[发明专利]一种基于自适应天线选择和频率协商机制的无线节点间通信方法

摘要

本发明提供一种基于自适应天线选择和频率协商机制的无线节点间通信方法，包括中心节点C1和分布式节点D1，各个分布式节点D1均具有1根独立天线；中心节点C1至少具有2根独立天线，以下称为天线A和天线B，在任一时刻，仅有一个分布式节点D1与中心节点C1建立会话，中心节点C1的天线A固定发送和接收频率FX，天线B的频率能够发生跳变，跳变频率范围为{F1，F2，…，FM}，各分布式节点D1初始时刻默认的通信频率为FX；在确定最初通信使用的天线后，另外一个天线自动同步到相同频率，从而用2根天线构成分集接收方式，并使用等增益合并或最大比合并方式进行信号合并接收。

主权项

一种基于自适应天线选择和频率协商机制的无线节点间通信方法，其特征在于，包括中心节点C1和分布式节点D1，各个分布式节点D1均具有1根独立天线；中心节点C1至少具有2根独立天线，以下称为天线A和天线B，在任一时刻，仅有一个分布式节点D1与中心节点C1建立会话，中心节点C1的天线A固定发送和接收频率FX，天线B的频率能够发生跳变，跳变频率范围为{F1，F2，…，FM}，各分布式节点D1初始时刻默认的通信频率为FX；包括以下通信步骤：中心节点C1设定使用自适应天线选择机制，会话由某个分布式节点D1发起，分布式节点D1首先以固定频率FX发送会话请求，如果其在规定的时间T1内收到中心节点C1返回的应答消息，则中心节点C1与分布式节点D1在FX频率点上进行通信，然后进行接入节点的寻址、认证、加密、数据包的传输等过程；如果在T1时间内分布式节点D1没有收到应答，则中心节点C1与分布式节点D1启动频率协商机制试图建立连接，若连接成功则进行接入节点的寻址、认证、加密、数据包的传输等过程；如果T2（T2>T1）时间内未建立连接，则分布式节点D1与中心节点C1重复a）、b）流程，直至建立连接；如果T3（T3>T2）时间内仍未建立连接，放弃会话；e）若步骤a）中可建立通信链路，则初始阶段中心节点C1选择天线A与分布式节点D1通信；若步骤a）无法建立连接，则步骤b）中将天线通道切换到天线B进行尝试，若可建立通信链路，则初始阶段中心节点C1选择天线B与分布式节点D1通信，在确定最初通信使用的天线后，另外一个天线自动同步到相同频率，从而用2根天线构成分集接收方式，并使用等增益合并或最大比合并方式进行信号合并接收；f）中心节点C1的天线B以频率增加的方式每隔一个固定的时间，以下称为TX，改变接收的频点，而分布式节点D1则以TX的非整数倍时间反方向降低会话频率，直至两者频率一致，如果二者能在T2时间内建立连接， T2>10TX,则以此时的频率进行后续通信；g）建立连接后需在链路层完成接入节点的寻址、认证、加密和数据包的传输分布式节点D1与中心节点C1设定共享128bit认证密钥AK；步骤如下：1）分布式节点D1生成认证数据包AP，其中包括设备标识（ID‑ Identity）、扰动序列、CRC‑32校验位；2）认证数据包经过数据加密后发送至中心节点C1；3）中心节点C1通过AK解密数据包AP，验证设备ID，如果ID有效，则用AK加密会话密钥数据包SKP后发送至分布式节点D1，否则不响应；                     4）分布式节点D1收到会话密钥后通过AK解码后获得会话密钥SK，此时分布式节点D1与中心节点C1共享了会话密钥，会话密钥在本次会话结束后失效；h）链路层握手和会话过程如下：1）分布式节点D1发送会话发起命令0x23到中心节点C1；2）中心节点C1等待会话发起命令，若收到0x23则回复会话确认命令0x45至分布式节点D1，否则继续等待；3）分布式节点D1等待中心节点C1的会话确认命令，若在规定时间内收到0x45，则认为链路完好，发送指令CMD至中心节点C1；否则认为链路故障，返回错误指令，等待下次指令；4）中心节点C1等待分布式节点D1的指令CMD，若在规定时间内收到CMD则执行相应的指令，命令执行后发送0x67至分布式节点D1，否则返回等待0x23模式；5）分布式节点D1等待中心节点C1的命令执行确认消息0x67，若在规定时间内收到0x67，回复中心节点C1确认执行码0x89；6）中心节点C1等待分布式节点D1发送的确认执行码0x89，若收到，会话成功，结束会话；如果在规定的时间内未收到0x89，则重新发送0x67，直到收到0x89或者本次会话累计发送0x67超过3次后仍未收到0x67，则确认失败，完成本次会话。