本發明屬于通信技術領域，具體涉及一種基于信道優先級排序的zigbee抗干擾方法。

背景技術：

在實際環境中存在著復雜的電磁信號，特別是wifi與zigbee之間存在著較強的電磁干擾，由于zigbee具有較小的發射功率,因此zigbee系統更容易受到干擾的影響。在實際環境中wifi對zigbee的影響最大，并且zigbee臨近信道之間可靠性存在著強烈的正相關性。zigbee的16個信道中距離wifi信道中心越遠，受到的干擾越小(見附圖1)。

2.4g頻段作為國際規定的免費頻段，存在著大量的無線信號，如zigbee、wifi、bluetooth等，在實際網絡環境中，zigbee網絡需要與這些網絡共存，由于zigbee具有較小的發射功率,因此zigbee系統更容易受到干擾的影響。zigbee把2.4ghz的ism頻段劃分為16個信道，每個信道帶寬為2mhz。wifi將該頻段劃分為13個信道，信道帶寬為22mhz，wifi(中國)最常用的信道是1、6、11。當zigbee和wifi同時使用相同頻段通信時，會產生同頻干擾。研究表明，zigbee對wifi性能的影響幾乎可以忽略，但wifi嚴重影響zigbee系統的吞吐量和丟包率，所以探求一種zigbee的抗干擾方法顯得很重要。

zigbee網絡具有以下特點：1.zigbee網絡能夠通過少量的信道跳變即可極大的提高通信的可靠性；2.信道跳變決策必須根據信道的實時觀測狀態做出決定；3.相鄰信道相關性很強，當當前信道收到干擾時，要盡可能選擇較遠的信道。

在現有技術中，信道檢測方法直接采用ed的方式，消耗了過多能量，大大降低了電池的使用壽命；在信道跳變時，以wifi作為干擾源作為研究對象時，未充分考慮到臨近信道之間可靠性存在著強烈的正相關性的問題，以2.4g網絡作為研究對象時，未充分考慮到wifi做為2.4g網絡中對zigbee影響最大的因素，對zigbee網絡的干擾起到主導作用。

技術實現要素：

本發明需要解決的技術問題是提供一種提高信道跳變速度和成功率的基于信道優先級排序的zigbee抗干擾方法。

為解決上述問題，本發明所采取的技術方案是：

一種基于信道優先級排序的zigbee抗干擾方法，該方法如下：

檢測zigbee網絡中的當前信道是否受到wifi信道的干擾，如果當前信道受到干擾，選擇第一優先級中距離當前信道最遠的信道并檢測該信道是否可用—即是否受到wifi信道的干擾，如果可用，將zigbee網絡節點的當前信道跳變到第一優先級中距離當前信道最遠的信道，如果不可用，則選擇第一優先級中的次遠距離信道并檢測該信道是否可用，以此類推，依次判斷完第一優先級中的所有信道，再判斷第二優先級中的信道，然后判斷第三優先級中的信道，直到找到可用信道并將zigbee網絡節點的當前信道跳變到該可用信道；

其中所述第一優先級包含信道15,20,25,26，第二優先級包含信道11,14,16,19,21,24，第三優先級包含信道12,13,17,18,22和23，上述三個優先級的劃分是按照zigbee信道與三個常用wifi信道1、6、11中心距離的不同，進行的等級劃分。

進一步的，在檢測信道是否受到干擾時，我們采用ack與ed相結合的方式：當在指定時間內ack未被接收到時，nack計數器增加一個數值，發送端重新發送數據包；如果nack計數器超過一定的閥值時，發送端停止重新發送轉而進行能量檢測ed以確定是否是干擾導致了數據傳輸失敗，如果ed結果—即rssi超過預定閥值，則信道受到wifi信道干擾，否則信道沒有受到wifi信道干擾。

該方法依賴于zigbee網絡設備以及存儲于該設備中的信道檢測和切換程序，所述程序設置第一干擾檢測模塊，第二干擾檢測模塊，信道切換判斷模塊，廣播模塊，所述程序基于設備的信道檢測、切換流程步驟如下：

