一种Bluetooth-ZigBee跨技术通信方法技术

本发明专利技术涉及数字信息传输技术领域，公开了一种Bluetooth

【技术实现步骤摘要】
一种Bluetooth
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ZigBee跨技术通信方法


[0001]本专利技术涉及数字信息传输
，具体涉及一种Bluetooth
‑
ZigBee跨技术通信方法。

技术介绍

[0002]物联网应用的普及促使了不同种类无线智能设备的爆炸式增长。不同无线技术在各自领域不断扩充自身的生存空间，逐渐出现了不同无线网络技术在同一物理空间共存的情况。比如在智能家居应用场景中，面向智能安防的ZigBee设备和面向电器连接的蓝牙设备被广泛应用，而智能手机的使用也需要依赖于Wi
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Fi AP的部署，导致Wi
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Fi、ZigBee、蓝牙等技术工作在同一空间中。此外，无线技术的使用依赖于频谱资源的分配，以IEEE802.11/Wi
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Fi，IEEE802.15.4/ZigBee，蓝牙Bluetooth等为代表的商用无线技术都工作在无需授权的ISM(Industrial Scientific Medical Band)2.4GHz频段，不同技术的通信信道在频率上出现了较大范围的重叠，以Wi
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Fi和ZigBee为例(见图1)，Wi
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Fi常用的1、6、11信道基本覆盖了ISM 2.4GHz频段中ZigBee信道的大部分，ZigBee只有15、20、25信道和其没有重叠。物理空间和频谱空间的重叠已成为Wi
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Fi、ZigBee以及蓝牙等技术在应用中不可避免的现状。
[0003]此外，Wir/>‑
Fi、ZigBee以及蓝牙等协议由于在设计时没有或很少考虑其它技术共存的影响，将同一频段除己方通信以外的所有信号均视为干扰，而支持这些协议的设备在物理空间的共存和频谱空间的重叠导致了异质网络共存问题，产生了严重的跨技术干扰(cross technology interference，CTI)，由此导致传输性能的下降。
[0004]除了无线网络内部设备间有数据通信的需求外，在具体的应用部署中，还有不同无线网络间跨网络的数据共享与信息交换的需求，异质网络的协同也是需要解决的问题。在上文提到的智能家居环境中，同时存在大量的ZigBee设备和蓝牙设备，这些设备产生的数据最终都要完成汇聚，这需要网络间的协同传输。此外，在应用中管理人员可以通过智能手机获取ZigBee节点对环境检测的实时数据，这依赖于智能手机支持的Wi
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Fi或者蓝牙技术和ZigBee技术的通信。跨技术干扰的解决和异质网络的协同成为了当前需要解决的问题。
[0005]对于CTI，传统意义上各技术通过以载波监听多路复用/冲突避免(carriers sensing multi
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access,CSMA)为代表的“感知
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退避”技术在传输过程中对异质干扰进行退避，通过对信道进行能量检测来推断当前信道是否可以接入，但在通信繁忙的网络环境中，极容易导致“通信饥饿”的情况产生，出现设备频繁退避无法接入信道的情况；此外，各技术还通过数据编码、传输增强等手段来抵抗干扰，比如ZigBee的直接序列扩频(Direct Sequence Spread Spectrum,DSSS)技术的使用，虽然在一定程度上缓解了部分干扰所带来的影响，但并未从根本上解决CTI所带来的网络性能下降问题，更无法实现异质网络的协同。当前异质网络数据融合主要依赖于网关的使用，网关兼容不同的通信协议，从硬件上可以实现和不同网络设备的直接通信，从软件上可以实现不同网络设备数据的融合。以ZigBee和蓝牙之间的网关为例，网关同时兼容ZigBee和蓝牙两种协议，在接收ZigBee信号
后进行数据解析，再以蓝牙数据包的格式将数据封包后转发，网关的使用在一定程度上能够保证将数据准确无误地在ZigBee和蓝牙设备之间进行传递。然而，网关的引入同时也带来了很多问题，比如网关需要兼容不同的通信协议，增加了网关设备这样的硬件成本；为了更好的对异质网络流量进行中继，网关的部署需要根据网络状况选在特定的位置，在一定程度上增加了网络的复杂度，也给网关的部署带来了一定的挑战；考虑到网关的工作机制，即“接收
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处理
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发送”，造成了由于中继而增加的流量开销，使得原本拥挤的通信环境更加糟糕。
