一種基于鏈路規(guī)避的工業(yè)無線wia?pa網(wǎng)絡(luò)信道使用方法
【專利摘要】本發(fā)明請(qǐng)求保護(hù)一種基于鏈路規(guī)避的工業(yè)無線WIA?PA網(wǎng)絡(luò)信道使用方法。該方法在新的單播數(shù)據(jù)發(fā)送之前首先搜索匹配鏈路，讀取鏈路的選擇控制位，如果該鏈路不允許被選擇性忽略，則直接使用該鏈路進(jìn)行發(fā)送，否則對(duì)該鏈路的信道質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，如果評(píng)估認(rèn)為存在信道干擾，則選擇性規(guī)避該發(fā)送鏈路，重新執(zhí)行搜索過程，如果評(píng)估通過則使用該鏈路進(jìn)行發(fā)送。本發(fā)明不需要在已知信道干擾存在的情況下通過多次重傳保證數(shù)據(jù)傳輸可靠性，有效避免不必要的設(shè)備能量損耗，同時(shí)對(duì)信道干擾的規(guī)避過程不需要繁復(fù)的幀交互流程，降低干擾信道的使用率，減輕通信開銷和網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)，由于不需要調(diào)整跳信道序列的長(zhǎng)度，因而具有對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行影響較小的優(yōu)勢(shì)。
【專利說明】
-種基于鏈路規(guī)避的工業(yè)無線w IA-PA網(wǎng)絡(luò)信道使用方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于工業(yè)無線網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)領(lǐng)域，具體設(shè)及一種基于鏈路規(guī)避的工業(yè)無線 WIA-PA網(wǎng)絡(luò)信道使用方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 工業(yè)無線技術(shù)作為一種面向工廠自動(dòng)化和過程自動(dòng)化應(yīng)用的無線通信技術(shù)，W其 超低功耗、抗干擾、實(shí)時(shí)通信的技術(shù)特征和安裝簡(jiǎn)單、覆蓋范圍廣、維護(hù)成本低的優(yōu)勢(shì)在工 業(yè)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境得到逐步推廣和使用。
[0003] WIA-PA標(biāo)準(zhǔn)是由中國(guó)主導(dǎo)制定的一項(xiàng)工業(yè)無線通信規(guī)范，主要面向工業(yè)過程測(cè) 量、監(jiān)視與控制應(yīng)用提供技術(shù)解決方案。多信道跳頻技術(shù)作為工業(yè)無線WIA-PA標(biāo)準(zhǔn)的一項(xiàng) 重要支撐技術(shù)，在降低網(wǎng)絡(luò)整體丟包率，提高設(shè)備間連通性，減少重傳操作的能量損耗，維 護(hù)WIA-PA網(wǎng)絡(luò)長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性和可靠性等方面具有重要意義。WIA-PA提供Ξ種跳頻機(jī) 審IJ，分別為自適應(yīng)跳頻機(jī)制、自適應(yīng)頻率切換機(jī)制和時(shí)隙跳頻機(jī)制。其中，自適應(yīng)頻率切換 應(yīng)用于活動(dòng)期，自適應(yīng)跳頻機(jī)制應(yīng)用于簇內(nèi)通信階段，時(shí)隙跳頻機(jī)制應(yīng)用于簇間通信階段。
[0004] 但在實(shí)際應(yīng)用過程中，自適應(yīng)跳頻機(jī)制需要在干擾環(huán)境下進(jìn)行多次重傳，并W重 傳次數(shù)作為信道質(zhì)量的評(píng)估依據(jù)，評(píng)估未通過再切換到其他信道進(jìn)行通信，切換過程需要 節(jié)點(diǎn)與簇首進(jìn)行多次切換通知和切換確認(rèn)等交互過程，操作流程復(fù)雜，而多次重傳操作和 頻繁的帖交互過程往往伴隨著大量的通信資源消耗，因此該方法無法適應(yīng)實(shí)際工業(yè)無線網(wǎng) 絡(luò)的使用需求。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明本發(fā)明的主要目的在于針對(duì)上述依賴重傳次數(shù)的干擾評(píng)估方式和復(fù)雜的 信道切換流程的局限性，提供一種能夠有效降低干擾環(huán)境下的重傳次數(shù)，減少設(shè)備的能量 損耗，減小干擾信道的使用率，在規(guī)避WIA-PA網(wǎng)絡(luò)中信道干擾影響的同時(shí)保證網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的 穩(wěn)定性的基于鏈路規(guī)避的工業(yè)無線WIA-PA網(wǎng)絡(luò)信道使用方法。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：一 種基于鏈路規(guī)避的工業(yè)無線WIA-PA網(wǎng)絡(luò)信道使用方法，其包括W下步驟：
