基于BITMAP的协商自适应跳频方法.pdf

本发明公开了一种基于bitmap的协商自适应跳频方法。工业计量频段(470-510MHz)上存在的诸如流媒体广播、设备工频等无线干扰，本发明采用频谱状态感知的方法产生多级bitmap信道集合，将最优信道集合作为入网频道切换序列，优化了入网时间，将公共最优信道集合作为协商自适应跳频序列，定时更新多级bitmap信道集合，保证了通信的成功率和跳频可靠性，降低了资源消耗。

权利要求书1.  一种基于bitmap的协商自适应跳频方法，包括如下步骤：1)初始化：1a)装置上电后首先对470-510MHz的工业计量频段的能量进行扫描，对频谱状态进行认知和分析，对信道提取分级，按信道质量生成3级bitmap频道集合，按质量从好到差分为bitmap1、bitmap2、bitmap3；1b)基于最优信道集合的时间差快速入网：基于点对点通信的主动节点A和被动节点B，入网时，主动节点A根据在步骤1a)阶段生成的最优信道集合bitmap1的序列依次切换信道发送beacon包，被动节点B处于接收状态，根据自身最优信道集合bitmap1序列切换信道，当A、B在同一信道chansame通信成功即为入网成功，信道chansame即作为初始通信信道，实现了快速入网；1c)生成自适应跳频序列：装置入网成功后，首先交换彼此的最优信道集合bitmap1，并选择两个集合的交集存入公共最优信道集合bitmap0，集合bitmap0的序列作为自适应跳频时的跳频序列；2)协商自适应跳频：装置入网成功后进入正常工作时隙，通信过程中监测当前使用信道的接收率和LQI的变化，当接收率下降到阈值P1时或LQI低于阈值L1时，进入协商跳频阶段，在某个固定时隙时刻A、B节点按照公共最优信道集合bitmap0中的序列同时切换到下一信道进行通信，同时两节点将当前信道降级到信道集合bitmap2中；3)多级频道集合bitmap定时协商更新：3a)在正常工作时隙中，选取若干时隙作为实现多级频道集合bitmap定时协商更新的更新时隙，实现动态认知和调整，及时发现 多级信道集合bitmap中的信道质量变化，及时更新公共最优信道集合bitmap0，从而在保证检测可信度的前提下降低节点功耗；3b)在更新时隙，监测信道集合bitmap0是否有干扰信道chanbad出现，若出现chanbad则通过A、B节点协商通信，将集合bitmap0中的chanbad信道降级，没有chanbad则不操作；3c)在更新时隙，监测多级bitmap集合的变化，当集合bitmap1、bitmap2、bitmap3中的信道质量出现变化时对相应信道进行升级或降级处理，其中集合bitmap1发生变化时，即让A、B进行协商通信，查看变化信道是否对公共最优信道产生影响，产生影响则更新公共最优信道bitmap0。2.  根据权利要求1所述的基于bitmap的协商跳频方法，其中所述步骤1a)中的能量扫描是指在非通信时扫描470-510MHz的每个信道的RSSI能量值，信道的spacing channel为200khz，共有信道201个；信道能量值低于阈值R1的信道视为无干扰的稳定良好信道存于1级信道集合bitmap1，信道能量值高于阈值R1同时低于R2的信道视为不稳定信道存于2级信道集合bitmap2，信道能量值高于阈值R2的信道视为有干扰的不良信道存于3级信道bitmap3。3.  根据权利要求1所述的基于bitmap的协商跳频方法，其中所述步骤1b)中的A节点发送beacon包时的信道切换的时间间隔为A发送一个beacon包到A接收到B发回ACK相应的最小收发时间tmin，B节点的切换信道的最小时间间隔为最小收发时间tminx信道数nbitmap0。

