一种提高解析物联网帧结构效率的方法技术

本发明专利技术请求保护一种提高解析物联网帧结构效率的方法，属于物联网通信领域，包括以下步骤：在发送端，发送帧突发的帧控制中加入目标设备标识信息，具体方法为：在生成帧控制数据比特之后，进行正常校验计算，得到该帧控制的校验比特，然后使用目标设备标识码和该校验比特进行异或操作，生成新校验比特，最后使用新校验比特替换原来帧控制校验比特；在接收端，终端接收帧控制部分，首先采用循环冗余校验算法，计算出帧控制部分的校验比特，然后使用本设备标识码和该校验比特进行异或操作，得到帧控制的新校验比特，如果新校验比特和接收到帧控制中的校验比特相同，则表明该帧突发需要本终端处理，否则直接结束帧突发接收过程。

【技术实现步骤摘要】
一种提高解析物联网帧结构效率的方法
本专利技术属于物联网通信领域，涉及物联网通信中帧结构设计，提出一种提高解析物联网帧效率方法。
技术介绍
物联网专网和公网通信在无线资源使用上存在本质区别，公网通信中的基站部署需要进行严格无线覆盖规划，采用严格时频资源分配机制来使用无线资源。但是对于物联网通信系统，物联网设备部署灵活，场景复杂，无线信道变化大，很难做到对物联网系统中设备使用无线资源进行统一调度管理使用，导致物联网和公网通信系统的帧结构也存在本质差异。物联网通信系统中，通常使用非授权频段，也存在与之相适应的帧结构，也称为帧突发，如图1所示，物联网常用帧结构由三部分组成，即帧前导，帧控制和帧载荷。物联网采用非授权频段，通常采用竞争方式使用无线资源，最为典型为载波监听多路访问(简称：CSMA)。所以物联网帧结构中需要帧前导，用于CSMA冲突检测以及无线信号同步。此外，物联网通信系统没有公共控制信道，不能进行统一无线资源分配以及信道管理，所以在帧结构中需要存在帧控制部分，在帧控制中将给出解析帧载荷需要具体配置参数。帧控制部分通常包括5部分内容，即帧同步码，帧载荷类型，帧载荷大小，帧载荷传输参数，以及校验比特。如图2所示。帧结构中最后一部分为帧载荷，主要用于承载需要传输数据内容，这部分数据长度从几十比特到几百比特不等。根据上面关于物联网中帧结构定义，目前业内帧结构的接收处理如图3所示。具体分成下面几个步骤来处理。步骤1：帧前导搜索，物联网通信采用CSMA竞争使用无线资源，所以物联网设备不能提前获得通信线路上是否存在有效的帧突发(一个帧结构数据块)，所以只能采用监听方式进行实时检测。如图3中1，2步。终端检测到存在CSMA帧突发数据，则进行帧前导搜索，在该过程中同时进行定时和频率同步过程，提高终端接收帧控制和帧载荷成功率。步骤2：解读帧控制，终端搜索到帧前导，初步确定为一个帧突发，但是依然存在误判情况，所以需要继续解读帧控制部分数据，只有在帧控制中的同步码和校验比特正确才能最终确认该突发是一个有效的帧突发数据。如图3中3，4，5步。帧控制部分，根据图2描述，终端需要帧控制部分的携带参数对帧载荷数据解读。在物联网设计中，解析帧控制部分参数采用固定方式，但是解析帧载荷部分参数在帧控制中指明，所以只有正确解析帧控制之后才能正确解析帧载荷。如图3中6，7步。目前，帧控制中没有包括或隐含帧突发目标设备信息，所以无论该突发是否是本设备，终端都需要解析帧载荷部分。步骤3：解读帧载荷，终端根据帧控制提供参数，继续解读帧突发中的帧载荷，终端根据帧载荷中的目标设备标识最终判定是否需要本终端进行处理，即判定该突发是否是发送给本终端。如果不需要处理，则丢弃该帧突发数据，否则处理该帧突发。如图3中8，9，10步。物联网数据传输帧结构中，帧前导和帧控制占据帧结构较少比特，但是帧载荷则承载了大量业务数据，根据上描述帧突发接收过程，终端接收到帧控制之后，并不能知道是否需要本设备进行处理，所以必须进行帧载荷的解析。加之，物联网通信没有严格的资源分配机制以及所有设备共享传输信道特点，所以终端发送帧突发的时候，周围所有的终端都可以接收该突发数据，并且接收帧突发时候都会接收完整的帧突发，解析出帧载荷为止，然后终端接收了大量不是本终端需要处理的帧突发数据。
技术实现思路
