本发明专利技术公开了一种基于实时可用度的ZigBee信道动态选择方法。本发明专利技术首次提出信道可用度概念，并利用可用度算法实时更新信道可用度，同时依据信道资源库中的可用度排序动态地选择信道，即图中虚线所示内容。信道可用度参数体现了一个信道的空闲率和通信质量，它能客观反映信道的实际可用状态，因此在实际数据传输过程中，根据信道可用度参数选择信道具有指导意义，能够最大限度的提供通信保障，提高传输成功率，降低碰撞率和重传率。本发明专利技术基于信道空闲率、信道质量和数据传输结果等参数，提出了实时可用度算法。该算法不仅促使优质空闲信道得到更大的选择机会，还最大限度的保障了信道选择的公平性，使信道在一定情况下能够得到相对公平的选择机会，提高了信道使用率。同时，本发明专利技术提出通过建立信道资源库管理信道资源的策略，并依据信道可用度参数对信道进行排序，基于排序结果动态的选择ZigBee信道，从而实现基于实时可用度的ZigBee信道动态选择方法。
【技术实现步骤摘要】
本专利涉及一种基于实时可用度的ZigBee信道的新型动态选择方法，属于信道频谱资源动态利用领域。
技术介绍
ZigBee技术是一项新兴的短距离无线通信技术，主要面向的应用领域是低速率无线个人区域网(LRWPAN，Low Rate Wireless Personal Area Network)，典型特征是近距离、 低功耗、低成本、低传输速率。ZigBee/IEEE 802. 15.4(以下简记为ZigBee)标准是在IEEE 802. 15. 4标准基础上建立的，ZigBee设备应该包括IEEE 802. 15. 4的MAC层(媒质接入控制层)和PHY层(物理层)，以及ZigBee堆栈层(网络层、应用层和安全服务提供层)。 IEEE 802. 15. 4标准为ZigBee标准定义了 OSI (开放系统互联)模型的MAC层和PHY层。 PHY层定义了无线射频应该具备的特征，支持两种不同的射频信号，分别位于M50MHZ波段和868/915MHz波段，2450MHz波段射频支持16个数据速率为2501ibps的信道。868/915MHz 波段中，868MHz支持1个数据速率为201ibpS的信道，915MHz支持10个数据速率为401ibpS 的信道。目前，为了实现物联网、传感器网络、智能无线控制以及智能楼宇等应用，用于无线区域网(WAN，Wireless Area Network)的短距离无线通信技术标准得到了迅速的发展。与ZigBee协议一样，典型无线区域网技术标准如蓝牙(Bluetooth)、无线 USB(WirelessUSB)、无线局域网 Wi-Fi(IEEE 802. llb/g)等，均选择了 2. 4GHz (2. 4 2. 483GHz) ISM(工业、科学、医疗)频段，就使得ISM频段日益拥挤。随着物联网及传感器网络的大规模应用，在局部区域内对信道数目的需求将急剧增加，而频谱重叠覆盖将导致通信系统间的相互干扰增加，同时加上无绳电话和微波炉等干扰源的存在，碰撞率和重传率也急剧增加，严重影响信道的利用率和数据传输的成功率。综上所述，频谱资源和信道资源将变得越来越宝贵。虽然ZigBee协议在不同的频带内规定了 27个可用信道，但是目前ZigBee的信道选择仅仅考虑简单的信道评估参数，并且其信道选择为基于预先设定的固定模式。大量关于频谱资源和信道的实际使用率的测量和调查表明，在固定信道模式下，信道大多数时间里未被占用，有些也只是部分时段被占用。在有些电磁相互干扰严重的环境中，部分信道不适合作为通信信道。因此在ZigBee协议中，若能够实时地综合考察信道空闲率和信道质量等参数，实现信道的动态利用，不但能缓解公用频段的拥挤状况，还能提高信道利用率和数据传输的成功率，降低信道干扰进而降低碰撞率和重传率。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于实时可用度的ZigBee信道的动态选择方法。这种基于可用度的信道选择方法，能够提高传输成功率、降低碰撞率和重传率；同时，可用度的实时计算和更新算法，能够在选择最大可用度的基础上最大限度的保持信道选择的公平性，提高信道利用率。