一种商用的Wi-Fi到ZigBee技术高可靠直接通信方法技术

本发明专利技术公开了一种商用的Wi

【技术实现步骤摘要】
一种商用的Wi
‑
Fi到ZigBee技术高可靠直接通信方法


[0001]本专利技术涉及通信
，具体涉及一种商用的Wi
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Fi到ZigBee技术高可靠直接通信方法。

技术介绍

[0002]物联网时代，智慧城市、智能交通、智慧家居、智慧医疗等为人们的生活提供了极大的便利。以Wi
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Fi、ZigBee和蓝牙为代表的无线技术广泛应用于各种物联网项目，普遍地部署于各种场景。然而大量的无线通信设备都工作于无需授权的ISM 2.4GHz频段，且各种技术的通信信道间出现较大范围的重叠。各无线通信技术将同一频段除己方通信以外的信号视为干扰，支持这些协议的设备在物理空间的共存和频谱空间的重叠导致了异质网络共存问题，产生了严重的跨技术干扰，由此导致传输性能的下降。
[0003]异质网络通信协同主要依赖于网关的使用，网关兼容不同的通信协议，从硬件上可以实现和不同网络设备的直接通信，从软件上可以实现不同网络设备数据的融合。以ZigBee和蓝牙之间的网关为例，网关同时兼容ZigBee和蓝牙两种协议，在接收ZigBee信号后进行数据解析，再以蓝牙数据包的格式将数据封包后转发，网关的使用在一定程度上能够保证将数据准确无误地在ZigBee和蓝牙设备之间进行传递。然而，网关的引入同时也带来了很多问题，比如网关需要兼容不同的通信协议，增加了网关设备这样的硬件成本；为了更好的对异质网络流量进行中继，网关的部署需要根据网络状况选在特定的位置，在一定程度上增加了网络的复杂度，也给网关的部署带来了一定的挑战；考虑到网关的工作机制，即“接收
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处理
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发送”，造成了由于中继而增加的流量开销，使得原本拥挤的通信环境更加糟糕；且通过网关进行异质网络协调未能解决异质网络共存导致的跨技术干扰。
[0004]跨技术通信的提出为上述问题的解决提供了新的解决思路。目前跨技术通信主要方向为：数据包级跨技术通信和物理层信号模拟跨技术通信。
[0005]数据包级跨技术通信主要通过数据包的长度、能量、信标定时来实现跨技术通信。其中，B2W2在重叠的窄带蓝牙信道和宽带无线Wi
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Fi信道中，利用Wi
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Fi信道状态信息(channel state information，CSI)的变化来实现蓝牙设备到Wi
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Fi设备的数据传输。Esense和HoWiEs方法通过调制Wi
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Fi包的长度来构建相应的可识别符号。C
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Morse采用两种不同的Wi
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Fi包长模拟长短码，实现Wi
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Fi到ZigBee的通信。Freebee通过调制数据包的发送时刻来构建特殊的能量，这样的跨技术通信比特速率被限制为18bps。虽然基于数据包的特征可以实现异构物联网直联通信,但目前的解决方案存在信道利用率和吞吐量较低的缺点，需要发送大量数据包才能完成对数据的有效传递，对接收端的存储和处理能力要求较高。
[0006]不同于数据包级跨技术通信，物理层信号模拟跨技术通信主要通过精心选择载荷数据来模拟目标无线技术的波形，使异质设备之间互相兼容来实现跨技术通信。一种物理层跨技术通信为发送端跨技术通信，例如WeBee通过OFDM调制和QAM调制的逆推模拟目标ZigBee信号，并且将该信号加载至数据帧载荷中实现跨技术通信；BlueBee通过GFSK调制技
术的逆推来模拟目标ZigBee信号，以此来实现物理层级的跨技术通信。另一种物理层跨技术通信为接收端跨技术通信，接收机端跨技术通信则将跨技术通信的复杂度转移至接收机。其中XBee通过实现交叉编码ZigBee分组信号的蓝牙接收端，实现了ZigBee到蓝牙的跨协议通信。PatternBee通过识别无论采样偏移量如何变化，都具有零相移的抗偏移片段，从而解码接收到的ZigBee符号，实现跨协议通信。
[0007]物理层跨技术通信因为受到硬件或者调制方式的限制，比如Wi
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Fi技术通过OFDM对信号进行调制，而ZigBee技术通过O
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QPSK对信号进行调制，Wi
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Fi到ZigBee通信信号模拟存在固有偏差。在WEBee中，Wi
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Fi模拟ZigBee跨技术通信信号在QAM调制和循环前缀处产生了两处固有误差，而面对这样的误差，学术界的研究减小和补偿了这样的固有误差，并没有消除这样的误差。这样的固有误差带来了跨技术通信不可靠问题，导致帧接收率比较低，通常需要多次发包才能达到较高的数据传输准确度，有的更是需要加多次前导序列，这样便导致了现有跨技术通信吞吐率较低，通信效率不高。
[0008]现有的跨技术通信实现方案，大多都需要通过专用的软件定义无线电硬件平台实现，比如USRP，或是需要对商用设备进行固件的大幅度修改。XBee需要以特定的接入地址来识别跨技术通信，且引了二维映射矩阵来识别跨技术通信信号偏移情况和解码跨技术通信数据包，在接收端引入了较大程度的固件修改和工作量。这样的情况使得许多跨技术通信方案难兼容于目前已广泛部署的大量商用设备中，在一定程度上限制了跨技术通信的商业化应用。跨技术通信技术通过专用软件定义无线电实现的原因，很多跨技术通信未考虑不同通信技术间的中心频率不一致的情况，这导致很多跨技术通信在理论上和实验环境中能够很好的运行和通信，但是在实际的商用设备中，无法进行正常的数据传输。
[0009]综上，由于受到硬件或者调制方式的限制，现有Wi
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Fi到ZigBee通信信号模拟存在固有偏差，带来了跨技术通信不可靠问题；且现有跨技术通信大多都需要通过专用的软件定义无线电硬件平台实现，比如USRP，或是需要对商用设备进行固件的大幅度修改，导致很难兼容于目前广泛部署的商用设备中，在一定程度上限制了跨技术通信的商业化应用。