[0006] 10UWIA-PA設(shè)備發(fā)送新的單播數(shù)據(jù)時(shí)，首先捜索鏈路表中鏈路類型與發(fā)送數(shù)據(jù)所 需鏈路類型相匹配鏈路，讀取該匹配鏈路的選擇控制位，判斷如果該匹配鏈路不允許被選 擇性忽略，則直接使用該鏈路進(jìn)行發(fā)送；
[0007] 102、否則對(duì)該鏈路的信道質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，如果評(píng)估認(rèn)為存在信道干擾則評(píng)估不通 過，則選擇性規(guī)避該發(fā)送鏈路，重新捜索下一條匹配鏈路并進(jìn)行判斷，如果評(píng)估通過則使用 該鏈路進(jìn)行發(fā)送。
[000引進(jìn)一步的，步驟101中WIA-PA設(shè)備在新的單播數(shù)據(jù)發(fā)送之前首先捜索匹配鏈路具 體包括:St邱1:如果有單播數(shù)據(jù)包需要發(fā)送，則捜索鏈路表查找匹配鏈路，讀取匹配鏈路的 信道偏移Channe lOf f set和相對(duì)時(shí)隙號(hào)Re lati veSlotNumber，讀取超帖循環(huán)次數(shù) SuperFrameCycl e和超帖長(zhǎng)度Supe;rFrameDurat ion，計(jì)算匹配鏈路的絕對(duì)時(shí)隙號(hào) AbsoluteSlotNumber,
[0009]
[0010] Step2:根據(jù)可用信道列表化annelArray計(jì)算該可用信道列表中的信道數(shù)，即可用 信道長(zhǎng)度ChannelNum，讀取匹配鏈路的信道偏移ChannelOffset，根據(jù)絕對(duì)時(shí)隙號(hào) AbsoluteSlotNumber、信道偏移Qiannel Off set和可用信道長(zhǎng)度QiannelNum計(jì)算信道的檢 索號(hào) Ch 曰 nnelindex:
[0011] Qiannellndex= (QiannelOffset+AbsoluteSlotNumber) %QiannelNum (2)
[0012] Step3:利用信道檢索號(hào)Qiannellndex在可用信道列表QiannelArray中檢索獲得 該鏈路的信道號(hào)ActiveQiannel:
[0013] ActiveCh 曰 nnel = Ch 曰 nnelArr 曰 y[Ch 曰 nnelindex] (3)。
[0014] 進(jìn)一步的，步驟101在鏈路類型屬性中新增鏈路選擇控制位，對(duì)設(shè)備鏈路的使用進(jìn) 行管理，鏈路選擇控制位為1表示即使鏈路與數(shù)據(jù)包類型匹配，也允許設(shè)備依據(jù)信道質(zhì)量選 擇放棄使用該鏈路，鏈路使用控制位為0表示當(dāng)鏈路與數(shù)據(jù)包類型匹配時(shí)，強(qiáng)制使用該鏈路 進(jìn)行發(fā)送，不考慮鏈路的信道質(zhì)量。
[0015] 進(jìn)一步的，步驟102中WIA-PA設(shè)備信道質(zhì)量的評(píng)估依據(jù)為設(shè)備收發(fā)操作的歷史信 息，主要包括發(fā)送成功次數(shù)、丟包次數(shù)、CCA空閑信道評(píng)估失敗次數(shù)。
[0016] 進(jìn)一步的，所述步驟102對(duì)該鏈路的信道質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估的信道質(zhì)量評(píng)估結(jié)果記錄 在IdleQiannelMask屬性，評(píng)估步驟如下：
[0017] 401、如果該信道已經(jīng)被IdleChannelMask限制使用，則判斷該信道的限制時(shí)間是 否結(jié)束，如果限制時(shí)間結(jié)束則將該信道對(duì)應(yīng)的限制掩碼位清0,否則保持對(duì)該信道限制，并 結(jié)束對(duì)該信道的評(píng)估流程；
[0018] 402、如果該信道尚未被Idle化annelMask限制使用，則對(duì)該信道中的最近5次發(fā)送 情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如果出現(xiàn)3次丟包，則直接將該信道對(duì)應(yīng)的限制掩碼位置1，且重新開始定 時(shí)，并結(jié)束該信道的評(píng)估流程。