为实现上述的目的，本专利技术采用下述的技术方案—种基于实时可用度的ZigBee信道选择方法，其特征在于包括以下步骤步骤1，创建信道资源库；步骤2，对信道资源库中所有信道进行编号，并为所有编号的信道设立信道空闲率、信道质量和信道可用度等参量；步骤3，遍历检测所有信道的空闲情况和信道质量参数，计算信道统计空闲概率；步骤4，根据步骤3，计算和更新所有编号的信道可用度；步骤5，按各个信道可用度由大到小，对信道资源库中所有的信道进行排序；步骤6，等待状态，若有数据传输则转入步骤7，否则持续等待状态；步骤7，对信道资源库中最大可用度信道进行监听，若其处于空闲状态，则占用此信道进行数据传输，若此时信道非空闲，则对已排序信道资源库中下一信道进行监听，以此类推，直到检测到空闲信道，进行数据传输为止，否则算法结束或者重新运行算法；步骤8，检测步骤7中的数据传输结果，并根据步骤7中已检测的信道空闲状况和信道统计空闲概率等参数，利用实时可用度算法推算下一时刻的各个信道的空闲率和信道质量；步骤9，根据步骤8，计算下一时刻各个信道的信道可用度，然后跳转至步骤5，重复执行步骤5至步骤8。其中，所述步骤1中，信道资源库是ZigBee协议所有可用信道的参数集合。如图1所示， 信道资源库中的每个信道参数包括信道编号、信道空闲率、信道质量、信道可用度等。所述步骤2中，假设信道资源库中ZigBee所有可用信道的个数为η [η为非零自然数]个，则所有可用信道被参数i由1到η依次编号。设定XiUKi = 1，2…η]表示t时刻编号为i的信道的信道空闲概率，设定β i(t) [i = 1，2…η]表示t时刻编号为i的信道的信道质量。定义njt) = Ai^X β ,Wti = 1,2-n]表示t时刻编号为i的信道的信道可用度。设定a表示信道统计空闲概率，设定w表示一个小于0. 5常量(合理的w值应视具体的应用场景而确定)，设定s表示数据传输结果(数据传输正确则S= 1，否则数据传输失败s = 0)。该操作在步骤1创建信道资源库后进行。所述步骤3中，针对信道资源库所有信道遍历检测其空闲情况和信道质量参数， 若信道i空闲则Xi(t) = 1，否则Xi(t) =0，并记录相应的信道质量参数Kt)，统计空闲信道即= 1的信道数目为m，计算信道统计空闲概率a = m/n，至此完成算法初始化。所述步骤4中，根据步骤3，利用！^(t) = XjOXKtKi = 1，2···η]计算信道i的信道可用度，更新信道资源库所有信道的信道可用度。信道可用度参数综合了信道空闲率和信道质量参数，它能客观的反映信道的实际可用状态。所述步骤5中，按信道资源库中所有信道可用度 α)由大到小，把所有编号的信道降序排序，至此建立了基于信道可用度的信道资源库。所述步骤6中，此步骤中，若无数据传输需求则一直处于等待状态，直到有数据传输则转入步骤7。4所述步骤7中，选择信道资源库中最大可用度的信道进行监听，若处于空闲状态， 则占用此信道进行数据传输，并标记该信道= 1，否则信道此时非空闲，标记=0，则对信道资源库中下一信道进行监听，若处于空闲状态，则占用此信道进行数据传输， 并标记相关参数，否则继续对信道资源库中下一个信道进行监听，以此类推，直到检测到空闲信道进行数据发送，若已经遍历完整个信道资源库仍未检测到空闲信道，则选择结束或重新运行算法。所述步骤8中，检测数据传输结果s，并根据步骤7中检测信道的空闲状态XiU) 和信道统计空闲概率a等参数，利用实时可用度算法估算信道i[i = 1，2…η]在t+1时刻的空闲率λ i (t+1)和信道质量β i (t+1)，实时可用度算法具体表述如下情形1若在t时刻检测了信道i的空闲状态，若XiU) = 1(空闲)，并且s = 1， 那么在t+Ι时刻，信道i的空闲状态估计概率为Ajt+l) = 1，并设定信道质量(t+1)= ^i(t)；情形2若在t时刻检测了信道i的空闲状态，若XiU) = 1(空闲)，但是8 = 0， 则在t+Ι时刻，信道i的空闲估计概率为Xi (t+1) =wa本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基于实时可用度的ＺｉｇＢｅｅ信道动态选择方法，其特征在于：１）所述信道可用度概念的提出，信道可用度参数综合体现了一个信道的空闲率和信道质量；２）所述根据信道可用度选择信道的方法；３）所述通过信道空闲率、信道质量和信道可用度建立信道资源库管理信道资源的方法。
【技术特征摘要】
1.一种基于实时可用度的ZigBee信道动态选择方法，其特征在于1)所述信道可用度概念的提出，信道可用度参数综合体现了一个信道的空闲率和信道质量；2)所述根据信道可用度选择信道的方法；3)所述通过信道空闲率、信道质量和信道可用度建立信道资源库管理信道资源的方法。2.如权利要求1中所述的基于可用度的信道选择...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙咏梅，胡泽民，纪越峰，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：11
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