技术实现思路

[0010]针对现有技术存在的上述不足，本专利技术的目的在于提供一种商用的Wi
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Fi到ZigBee技术高可靠直接通信方法。
[0011]为实现以上目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0012]一种商用的Wi
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Fi到ZigBee技术高可靠直接通信方法，包括以下步骤：
[0013]一、获得ZigBee数据帧的目标相位序列
[0014]通过MSK调制解调映射表，对目标ZigBee数据帧比特序列进行映射，获得ZigBee数据帧的目标相位序列；
[0015]二、根据目标相位序列匹配Wi
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Fi技术CCK码本
[0016]将每组CCK码本分别进行插值重采样，并将ZigBee相位序列进行与CCK码本相同细粒度的重采样；采用相位匹配算法进行目标相位序列的CCK码本匹配，获取与ZigBee数据帧目标相位序列匹配度最高的Wi
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Fi CCK码字；
[0017]三、中心频率偏移补偿
[0018]CC本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种商用的Wi
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Fi到ZigBee技术高可靠直接通信方法，其特征在于，包括以下步骤：一、获得ZigBee数据帧的目标相位序列通过MSK调制解调映射表，对目标ZigBee数据帧比特序列进行映射，获得ZigBee数据帧的目标相位序列；二、根据目标相位序列匹配Wi
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Fi技术CCK码本将每组CCK码本分别进行插值重采样，并将ZigBee相位序列进行与CCK码本相同细粒度的重采样，采用相位匹配算法进行目标相位序列的CCK码本匹配，获取与ZigBee数据帧目标相位序列匹配度最高的Wi
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Fi CCK码字；三、中心频率偏移补偿CCK码字在中心频率偏移后符合如下公式：上式中C
i
表示CCK码本中每一位，f
w
‑
f
b
则为中心频率偏移之差，这里固定为2MHz，n为CCK码本中第n位，T
s
则表示该调制方式采样率，C'
i
为中心频率偏移后码本；将原CCK码字依次进行以上处理，生成中心频率补偿码本，然后完成步骤二的迭代匹配；四、生成Wi
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Fi商用设备数据包有效载荷41)获取Wi
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Fi设备前导码信息，以及MAC帧头信息；42)根据步骤41)获取的信息，并根据802.11b协议栈，CCK调制方式依次计算至帧主体的CCK调制初相和扰码器初始值；43)根据步骤42)获得的初相以及扰码初值和步骤三获得CCK码本序列计算商用设备数据包有效载荷；五、商用设备的定制修改，实现对商用设备的兼容。2.根据权利要求1所述商用的Wi
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Fi到ZigBee技术高可靠直接通信方法，其特征在于，步骤一中，生成待模拟的ZigBee数据帧结构，每个字节以4bits为单位分解为ZigBee技术symbol序列，根据MSK调制解调映射表，将每个symbol映射为32位chip序列，由chip序列组成的物理层比特流经转换获得的相位序列为ZigBee数据帧的目标相位序列。3.根据权利要求2所述商用的Wi
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Fi到ZigBee技术高可靠直接通信方法，其特征在于，由物理层比特流经转换获得相位序列的步骤包括：设置初相从比特流第一个字节B1开始，若B1>1,则否则以此类推：Bn>1,否则4.根据权利要求1所述商用的Wi
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Fi到ZigBee技术高可靠直接通信方法，其特征在于，步骤一中，ZigBee比特序列还可以通过O
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QPSK调制映射表获得，并通过获得的波形进行角度转换获得ZigBee数据帧的目标相位序列。5.根据权利要求4所述商用的Wi
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Fi到ZigBee技术高可靠直接通信方法，其特征在于，
生成待模拟的ZigBee数据帧结构，每个字节经过小端排放倒序后，每4个比特划分为一个symbol，按照O
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QPSK调制直序扩频序列表映射成为...

【专利技术属性】
技术研发人员：李士宁，焦锋，程涛，刘若峰，王长浩，刘畅，董博洋，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：