[0019] 403、對(duì)該信道的單播數(shù)據(jù)包的發(fā)送成功次數(shù)、丟包次數(shù)、CCA失敗次數(shù)進(jìn)行匯總， 如果單播數(shù)據(jù)包發(fā)包總數(shù)低于評(píng)估算法啟動(dòng)的最小發(fā)包闊值，則結(jié)束該信道的評(píng)估流程；
[0020] 404、根據(jù)該信道中單播數(shù)據(jù)包發(fā)送總次數(shù)化cketTotal、丟包次數(shù)化cket化il、 CCA失敗次數(shù)CCAFail計(jì)算該信道的丟包率化cketLossRate和CCA失敗率CCAFailRate:
[0023] 405、判定該信道的丟包率或CCA失敗率是否超過闊值上限，如果高于闊值上限，貝U 將該信道對(duì)應(yīng)的限制掩碼位置1，重新開始定時(shí)，并結(jié)束該信道的評(píng)估流程，否則直接結(jié)束 該信道的評(píng)估流程。
[0024] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果如下：
[0025] 本發(fā)明與現(xiàn)有的WIA-PA自適應(yīng)跳頻機(jī)制相比，該方法不需要在已知信道干擾存在 的情況下通過多次重傳保證數(shù)據(jù)傳輸可靠性，更不W重傳次數(shù)作為信道質(zhì)量的評(píng)估依據(jù)， 運(yùn)能有效避免不必要的設(shè)備能量損耗。其次，該方法對(duì)信道干擾的規(guī)避過程不需要繁復(fù)的 帖交互流程，設(shè)備通過自身信道歷史信息對(duì)本地信道質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，并主動(dòng)規(guī)避存在信道 干擾的發(fā)送鏈路，在有效降低干擾信道使用率的同時(shí)減輕通信開銷和網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)。最后，該方 法不需要系統(tǒng)管理器的參與，也不需要調(diào)整跳信道序列的長(zhǎng)度，因而具有對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行影響 較小的優(yōu)勢(shì)。
【附圖說明】
[0026] 圖1是本發(fā)明提供優(yōu)選實(shí)施例干擾鏈路的規(guī)避示例；
[0027] 圖2干擾鏈路的規(guī)避流程；
[00巧]圖3發(fā)送情況統(tǒng)計(jì)表TransCon化ble結(jié)構(gòu)；
[0029] 圖4鏈路表中的鏈路類型屬性。
【具體實(shí)施方式】
[0030] W下結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明：但是應(yīng)該理解，運(yùn)些描述只是示例的，而 并非要限制本發(fā)明的范圍。此外，在W下說明中，省略了對(duì)公知結(jié)構(gòu)和技術(shù)的描述，W避免 不必要地混淆本發(fā)明的概念。
[0031] 干擾鏈路規(guī)避示例如圖1所示，配合圖2中的具體執(zhí)行流程，一種基于鏈路規(guī)避的 工業(yè)無線WIA-PA網(wǎng)絡(luò)信道使用方法的執(zhí)行步驟如下：
[0032] Stepl:如果有單播數(shù)據(jù)包需要發(fā)送，則捜索鏈路表查找匹配鏈路，讀取匹配鏈路 的信道偏移ChannelOf f set和相對(duì)時(shí)隙號(hào)Relati veSlotNumber，讀取超帖循環(huán)次數(shù) SuperFrameCycl e和超帖長(zhǎng)度Supe;rFrameDurat ion，計(jì)算匹配鏈路的絕對(duì)時(shí)隙號(hào) AbsoluteSlotNumber：
[0033]
[0034] Step2:根據(jù)可用信道列表化annelArray計(jì)算可用信道長(zhǎng)度化annelNum，讀取匹配 鏈路的信道偏移ChannelOf f set,根據(jù)絕對(duì)時(shí)隙號(hào)AbsoluteSlotNumber、信道偏移 QlannelOffset和可用信道長(zhǎng)度QlannelNum計(jì)算信道的檢索號(hào)QlannelIndex:
[0035] Qiannellndex= (QiannelOffset+AbsoluteSlotNumber) %QiannelNum (2)
[0036] Step3:利用信道檢索號(hào)Qiannellndex在可用信道列表QiannelArray中檢索獲得 該鏈路的信道號(hào)ActiveQiannel:
