[发明专利]一种基于时隙内自适应跳信道的工业无线通信方法

说明书

技术领域

本发明属于无线网络通信技术领域，涉及一种工业无线网络中的通信方法，尤其是一种基于时隙内自适应跳信道的工业无线通信方法，该方法尤其适用于工业无线网络。

背景技术

目前，工业无线通信被称为工业控制领域的革命性技术，是继现场总线之后工业控制领域的又一个热点技术，是降低自动化成本、提高自动化系统应用范围的最有潜力的技术，也是未来几年工业自动化仪器仪表新的增长点。国际上引起广泛关注的工业无线系统(如无线HART和ISA100.11a)通常都采用TDMA和FDMA技术，即如果两个无线节点要进行数据通信，系统会为这两个节点分配一个通信链路(Link)，每个通信链路都包含通信信道(Channel)和时隙(Slot)，通信双方在规定的时隙时间内按给定信道完成通信，即时隙间跳信道技术，而并没有考虑时隙内跳信道技术。全球移动通信系统(GSM)、蜂窝数字分组数据(CDPD)、蓝牙(Bluetooth)等无线通信系统都广泛地使用了跳频技术以提高通信的稳定性和可靠性，然而这些系统主要实现的是基于TDMA的时隙间跳频(跳信道)，基本没有涉及自适应跳信道技术。

现有时隙内通信机制：发送方和接收方都会在时隙开始点调整到给定通信信道上，发送方在发送数据之前通过CCA监测信道，如果信道忙，那么有可能是信道被干扰或者被其他节点占用，如果这个时候依然发送数据的话将必然产生冲突，因此通常情况下发送方会放弃这个通信时隙的随后时间。接受方在一个接受等待时间内没有收到发送方发送过来的信息，那么它也将放弃这个通信时隙的随后时间。通信双方在这个通信时隙内没有成功完成通信，只能等到下一个分配时隙再重传，这样会导致抗干扰性不强、可靠性不高、通信信道利用率不高，传输延时等缺点。

发明内容

针对现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题在于提供一种高可靠性、实时性的时隙内自适应跳信道的工业无线通信方法，该方法具有自适应、高可靠性、实时性强、效率高等特点。该方法对于一些综合要求很高的应用(如工业监控领域)，采用时隙内自适应跳信道技术可以进一步提高无线通信的可靠性，保证数据传输的实时性和确定性。此外，针对该工业无线时隙通信方法，本发明相应的提出了一种基于接收方的时间同步方法及算法，该方法具有高效、时间简单、系统资源消耗小、降低功耗等优点。

对于无线网络中每个通信链路，系统为其分配给两个(或更多)通信信道，一个是首选信道，另外一个是备用信道，在首选信道或备用信道进行时间同步，时隙通信开始之前协商好时隙内CCA检测时间长度和接收数据的等待时间长度。给定通信时隙开始时，发送方和接收方都选择首选信道进行通信，如果该通信信道收到干扰，那么发送方在发送数据之前先通过CCA机制监测信道是否空闲，如果信道忙则认为通信信道受到干扰而不发送数据，当CCA监测时间超时作为判决条件产生并执行信道切换控制命令；接收方一直监听该信道，如果在规定的接收等待时间内还没有收到来自发送方的数据，当接收等待时间超时作为判决条件认定该信道受到干扰而自行产生并执行信道切换控制命令。经过协商确定的数据接收等待时间长度后，发送方和接收方各自不约而同地跳到备用信道，经历一个信道切换周期后，开始新一轮通信过程。发送方优选在备用信道上再次进行信道监测，如果信道没有受到干扰就使用备用信道进行通信。如果该信道也受到干扰只能放弃这次通信时隙。所有这个过程都可在分配的时隙内完成，而不需要再额外占用其它时隙。信道切换的控制命令由通信双方自行产生并执行，而不是由一方发送控制命令给另一方，从而实现双方独立自主的自适应跳信道。

本方法还支持给通信链路分配多个备用信道方式，如果前两个信道都受干扰而不可用，可继续跳到后续信道进行通信，以进一步提高通信的可靠性和成功率。所有这个过程都在分配的时隙内完成，而不需要再占用额外其它时隙。如果某备用信道被选用了，那么在以后的这条链路中该备用信道就可变成首选信道，这样可更灵活、动态的自适应抗干扰，也可进一步提高效率、可靠性和实时性。

因此，本方法通过自适应跳信道的方式，能够自动抵抗网络通信中信道干扰等问题，具有以下几个主要方面优点：1、灵活性、动态自适应性；2、能充分提高通信信道利用率和成功率；3、提高数据通信的可靠性和实时性；4、减少了数据重传此时，降低网络额外负载；