本专利技术旨在解决以上现有技术的问题。提出了一种提高解析物联网帧结构效率的方法。本专利技术的技术方案如下：一种提高解析物联网帧结构效率的方法，其包括以下步骤：在发送端，发送帧突发的帧控制中加入目标设备标识信息，具体方法为：在生成帧控制数据比特之后，采用循环冗余校验，得到该帧控制的校验比特，然后使用目标设备标识码和该校验比特进行异或操作，生成新校验比特，最后使用新校验比特替换原来帧控制校验比特；在接收端，终端接收帧控制部分，首先采用循环冗余校验，计算出帧控制部分的校验比特，然后使用本设备标识码和该校验比特进行异或操作，得到帧控制的新校验比特，如果新校验比特和接收到帧控制中的校验比特相同，则表明该帧突发需要本接收端处理，否则直接结束帧突发接收过程。进一步的，物联网中帧数据存在两种类型，一种是广播帧，一种是信息帧，如果是广播帧，所有的设备都需要接收处理，广播帧使用全网统一，固定广播帧标识码，如果是信息帧，则使用目标设备标识。进一步的，当采用宽带无线微功率电力抄表系统时，该系统工作在470M～510M公共频段，采用Chirp调制方式进行通信，对于用电信息采集系统，宽带载波通信网络形成以中央协调器CCO为中心、以代理控制器PCO为中继代理，连接所有站点STA多级关联的树形网络。进一步的，宽带无线微功率电力抄表系统的帧突发结构，由前导部分，帧控制部分，帧间隔部分以及载荷数据部分组成，其中，前导部分由前导码字段构成，前导码可以根据实际环境需求采用变长方式，该部分主要用于接收端对帧的监听和搜索；控制帧部分由同步码、调制速率、码率、载荷物理块数目、载荷物理块长度以及校验部分组成，其中，同步码字段为固定的码字，接收端使用同步码确定控制帧部分的起始位置；调制速率字段指明载荷数据部分使用的Chirp调制速率，即确定帧结构中载荷数据部分的传输速率；码率字段指明载荷数据部分在进行信道编码时候采用的编码效率；载荷物理块数目字段指明载荷数据部分中包含的物理块数目；载荷物理块长度字段指明载荷数据部分的物理块长度；校验字段指明同步码、调制速率物理块数目以及载荷物理块长度字段的奇偶校验比特；帧间隔部分由帧间隔字段组成，采用固定长度的码字，起到填充作用，用于接收端接收到调制速率之后进行接收射频时间调整；载荷承载数据部分，即帧载荷，部分由控制块和物理块组成；该载荷数据块由一块控制块和多个物理块组成，其中控制块采用固定长度字节组成，物理块数目和每个物理块字节长度分别由控制帧部分的载荷物理块数据和载荷物理块长度确定。进一步的，当采用除了宽带无线微功率电力抄表系统的其他系统时，如果采用设备标识比特长度多于校验比特数，则从设备标识比特中固定取出校验比特长度的数据进行操作，如果设备标识比特数少于校验比特数，则将设备标识比特进行重复拼接到校验比特长度。进一步的，包括CCO、PCO、STA在内的发送设备发送帧突发处理流程具体包括：步骤A1：发送设备根据发送需求，组装帧控制和帧载荷数据，然后对帧控制部分进行校验计算，当采用CRC24校验算法时，即c(x)＝x^24+x^23+x^6+x^5+x+1，生成24比特的CRC校验比特；步骤A2：将帧控制中的CRC24比特，和帧突发目标设备标识进行异或操作；设备的标识码由12比特组成，所以需要将12比特重复两次，拼接成24比特数据，该24比特和CRC24比特数据进行异或即可得到新校验比特。使用新校验比特替换原来的校验比特；步骤A3：生成帧突发，包括帧前导，帧控制和帧载荷发送到空中无线信道上。进一步的，CCO、PCO本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种提高解析物联网帧结构效率的方法，其特征在于，包括以下步骤：/n在发送端，发送帧突发的帧控制中加入目标设备标识信息，具体方法为：在生成帧控制数据比特之后，采用循环冗余校验CRC算法，得到该帧控制的校验比特，然后使用目标设备标识码和该校验比特进行异或操作，生成新校验比特，最后使用新校验比特替换原来帧控制校验比特；/n在接收端，终端接收帧控制部分，首先采用循环冗余校验，计算出帧控制部分的校验比特，然后使用本设备标识码和该校验比特进行异或操作，得到帧控制的新校验比特，如果新校验比特和接收到帧控制中的校验比特相同，则表明该帧突发需要本接收端处理，否则直接结束帧突发接收过程。/n

