[发明专利]一种基于实时可用度的ZigBee信道动态选择方法

说明书

技术领域

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。

背景技术

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2450MHz波段和868/915MHz波段，2450MHz波段射频支持16个数据速率为250kbps的信道。868/915MHz波段中，868MHz支持1个数据速率为20kbps的信道，915MHz支持10个数据速率为40kbps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 802.11b/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。

发明内容

本发明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，本发明采用下述的技术方案：

一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，