[发明专利]一种基于跨协议信号的信道分配方法和装置

说明书

本发明实施例提供一种基于跨协议信号的信道分配方法和装置，ZigBee节点可以使用跨协议信号来通知周围的WiFi设备他们需要访问信道。为了发送跨协议信号，ZigBee节点发送一系列与WiFi传输重叠的控制包，使得WiFi接收器能够通过CSI分析检测ZigBee通信的存在；在检测到ZigBee传输时，WiFi设备可以广播CTS包，使周围WiFi设备在给定时间内停止传输，产生保护ZigBee通信的空白。为了提高信道利用率，使WiFi设备能够基于附近ZigBee节点的流量模式动态调整预留空白的长度。具体来说，WiFi设备通过进行CSI分析，学习ZigBee突发通信的持续时间来微调生成空白的长度。

技术领域

本发明实施例涉及通信技术领域，尤其涉及一种基于跨协议信号的信道分配方法和装置。

背景技术

随着物联网(Internet of Things，IoT)的快速发展，越来越多的无线设备挤占了未经许可的ISM(Industrial Scientific Medical)频段，造成了严重的跨协议干扰(Cross-Term Interference，CTI)，这一问题在2.4GHz频段尤为严重。在该频段，大量设备(如WiFi和ZigBee设备)争夺信道。在现实场景中，由于各种无线技术的功率不对称和信道感知能力的差异，信道竞争变得复杂。例如，WiFi的传输功率大约是ZigBee的1000倍，导致WiFi设备经常忽略并在无意中破坏ZigBee的通信。此外，ZigBee节点的无线能力有限，需要比wifi设备花费更多的时间来感知信道先前的传输，并且在从载波感知切换到传输模式时，常常被更快的WiFi设备抢占。因此，ZigBee节点极易受到附近wifi设备造成的CTI的影响，并且可能遭受高达85％的包接收率下降。这种状况代表了一个严重的问题，需要一个新技术，来解决不同无线协议之间的不对称性，并确保网络中各设备能公平和有效地使用信道资源。换言之，即使低功率无线设备(例如，ZigBee节点)在与更强大的设备(例如，WiFi设备)共存和竞争信道时面临固有的弱势，这些低功率设备应该有可能访问并可靠地使用共享介质。

传统方法通过让低功率无线设备预测空闲RF信道的可用性(例如，WiFi通信中出现的空白)并相应地占用介质来解决此问题。虽然这允许被动地避免CTI，但它在网络流量的高动态下表现不佳，并且不允许信道的显式分配，因此，设备可能没有足够的时间完成传输。

跨协议通信(Cross-Technology Communication，CTC)领域的最新进展使得具有不兼容物理层(Physical Layer，PHY)的无线设备之间可以直接进行数据交换，并在这一领域带来了新的机遇。过去的研究利用跨协议通信技术提出了ECC(Embedded CommunicationChannel，嵌入式通信信道)，一种显式的信道协调方案，WiFi设备通过一条跨协议消息通知周围的ZigBee节点即将到来的空白时间，让ZigBee用来通信。通过这种方法，ECC让WiFi设备自发地为附近的ZigBee节点提供空白时间(即，自愿分配信道)并告知它们的发生。然而，由于WiFi设备不知道周围ZigBee节点的需求(即何时需要传输以及传输多长时间)，并且无法应对ZigBee流量的动态变化，因此ECC的设计有几个缺点。首先，ECC可能会浪费宝贵的信道资源。例如，当周围的ZigBee节点没有要传输的数据时，WiFi设备会留出空白(即，自愿生成实际上没有用的空白)。类似地，WiFi设备可能提供过长的空白时间，为ZigBee传输分配比必要时长更长的信道。其次，ECC可能严重增加ZigBee传输的延迟。例如，WiFi设备可能预留的空白时间太短，不足以让ZigBee节点完成数据传输。更糟糕的是，由于缺少来自ZigBee节点的反馈，WiFi设备在ZigBee设备实际需要传输时可能不会生成空白，这可能会导致无限的延迟，对于一些注重安全的ZigBee应用程序来说是不可接受的。

为了避免不必要的空白时间生成，有效地利用共享频谱，需要让受限设备在实际需要时显式地请求信道，并确保附近更强大的设备理解该请求并分配足够时间的无线介质。为此，需要应对若干挑战。