说明书基于bitmap的协商自适应跳频方法
技术领域
本发明属于通信技术领域，涉及一种基于频谱感知的协商跳频方法，可用在认知无线电网络中。
背景技术
近年来，随着无线通信技术的发展，频谱资源变得越来越稀缺。在工业计量频段(470-510MHz)上存在的诸如流媒体广播、设备工频等无线信号，并且这些无线信号广泛存在，因此当使用此频段通信时，如何在较小的资源消耗下避免同频干扰，保证通信成功率和跳频可靠性成为受到广泛关注的问题。
然而随着通信技术的不断发展和对通信质量要求的不断提高，很多过去保证通信成功率的方法都有其缺点和弊端，如何高效的避免工业现场出现的无线干扰并提高通信成功率成为一项重要的课题。
目前，为避免同频干扰，跳频是一种常用的抗干扰技术。跳频有时隙跳频和自适应跳频，时隙跳频按照一定的规律，在每个时隙根据跳频序列和频道偏移量切换通信信道，时隙跳频可能会因为部分频道质量变差导致传输可靠性的下降。自适应跳频是在一个伪随机序列的控制下，射频设备在不同的频道上发送数据，接收端采用同样的伪随机序列控制频道的变化，但是在伪随机序列的控制下跳频未提前对频段进行频谱感知，信道质量的不确定性导致跳频的可靠性降低和接受率的下降。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种基于bitmap的协商跳频方法，通过优化协商跳频策略提高通信成功率和稳定性，提高入网速度和降低功耗。
为了实现本发明的目的，提出以下技术方案：
一种基于bitmap的协商自适应跳频方法，包括如下步骤：
1)初始化：
1a)装置上电后首先对470-510MHz的工业计量频段的能量进行扫描，对频谱状态进行认知和分析，对信道提取分级，按信道质量生成3级bitmap频道集合，按质量从好到差分为bitmap1、bitmap2、bitmap3；
1b)基于最优信道集合的时间差快速入网：基于点对点通信的主动节点A和被动节点B，入网时，主动节点A根据在步骤1a)阶段生成的最优信道集合bitmap1的序列依次切换信道发送beacon包；被动节点B处于接收状态，根据自身最优信道集合bitmap1序列切换信道；当A、B在同一信道chansame通信成功即为入网成功,信道chansame即作为初始通信信道，实现了快速入网；
1c)生成自适应跳频序列：装置入网成功后，首先交换彼此的最优信道集合bitmap1，并选择两个集合的交集存入公共最优信道集合bitmap0，集合bitmap0的序列作为自适应跳频时的跳频序列；
2)协商自适应跳频：
装置入网成功后进入正常工作时隙，通信过程中监测当前使用信道的接收率和LQI的变化，当接收率下降到阈值P1时或LQI低于阈值L1时，进入协商跳频阶段，在某个固定时隙时刻A、B节点按照公共最优信道集合bitmap0中的序列同时切换到下一信道进行通信，同时两节点将当前信道降级到信道集合bitmap2中；
3)多级频道集合bitmap定时协商更新：
3a)在正常工作时隙中，选取若干时隙作为实现多级频道集合bitmap定时协商更新的更新时隙，实现动态认知和调整，及时发现多级信道集合bitmap中的信道质量变化，及时更新公共最优信道集合bitmap0，从而在保证检测可信度的前提下降低节点功耗；
3b)在更新时隙，监测信道集合bitmap0是否有干扰信道chanbad出现，若出现chanbad则通过A、B节点协商通信，将集合bitmap0中 的chanbad信道降级，没有chanbad则不操作；
3c)在更新时隙，监测多级bitmap集合的变化，当集合bitmap1、bitmap2、bitmap3中的信道质量出现变化时对相应信道进行升级或降级处理，其中集合bitmap1发生变化时，即让A、B进行协商通信，查看变化信道是否对公共最优信道产生影响，产生影响则更新公共最优信道bitmap0。
其中所述步骤1a)中的能量扫描是指在非通信时扫描470-510MHz的每个信道的RSSI能量值，信道的spacing channel为200khz，共有信道201个；信道能量值低于阈值R1的信道视为无干扰的稳定良好信道存于1级信道集合bitmap1，信道能量值高于阈值R1同时低于R2的信道视为不稳定信道存于2级信道集合bitmap2，信道能量值高于阈值R2的信道视为有干扰的不良信道存于3级信道bitmap3。
其中所述步骤1b)中的A节点发送beacon包时的信道切换的时间间隔为A发送一个beacon包到A接收到B发回ACK相应的最小收发时间tmin，B节点的切换信道的最小时间间隔为最小收发时间tminx信道数nbitmap0。
本发明通过初始化阶段预扫频的频谱认知分析频谱状态，然后按信道质量将信道分为3级bitmap集合，通过交换各自最优信道集合bitmap1协商确定了公共最优信道集合bitmap0，并将它作为跳频序列，提高了通信的成功率和跳频准确性和可靠性。通过用初始化阶段各自的最优信道集合bitmap1作为各自的入网跳频序列优化了入网时间。正常工作阶段，自动根据信道通信成功率及信道质量LQI，进行自适应跳频。通过bitmap更新时隙，更新各级bitmap信道集合，并协商更新公共最优信道集合bitmap0，保障通信成功率和可跳频可靠性。
附图说明
图1是基于bitmap的协商自适应跳频装置示意图；
图2是本发明的使用场景图；
图3是本发明的整体实施流程图；
图4是多级bitmap集合生成图；
图5是频谱识别效果图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合附图和具体实施例，对本发明进一步详细说明。
图1是基于bitmap的协商自适应跳频装置结构示意图，该装置包括跳频序列生成器101、跳频序列协商器102、频谱感知多级bitmap生成器103、频谱监测Bitmap更新器104。
参照图2，本发明装置使用场景包括主节点A和从节点B，还有干扰信号S。
参照图3，本发明的具体实施方式如下：
步骤1：初始化：
1a)首先进行频谱感知生成多级bitmap集合，生成方式参照图4，频谱识别效果参照图5，阈值小于R1的信道存于集合
bitmap1＝{changood1,changood2,...,changoodm}，
阈值介于R1与R2之间的信道集合
bitmap2＝{chancom1,chancom2,...,changcomn}，
阈值大于R3的信道集合
bitmap3＝{chanbad1,chanbad2,...,chanbadk}，
其中阈值大小关系为R1<R2<R3，其中m+n+k＝201，A和B节点的各级bitmap集合元素及m、n、k值不一定相同。
1b)信标帧入网，入网阶段A、B节点按照自身最优信道集合bitmap1依次切换信道，A在每个信道发送beacon包，B处于接收状态，当接收到A的数据后返回一个ACK相应。此时入网成功，当前信道作为初始信道。
1c)在初始信道交换各种最优信道集合bitmap1，协商公共最优信道 集合bitmap0作为跳频序列。
步骤2：协商更新跳频序列：
2a)在正常工作时隙进行收发操作，监测当前信道接收率或LQI是否达到阈值，如果是则按协商跳频序列向后跳频，如果不是则继续其他操作
2b)在bitmap更新时隙，监测各级bitmap集合的信道质量变化，将bitmap更新时隙时信道质量的变化的信道重新分到相应的bitmap中，同时A、B将各自bitmap1集合的变化元素交换，若产生新的交集，则加入bitmap0；不再是公共集合的信道则移出bitmap0。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。