[0037] ActiveCh 曰 nnel = Ch 曰 nnelArr 曰 y[Ch 曰 nnelindex] (3)
[0038] Step4:讀取該鏈路的選擇控制位，如果該鏈路不允許被選擇性忽略，則直接使用 該鏈路進(jìn)行發(fā)送，結(jié)束鏈路選擇過程。否則執(zhí)行Steps對(duì)該信道進(jìn)行評(píng)估。
[0039] Step5:如果信道Active化annel被IdleQiannelMask限制使用，則判斷該信道的限 制時(shí)間是否結(jié)束，如果結(jié)束則解除I d 1 e C h a η η e 1Μ a S k對(duì)該信道的限制，否則保持 IdleQiannelMask 不變。轉(zhuǎn)至 SteplO。
[0040] Step6:如果信道Active化annel未被IdleQiannelMask限制使用，則統(tǒng)計(jì)該信道最 近5次的數(shù)據(jù)包發(fā)送情況，如果出現(xiàn)3次丟包或者CCA失敗，則將該信道在Idle化annelMask 中進(jìn)行限制，重置該信道的定時(shí)器并轉(zhuǎn)至SteplO,否則保持Idle畑annelMask不變并執(zhí)行 St 邱 7d
[0041] Step7:檢索發(fā)送情況統(tǒng)計(jì)表化ansCon化ble，對(duì)該信道上的單播數(shù)據(jù)包發(fā)送成功 次數(shù)、丟包次數(shù)、CCA失敗次數(shù)進(jìn)行匯總：
[0042] PacketTotal =化cketSuccess+化[Ι?θ??^?Ι+?ΧΑ?^?Ι (4)如果單播數(shù)據(jù)包發(fā)包 總數(shù)化cketTotal低于啟動(dòng)評(píng)估算法的最小發(fā)包闊值，則保持IdleChannelMask不變并執(zhí)行 SteplO，否則執(zhí)行 steps。
[0043] steps:計(jì)算該信道的丟包率化cketLossRate和CCA失敗率CCAFai IRate:
[0046] Step9 :判定信道ActiveChannel 的丟包率Packe化ossRate和CCA失敗率 CCA化ilRate是否超過闊值上限，如果高于闊值上限，則將該信道在IdleChannelMask中進(jìn) 行限制，重置該信道的定時(shí)器，否則保持Idle化annelMask不變。轉(zhuǎn)至SteplO。
[0047] St邱10:讀取信道評(píng)估結(jié)果，如果該信道未通過評(píng)估則返回Stepl重新捜索其他匹 配鏈路進(jìn)行判斷，否則使用該信道進(jìn)行發(fā)送。
[0048] W上運(yùn)些實(shí)施例應(yīng)理解為僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。在 閱讀了本發(fā)明的記載的內(nèi)容之后，技術(shù)人員可W對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，運(yùn)些等效變 化和修飾同樣落入本發(fā)明權(quán)利要求所限定的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于鏈路規(guī)避的工業(yè)無線WIA-PA網(wǎng)絡(luò)信道使用方法，其特征在于，包括以下步 驟： 101、 WIA-PA設(shè)備發(fā)送新的單播數(shù)據(jù)時(shí)，首先搜索鏈路表中鏈路類型與發(fā)送數(shù)據(jù)所需鏈 路類型相匹配鏈路，讀取該匹配鏈路的選擇控制位，判斷如果該匹配鏈路不允許被選擇性 忽略，則直接使用該鏈路進(jìn)行發(fā)送； 102、 否則對(duì)該鏈路的信道質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估，如果評(píng)估認(rèn)為存在信道干擾則評(píng)估不通過， 則選擇性規(guī)避該發(fā)送鏈路，重新搜索下一條匹配鏈路并進(jìn)行判斷，如果評(píng)估通過則使用該 鏈路進(jìn)行發(fā)送。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于鏈路規(guī)避的工業(yè)無線WIA-PA網(wǎng)絡(luò)信道使用方法，其特征 在于，步驟101中WIA-PA設(shè)備在新的單播數(shù)據(jù)發(fā)送之前首先搜索匹配鏈路具體包括:Stepl: 如果有單播數(shù)據(jù)包需要發(fā)送，則搜索鏈路表查找匹配鏈路，讀取匹配鏈路的信道偏移 ChannelOffset和相對(duì)時(shí)隙號(hào)1^1&1:;[￥631(^他11^61'，讀取超幀循環(huán)次數(shù)3卯6沖瓜1116〇5^16和 