【技术特征摘要】
1.一种提高解析物联网帧结构效率的方法，其特征在于，包括以下步骤：
在发送端，发送帧突发的帧控制中加入目标设备标识信息，具体方法为：在生成帧控制数据比特之后，采用循环冗余校验CRC算法，得到该帧控制的校验比特，然后使用目标设备标识码和该校验比特进行异或操作，生成新校验比特，最后使用新校验比特替换原来帧控制校验比特；
在接收端，终端接收帧控制部分，首先采用循环冗余校验，计算出帧控制部分的校验比特，然后使用本设备标识码和该校验比特进行异或操作，得到帧控制的新校验比特，如果新校验比特和接收到帧控制中的校验比特相同，则表明该帧突发需要本接收端处理，否则直接结束帧突发接收过程。


2.根据权利要求1所述的一种提高解析物联网帧结构效率的方法，其特征在于，物联网中帧数据存在两种类型，一种是广播帧，一种是信息帧，如果是广播帧，所有的设备都需要接收处理，广播帧使用全网统一，固定广播帧标识码，如果是信息帧，则使用目标设备标识。


3.根据权利要求1所述的一种提高解析物联网帧结构效率的方法，其特征在于，当采用宽带无线微功率电力抄表系统时，该系统工作在470M～510M公共频段，采用Chirp调制方式进行通信，对于用电信息采集系统，宽带载波通信网络形成以中央协调器CCO为中心、以代理控制器PCO为中继代理，连接所有站点STA多级关联的树形网络。


4.根据权利要求3所述的一种提高解析物联网帧结构效率的方法，其特征在于，宽带无线微功率电力抄表系统的帧突发结构，由前导部分，帧控制部分，帧间隔部分以及载荷数据部分组成，其中，
前导部分由前导码字段构成，前导码可以根据实际环境需求采用变长方式，该部分主要用于接收端对帧的监听和搜索；
控制帧部分由同步码、调制速率、码率、载荷物理块数目、载荷物理块长度以及校验部分组成，其中，同步码字段为固定的码字，接收端使用同步码确定控制帧部分的起始位置；调制速率字段指明载荷数据部分使用的Chirp调制速率，即确定帧结构中载荷数据部分的传输速率；码率字段指明载荷数据部分在进行信道编码时候采用的编码效率；载荷物理块数目字段指明载荷数据部分中包含的物理块数目；载荷物理块长度字段指明载荷数据部分的物理块长度；校验字段指明同步码、调制速率物理块数目以及载荷物理块长度字段的奇偶校验比特；
帧间隔部分由帧间隔字段组成，采用固定长...

【专利技术属性】
技术研发人员：段红光，孙若愚，郑建宏，罗一静，
申请(专利权)人：重庆邮电大学，
类型：发明
国别省市：重庆;50