1)第一干擾檢測模塊實時監測數據包中的ack，如果在規定時間內收到ack,nack計數器清零；如果在規定時間內未收到ack時，nack計數器從零開始加1，發送端重新發送數據，當nack計數器超過設定的閥值時，發送端停止發送數據，進入步驟2)；

2)第二干擾檢測模塊根據第一檢測模塊提供的結果，nack計數器超過預定閥值進行ed，一旦檢測結果rssi值超過預定閥值，則視為檢測到干擾，并進入步驟3)，如果rssi值沒有超過預定閥值，則nack計數器清零，繼續進行ack實時監測；

3)信道切換判斷模塊根據步驟2)的結果，利用ed的方式判斷按照優先級排序第一信道是否是可用信道，如果不可用繼續判斷第二信道，直到找到可用信道，進入步驟4)；其中第一信道是第一優先級中距離當前信道最遠的信道，第二信道是第一優先級中的次遠距離信道，以此類推，第十六信道是第三優先級中距離當前信道最近的信道；

4)廣播模塊根據信道切換判斷模塊的判斷結果，在當前信道上向鄰居節點廣播信道選定幀，使整個系統切換到可用信道。

優選的，該方法的信道檢測和切換程序集成于zigbee抗干擾協議。

采用上述技術方案所產生的有益效果在于：

本發明在干擾檢測時采用ack+ed的方式，在信道跳變時，按照優先級以及與當前收到干擾的信道的距離作為判斷依據，對信道進行排序，按照排序次序進行信道跳變，能夠快速高效地進行信道跳變，同時也更加節約能量，延長zigbee網絡節點電池的使用壽命。

附圖說明

圖1是本發明zigbee信道示意圖；

圖2是本發明干擾檢測流程圖；

圖3是本發明流程圖；

圖4是本發明信道跳變流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖對發明做進一步詳細描述：

本發明是一種基于信道優先級排序的zigbee抗干擾方法，本發明基于ack+ed干擾檢測的方式和基于信道優先級排序的思想提出了一種新的zigbee網絡抗干擾方法。在目前已有的干擾檢測方法中，有的直接采用ed的方式，會消耗過多的能量，降低網絡節點的續航能力；有的采用per+ed方式，在確定per時需要根據一段時間內的數據包進行判斷，當zigbee網絡受到干擾時，反應延時較大。本發明采用ack+ed的方式，提高了干擾檢測的反應速度同時也節約了網絡節點電池的使用壽命，對zigbee網絡這種對低功耗要求嚴格的網絡具有重要作用。在進行信道選擇時，現有的方法中有考慮到wifi作為主干擾因素，根據距離三個wifi信道(信道1、6、11)的中心距離，對zigbee信道進行分級，但是沒有充分考慮到相鄰信道可靠性存在強烈的正相關性，在進行信道跳變時，一次成功率較低，嘗試跳變次數增加會使ed增加從而消耗更多能量。本發明在考慮wifi作為主影響因素的基礎上充分考慮到相鄰信道之間的關系，提高了一次跳變的成功率。

具體方法如下：

檢測zigbee網絡中的當前信道是否受到wifi信道的干擾，如果當前信道受到干擾，選擇第一優先級中距離當前信道最遠的信道并檢測該信道是否可用—即是否受到wifi信道的干擾，如果可用，將zigbee網絡節點的當前信道跳變到第一優先級中距離當前信道最遠的信道，如果不可用，則選擇第一優先級中的次遠距離信道并檢測該信道是否可用，以此類推，依次判斷完第一優先級中的所有信道，再判斷第二優先級中的信道，然后判斷第三優先級中的信道，直到找到可用信道并將zigbee網絡節點的當前信道跳變到該可用信道；

其中所述第一優先級包含信道15,20,25,26，第二優先級包含信道11,14,16,19,21,24，第三優先級包含信道12,13,17,18,22和23，上述三個優先級的劃分是按照zigbee信道與三個常用wifi信道1、6、11中心距離的不同，進行的等級劃分。

