[发明专利]工业无线网络中跳信道抗射频干扰方法

说明书

技术领域

本发明属于工业无线网络通信技术，尤其涉及一种工业无线网络的抗干 扰方法。

背景技术

随着无线通信技术的飞速发展，802.11b、ZigBee、蓝牙、IEEE 802.15.4 等技术逐渐被应用到工业现场。这些无线通信技术的引入解决了工业现场布 线困难、安装维护成本高等问题，但无法适应复杂的工业现场环境，不能满 足工业现场的需求。IEEE 802.15.4标准作为一个低功耗、低速率的PHY/MAC 标准，定义的网络具有节能的特点，适合于工业无线网络，但没有考虑网络 信道之间的干扰问题，由于工业现场采用IEEE 802.15.4标准的网络易受采 用IEEE 802.11b标准网络的干扰，这就降低了整个系统的抗干扰能力。目前 IEEE 802.15.4的设备为了抗击IEEE 802.11b网络的干扰采用的主要方式是： 通信时采用3条信道(15、20、25)中的1条。本发明就是在此背景下提出 在IEEE 802.15.4 MAC层协议上增加自适应跳信道功能，使用特殊信道序列 (16个信道)来提高设备的抗干扰性以及使用黑名单技术来屏蔽被干扰的信 道，使其在工业现场具有更好的抗干扰能力。

发明内容

本发明针对工业现场数据传输过程中容易受到外界噪声的干扰而发生衰 变，不同系统之间存在信道的相互干扰，为了尽可能减小或消除这些干扰，保 障数据传输的可靠性，提出适合工业无线网络的自适应跳信道方法，有效解 决工业无线网络内部数据通信的安全性问题，保障系统正常的运行，在信道 受到干扰时能够迅速地屏蔽被干扰信道并跳变到安全信道收发数据，使系统 不受外部干扰的影响继续正常工作，并在信道解除干扰后撤销屏蔽。

本发明所采用的技术方案是：协调器选择网络中不易被相邻系统设备干 扰的信道作为专用信道，以专用信道为界限从每个信道组中选择一个信道组 成跳信道序列，使得跳信道序列中任何两个相邻信道都不属于同一个重合区 域，将根据专用信道生成的本系统跳信道序列作为网络的基本信息广播至本 系统所有设备。协调器扫描周围邻接网络的信道使用情况，判断起跳点是否 被邻接网络使用，选择一个未被邻接网络使用的起跳点作为本系统的起跳点； 在信标帧的载荷中添加包含本系统起跳点和邻接系统起跳点信息的跳信道信 息；协调器使用专用信道周期性发送信标帧；路由器和终端设备解析信标帧， 选择一个未使用的起跳点作为路由器和终端设备的起跳点；协调器和路由器 定期进行信道评估，根据丢包率确定信道的通信质量等级(好信道、差信道、 坏信道)，当通信质量等级为坏信道时，该通信信道为被干扰信道，将被干扰 信道列入黑名单。如果系统中通信信道被干扰，协调器将该信道列入黑名单 屏蔽被干扰信道，采用被干扰信道的下一信道替代被干扰信道在跳信道序列 中的位置。

协调器和路由器定期对黑名单中的信道进行评估，通过评估得到的丢包率 来确定信道的通信质量等级，当坏信道的通信质量等级恢复为好信道或差信 道时，从黑名单中删除该信道并恢复其在原有跳信道序列中的位置，由协调 器广播至全网所有设备。

本发明根据IEEE 802.15.4协议栈，在信标帧的载荷中添加跳信道信息， 以集中管理的方式由协调器将跳信道序列发送给各个设备。同时在IEEE 802.15.4协议栈的基础上实现信道替换、坏信道屏蔽、信道恢复等功能，使 在同一射频范围内的工业无线网络系统之间能够有效避免射频干扰，从而遏 制了网络中不同系统之间通信和本系统之内通信的影响，达到抗干扰的目的， 有效提高了工业无线网络的可靠性和安全性。利用本发明提供的这种工业无 线网络的跳信道抗干扰方法，可以大幅度提高工业无线网络通信环境中的共 存性能、提高抗干扰能力，而抗干扰能力直接决定了工业无线网络系统的安 全性、可靠性和兼容性等直接关系到工业无线网络性能的各项指标。正因为 本发明研究的是工业无线网络通信的关键技术，所以其对推进工业无线网络 的标准制定和工程应用起到巨大的推动作用。

附图说明

图1：网络中协调器处理流程图

图2：信标帧的载荷中跳信道信息发送接收处理流程图

图3：信道评估处理流程图

图4：信标帧的载荷中添加的跳信道信息结构图

图5：在2.4GHz频带中IEEE 802.15.4与IEEE 802.11b的信道分布情况

图6：跳信道序列产生示意图

图7：11#信道被干扰后的序列替换图