[发明专利]多速率抗干扰自适应无线通信平台及其决策方法

摘要

本发明提供了一种多速率抗干扰自适应无线通信平台，通信平台主要由控制单元、无线传输单元以及传感器单元组成，控制单元负责通信模式的判决和切换以及通信协议的实现，无线传输单元负责平台的无线传输数据，传感器单元负责采集平台周围的环境和图像信息，所述的控制单元作为平台的调度和控制中心，根据与相邻通信节点的传输距离不同来选择通信方式的不同，本发明的有益效果是由于能够实现根据平台的多种应用需求和信道环境变化，自适应的切换三种无线通信方式，能够进行实时的检测，进行快速的最优化判决，将三种通信方式融合在一个系统，数据可以相互转换，实现不同通信模式间的信息交换。

主权项

1.一种多速率抗干扰自适应无线通信平台，其特征在于：包括控制单元1、无线传输模块2以及传感器单元3三部分，控制单元1主要由现场可编程门阵列FPGA组成，负责通信模式的判决和切换以及通信协议的实现；无线传输模块2由UHF无线传输模块21，Wifi无线传输模块22以及Zigbee无线传输模块23组成，负责平台的无线传输数据；传感器单元3主要由温湿度传感器31，图像传感器32以及加速度传感器33组成，负责采集平台周围的环境和图像信息；所述的控制单元1作为平台的调度和控制中心，无线传输模块2和传感器单元3通过电气接口和控制单元1相连接，作为外设，完成固定功能；所述的无线传输模块2由UHF无线传输模块21，Wifi无线传输模块22以及Zigbee无线传输模块23组成，三个无线模块通过集成电路总线IIC、同步串行外设接口SPI、通用串行总线USB、异步串口接口RS232与控制单元1的FPGA相连；所述的传感器单元3主要由由温湿度传感器31，图像传感器32以及加速度传感器33组成；当无线通信平台上电后，温湿度传感器31，图像传感器32以及加速度传感器33完成初始化，等待FPGA控制信号；当控制单元1FPGA通过集成电路总线IIC、同步串行外设接口SPI、通用串行总线USB、异步串口接口RS232通信接口发送请求数据的命令后，传感器读取相应指令，将采集的温湿度数据、地理坐标信息通过上述通信接口传送给控制单元1的FPGA，FPGA将相应的数据保存在内存中；所述FPGA切换选择无线保真WiFi、短距离无线通信Zigbee、特高频UHF三种无线通信方式，然后将无线传输模块的使能信号拉高，通过通用的数据传输协议将数据包发送给无线传输模块，无线传输模块将接收的数据包缓存在本地的内存中，然后通过无线链路发送出去，当数据发送完毕，返回数据传输结束信号给FPGA；数字信号的传输是由FPGA将选择发射的控制指令或者传感器获取的数据传递给上述三种无线传输模块，然后无线传输模块缓存数据，通过调制，将数据通过无线信道发射出去；无线通信平台的控制单元选用现场可编程门阵列FPGA实现自适应切换通信方式算法；FPGA芯片内的数字逻辑主要通过采集应用条件，数据时延要求，无线信道干扰情况，以及平台能量信息，动态的分析判决，最终实现三种无线通信方式的切换；所述三种无线通信方式的切换包括如下步骤：步骤1：整个无线通信平台上电初始化参数或设置完定时任务后进入休眠状态；步骤2：当有数据请求到达或者定时任务时间到达，控制单元1的FPGA内部逻辑自动唤醒，进行数据任务的传输；步骤3：控制单元1完成无线传感器数据采集任务；步骤4：控制单元1在进行无线数据传输前，先进行动态决策，选择最优化的无线通信方式完成切换；所述的动态决策和选择最优化的具体判断方法为：步骤4.1：控制单元1的FPGA先分析和计算与相邻通信节点的传输距离，通信距离参数通过获取自身与通信节点的地理坐标计算得到，外部节点发送数据包或者指令时主动携带自身的地理坐标，无线通信平台将接收到的含有邻节点地理坐标的信息存储在本地内存中，所述邻节点是指距离本节点只有单跳传输距离的节点；步骤4.2：当无线通信平台与邻节点的传输距离大于1km时，控制单元1选择UHF21无线通信方式，将UHF21无线传输模块使能后，退出决策判断过程，开始通信数据传输；步骤4.3：当通信距离在100m～1000m的距离以内，并且2.4Ghz频段的信道不存在干扰时，打开Zigbee23的射频放大器，使能选用Zigbee23无线通信方式后，退出决策判断过程，开始通信数据传输；如果2.4Ghz频段内存在较大的信道衰落或者人为的干扰，使能选择433Mhz的UHF21无线通信方式后，退出决策判断过程，开始通信数据传输；步骤4.4：如果传输距离在100m以内，数据传输时延要求小，数据任务量大，采用Wifi22进行数据传输，退出决策判断过程，开始通信数据传输；如果不要求数据时延，并且信道干扰不严重，即采用2.4Ghz频段的无线频段传输数据，邻节点接收的数据误码率低，能正确的回复握手信息，采用低功耗的Zigbee23无线数据传输，退出决策判断过程，开始通信数据传输；步骤5：控制单元1在步骤4中通过决策优化选用通信方式后进行数据的传输，此外通信协议针对控制命令，短字节数据和长字节的图像数据分别采用不同的握手协议进行数据交互：字节数目小于64bytes的数据包，采用两次握手；大于64bytes的图像数据，进行数据分割，每64bytes打包成一个数据帧，然后采用多次握手，连续发送数据包；步骤6：控制单元1在进行完数据传输任务后，再次设置任务定时，否则进入休眠状态；上述步骤中无线通信平台的控制单元选用现场可编程门阵列FPGA实现自适应切换通信方式算法；FPGA芯片内的数字逻辑主要通过采集应用条件，数据时延要求，无线信道干扰情况，以及平台能量信息，动态的分析判决，最终实现三种无线通信方式的切换。