在檢測信道是否受到干擾時，我們采用ack與ed相結合的方式：當在指定時間內ack未被接收到時，nack計數器增加一個數值，發送端重新發送數據包；如果nack計數器超過一定的閥值時，發送端停止重新發送轉而進行能量檢測ed以確定是否是干擾導致了數據傳輸失敗，如果ed結果—即rssi超過預定閥值，則信道受到wifi信道干擾，否則信道沒有受到wifi信道干擾。

本發明提出的抗干擾算法可以利用內置于zigbee網絡的網絡節點，通過軟件或者硬件集成的方式來實現對干擾的處理，根據功能可以劃分為干擾檢測模塊，利用nack+ed的方式檢測信道是否受到干擾，并向信道切換模塊反饋檢測結果(網絡節點實時分析ack，當ack未檢測到時nack計數器加1，當nack超過閥值時，網絡節點進行能量檢測如果rssi值超過閥值時，則檢測結果為當前信道受到干擾，如果rssi沒有超過閥值時，檢測結果為當前信道沒有受到干擾；如果檢測到ack則nack計數器清零)。在這里nack閥值和rssi閥值可以根據具體要求進行設置，當對通信質量要求較高時，可以將這兩個閥值設置的低一些，當對通信質量要求一般時，可以將這兩個閥值設置的高一些。信道切換模塊從干擾檢測模塊接收檢測結果，如果受到干擾，切換到第一優先級中距離當前信道最遠的信道，并將切換后的信道傳輸給信道判斷模塊；信道判斷模塊利用ed的方式判斷當前信道是否是可用信道，如果rssi超過閥值，則判斷當前信道不可用，則按照信道排序，嘗試使用第二優先信道，如果rssi沒有超過閥值，則判斷當前信道可用，并將判斷結果傳輸給廣播模塊。廣播模塊根據信道判斷模塊的判斷結果，如果判斷結果指示切換后信道是可用信道，則在當前信道上向鄰居節點廣播信道選定幀，所有接收到該信道選定幀的鄰居節點記錄下該信道號，并向其回復應答幀，當接收到整個網絡的其他節點的應答幀時，網絡同步切換到可用信道。

本發明基于軟硬件結合的抗干擾處理流程步驟如下：

1)第一干擾檢測模塊實時監測數據包中的ack，如果在規定時間內收到ack,nack計數器清零；如果在規定時間內未收到ack時，nack計數器從零開始加1，發送端重新發送數據，當nack計數器超過設定的閥值時，發送端停止發送數據，進入步驟2)；

2)第二干擾檢測模塊根據第一檢測模塊提供的結果，nack計數器超過預定閥值進行ed，一旦檢測結果rssi值超過預定閥值，則視為檢測到干擾，并進入步驟3)，如果rssi值沒有超過預定閥值，則nack計數器清零，繼續進行ack實時監測；

3)信道切換判斷模塊根據步驟2)的結果，利用ed的方式判斷按照優先級排序第一信道是否是可用信道，如果不可用繼續判斷第二信道，直到找到可用信道，進入步驟4)；其中第一信道是第一優先級中距離當前信道最遠的信道，第二信道是第一優先級中的次遠距離信道，以此類推，第十六信道是第三優先級中距離當前信道最近的信道；

4)廣播模塊根據信道切換判斷模塊的判斷結果，在當前信道上向鄰居節點廣播信道選定幀，使整個系統切換到可用信道。

本發明的抗干擾方法，可以集成于zigbee抗干擾協議中，根據此方法設計的zigbee抗干擾協議，在zigbee網絡生存期間一直存在。zigbee網絡會依據協議中的規定，按照當前信道狀態，進行相應的檢測，判斷，信道切換等步驟。

術語解釋：

rssi：receivedsignalstrengthindication接收的信號強度指示，無線發送層的可選部分，用來判定鏈路質量。

ed(energydetection)能量檢測：檢測當前zigbee信道是否存在干擾，若rssi超過能量門限，網絡節點檢測的結果為受到干擾，若rssi沒有超過能量門限，網絡節點檢測的結果為沒有受到干擾。

ack：在數據通信傳輸中，接收端發給發送端的一種傳輸控制字符。它表示確認發來的數據已經接收無誤。

nack：對ack的一個計數器。

per：(packeterrorrate)網絡節點檢測誤包率。