[0006]跨技术通信(cross technology communication,CTC)的提出给以上问题的解决提供了新的思路，在兼容原协议的基础上，通过物理层、数据链路层实现异质网络设备的直接通信，给同一空间异质网络的共存和协同奠定了基础，成为当前学术界研究的热点方向。目前的无线跨技术通信技术主要面向2.4GHz频段工作的Wi
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Fi、ZigBee以及蓝牙技术，具体技术方案可以分为以下两种类型：数据包级跨技术通信以及物理层信号仿真跨技术通信。
[0007]数据包级的跨技术通信主要利用数据包的长度、能量、信标定时来实现跨技术通信。其中，B2W2在重叠的窄带蓝牙信道和宽带无线Wi
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Fi信道中，利用Wi
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Fi信道状态信息(channel state information，CSI)的变化来实现蓝牙设备到Wi
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Fi设备的数据传输。Esense和HoWiEs方法通过调制Wi
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Fi包的长度来构建相应的可识别符号。C
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Morse采用两种不同的Wi
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Fi包长模拟长短码，实现Wi
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Fi到ZigBee的通信。Freebee通过调制数据包的发送时刻来构建特殊的能量，这样的跨技术通信比特速率被限制为18bps。基于数据包级的跨技术通信是通过粗粒度的数据包来作为调制的基础，由数据包级别的特征来传递信息，在链路层通过对数据包信息的统计和识别来解码信息，虽然没有改变通信技术的物理层，但也需要大量的数据包才能实现有效信息的传递，低吞吐量导致了通信效率的低下。
[0008]物理层信号仿真的跨技术通信，在不改变物理层的情况下，通过数据链路层数据的精心选择，完成一种技术对另外一种技术物理层信号的模拟，使异质设备之间能够互相兼容，在物理层实现跨技术通信。物理层跨协议通信通过将调制好的模拟ZigBee帧封装在合法的蓝牙帧有效载荷中(见图2)。ZigBee接收端接收信号时，蓝牙帧结构的除载荷之外的前端和后端都被视为噪声丢弃，而中间部分的ZigBee帧则通过解调被接收端接收。这种方式的跨协议通信无需修改发射端和接收端的硬件。蓝牙发射端无法区分其有效载荷上加载的是蓝牙帧还是模拟ZigBee帧；同时，接收端也无法区分其接收的数据包来自蓝牙设备还是ZigBee发送端，这样的通信方式相较之前的跨协议技术，具有兼容现有硬件设备、兼容“双标准”、实现不同协议之间的直接通信的特点。同时，物理层级的跨协议通信仿真模拟都在物理层，模拟信号除载荷前后两端被视为噪声外，其余部分都为有效信号传输部分，仿真效率高。数据传输率可以本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Bluetooth
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ZigBee跨技术通信方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、生成蓝牙发送端比特序列与ZigBee技术symbol的映射表；针对ZigBee物理层的每个symbol对应的chip序列，ZigBee技术采用O
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QPSK调制方式将物理层比特流转换成调制信号，将获取到的调制信号输出至蓝牙接收端GFSK解调，根据解调到的蓝牙比特序列能够映射出蓝牙发送端比特序列；基于ZigBee物理层symbol与蓝牙比特序列的对应关系，生成蓝牙发送端比特序列与ZigBee技术symbol的映射表；步骤二、采用基于相位变化的编码方案，进行映射表的symbol内优化；由于带宽差异，蓝牙的单个符号相移在ZigBee中被解调为两个相移，但“01”“10”这样的序列，无论使用“00”或者“11”进行仿真，都会存在1个码片的误差，称“01”“10”片段为有误片段；设计的编码方案：1)ZigBee物理层32位chip序列，每两位定义为一个片段，共16个片段；2)chip片段为“00”“11”，则按照步骤二正常仿真，这样的片段有11个；3)模拟信号“10”和“01”在ZigBee物理层接收端相位变化是正常相位变化的一半，这样的情况发生在两个变化片段之间；这种现象就会导致相位变化小的片段在介质中传播受影响的概率更高，而连续的模拟信号“11”或“00”则是正常的相位变化；基于相位变化的优化编码方案分为symbol内优化和symbol间优化；在这个阶段进行映射表的symbol内优化，其步骤为：判断最长连续有误片段的左右两端是否一致，如果一致，则将有误片段设置为左右两端一致的仿真片段；如若左右两端不一致，则计算左右两端连续片段的长度，选...

【专利技术属性】
技术研发人员：李士宁，焦锋，程涛，刘畅，王长浩，张南，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：