超幀長(zhǎng)度SuperFrameDuration，計(jì)算匹配鏈路的絕對(duì)時(shí)隙號(hào)AbsoluteSlotNumber，Step2:根據(jù)可用信道列表ChannelArray計(jì)算該可用信道列表中的信道數(shù)，即可用信道 長(zhǎng)度ChannelNum，讀取匹配鏈路的信道偏移ChannelOffset，根據(jù)絕對(duì)時(shí)隙號(hào) AbsoluteSlotNumber、信道偏移0^111161(^€861:和可用信道長(zhǎng)度〇1&111161燦1]1計(jì)算信道的檢 索號(hào) Channel Index: Channellndex=(ChannelOffset+AbsoluteSlotNumber)%ChannelNum (2) Step3:利用信道檢索號(hào)Channellndex在可用信道列表ChannelArray中檢索獲得該鏈 路的信道號(hào)ActiveChannel: Act i veChanne1 = Channe1Array[Channe1Index] (3)〇3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于鏈路規(guī)避的工業(yè)無線WIA-PA網(wǎng)絡(luò)信道使用方法，其特 征在于，步驟101在鏈路類型屬性中新增鏈路選擇控制位，對(duì)設(shè)備鏈路的使用進(jìn)行管理，鏈 路選擇控制位為1表示即使鏈路與數(shù)據(jù)包類型匹配，也允許設(shè)備依據(jù)信道質(zhì)量選擇放棄使 用該鏈路，鏈路使用控制位為0表示當(dāng)鏈路與數(shù)據(jù)包類型匹配時(shí)，強(qiáng)制使用該鏈路進(jìn)行發(fā) 送，不考慮鏈路的信道質(zhì)量。4. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于鏈路規(guī)避的工業(yè)無線WIA-PA網(wǎng)絡(luò)信道使用方法，其特 征在于，步驟102中WIA-PA設(shè)備信道質(zhì)量的評(píng)估依據(jù)為設(shè)備收發(fā)操作的歷史信息，主要包括 發(fā)送成功次數(shù)、丟包次數(shù)、CCA中文空閑信道評(píng)估失敗次數(shù)。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于鏈路規(guī)避的工業(yè)無線WIA-PA網(wǎng)絡(luò)信道使用方法，其特征 在于，所述步驟10 2對(duì)該鏈路的信道質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估的信道質(zhì)量評(píng)估結(jié)果記錄在 IdleChannelMask屬性，評(píng)估步驟如下： 401、 如果該信道已經(jīng)被IdleChannelMask限制使用，則判斷該信道的限制時(shí)間是否結(jié) 束，如果限制時(shí)間結(jié)束則將該信道對(duì)應(yīng)的限制掩碼位清0,否則保持對(duì)該信道限制，并結(jié)束 對(duì)該信道的評(píng)估流程； 402、 如果該信道尚未被IdleChannelMask限制使用，則對(duì)該信道中的最近5次發(fā)送情況 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如果出現(xiàn)3次丟包，則直接將該信道對(duì)應(yīng)的限制掩碼位置1，且重新開始定時(shí)，并 結(jié)束該信道的評(píng)估流程。 403、 對(duì)該信道的單播數(shù)據(jù)包的發(fā)送成功次數(shù)、丟包次數(shù)、CCA失敗次數(shù)進(jìn)行匯總，如果 單播數(shù)據(jù)包發(fā)包總數(shù)低于評(píng)估算法啟動(dòng)的最小發(fā)包閾值，則結(jié)束該信道的評(píng)估流程； 404、 根據(jù)該信道中單播數(shù)據(jù)包發(fā)送總次數(shù)PacketTotal、丟包次數(shù)PacketFail、CCA失 敗次數(shù)CCAFail計(jì)算該信道的丟包率PacketLossRate和CCA失敗率CCAFailRate:405、 判定該信道的丟包率或CCA失敗率是否超過閾值上限，如果高于閾值上限，則將該 信道對(duì)應(yīng)的限制掩碼位置1，重新開始定時(shí)，并結(jié)束該信道的評(píng)估流程，否則直接結(jié)束該信 道的評(píng)估流程。
【文檔編號(hào)】H04W24/02GK106060845SQ201610321010
【公開日】2016年10月26日
【申請(qǐng)日】2016年5月16日
【發(fā)明人】王恒, 杜乾, 夏樞洋, 王平
【申請(qǐng)人】重慶郵電大學(xué)