[发明专利]基于异构网络融合的干扰收集与抑制方法

说明书

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种抑制干扰的方法，特别涉及一种基于异构网络融合的干扰收集与抑制方法。

背景技术

无线传感器网络是一种新兴的、极具发展潜力的网络技术，可以将大量简单的节点大冗余地随机部署在某个地区；节点之间通过自组织组网，能够协作地实时监测、感知和采集网络分布区域内的各种复杂环境或监测对象的信息，并对这些信息进行网内处理，从而获得详尽而准确的信息并传送给后台骨干网服务器或者相关观测者。无线传感器网络具有应用范围广，例如，野生生物栖息地的监测，医院紧急医疗救护和卫生监测，森林火灾探测和跟踪，交通监控等等。但是无线传感器网络基于IEEE 802.15.4的标准使用2.4G的公共频段（Industrial,Scientific and Medical，ISM），该ISM频段不仅被应用于基于不同标准的无线网络（如：基于IEEE 802.15.4低速率无线个人区域网络（LRWPAN），基于IEEE802.11b的无线局域网络（WLAN），基于IEEE 802.15.3高速率无线数据个域网（WDPAN）和蓝牙（Bluetooth）等），还被用于家电，如微波炉等。无线信道所具备的开发共享特征决定了工作在同一频段的多酚无线网络之间相互干扰。随着无线网络技术的发展，尤其是无线传感网的大量使用，在同一区域或者同一个小区，同时覆盖着各种各样使用ISM频段的无线网络，不同类型网络之间的干扰问题将日益增多，严重影响传感网的性能（如：吞吐量，实时性），甚至影响传感网的可用性。

如图1所示，在一个家居坏境下或者高层建筑内，很多传感节点被分布在不同的房间并组网构建成不同的传感网个域网(PANs)；在家居坏境下或者高层建筑内还同时覆盖着其他网络，如无线局域网WLAN（圆圈范围）。如果WLAN工作在相同的频率带宽，传感网PAN1的传输质量将受到WLAN的干扰下降，因为802.11b系统使用的传输功率大于传感网的传输功率。一般情况下，802.11b无线局域网的传输范围是100米，而802.15.4的传感网传输范围是10米，因此传感网易受到例如无线局域网等其他网络的干扰，导致传输质量及网络性能下降，甚至中断传感网的网络连接。

在无线网络中，要保障多网共存环境下传感网的性能，其中一个关键技术就是利用多网共享频谱资源的共存技术降低各个网络之间的干扰。目前，解决干扰的方法主要有三种：1、时分多址接入(TDMA)；2、信道分配；3、信道捷变；其中信道捷变是个有效的解决干扰的方法，其主要分成两个部分：信道检测和干扰抑制。在传统的无线传感网中，信道检测的方法有三种：第一种是Zhou提出的一种有效的无线电干扰检测(RID)方法，该方法可以用来检测传感器网络的干扰。该方法能通过节点发送测试帧给干扰节点来判断是否受到干扰，但是不能用来检测受到其他网络的干扰，只能检测网内干扰。第二种方法是Won等人提出的一个基于信号强度（RSSI）的能量发现扫描算法，当RSSI值高于一个阀值时，即认为节点受到了干扰。第三种方法是Kim提出的一种通过发送ACK/NACK帧的干扰检测方法；在一定时间内，发送端没有收到接收端发来的ACK帧时，即确定接收端受到干扰，并汇报NACK帧。在传统的无线传感网中，干扰抑制的方法也有很多，如M.S.Kang提出的一种基于伪随机干扰抑制的方法，该方法令所有的设备根据一个伪随机序列同时切换到下一个信道来避免干扰。此外，一种分布式多信道MAC干扰抑制协议的提出，使传统的单信道ZigBee网络得到了性能上的改变，如分布式、自适应能力、信道多样性等。

综上所述，所有传统的算法的重点均放在干扰检测和避免干扰的过程，没有讨论节点上报干扰的方法。在基于IEEE802.15.4的传感网中，如何高效地低能耗地实现干扰报告及干扰抑制是非常重要的。而在ZigBee协议中，关于如何收集干扰，汇报干扰描述很少。在传统传感器网络中，每个传感网路由节点或者协调器负责跟踪与邻居节点传输失败次数及失败率，并且保存网络信息路（NIB）用于记录网络传输过程中总的尝试传输次数。一旦总的尝试传输次数超过20次，同时网络传输失败率达到25%，则传感节点可能受到干扰。因此，传感节点采取以下步骤上报干扰，如图2所示：

1）传感节点上报干扰情况给他的父节点直至到网关或者网络协调器；

2）网关或者网络协调器发送能量检测扫描请求给网内所有的路由节点，要求所有路由节点扫描信道，并将扫描结果汇报给网关或者网络协调器；

3）网络协调器根据路由节点反馈的能量扫描信息，选择一个信道质量最好的并且没有被其他个域网PAN使用的信道作为新的工作信道进行信道捷变。