一种网络的抗干扰方法与流程

1.本发明涉及网络的抗干扰技术领域，尤其涉及一种网络的抗干扰方法。


背景技术：

2.ieee 802.15.4e标准中定义的时隙信道跳频(tsch)是一种基于tdma的mac协议，它与信道跳频相结合，满足工业物联网等关键应用的要求。标准没有规定tsch调度协议如何将时隙和信道分配给各个链路，而是将这个问题留给系统设计者。
3.然而，tsch在干扰下的时隙和信道调度仍然面临着独特的挑战：一方面需要最大化数据包的传递成功率，从而获得可靠的通信性能，另一方面应将构建和维护时间表的传输开销降至最低，以最大限度地延长网络寿命。
4.众所周知，干扰会严重影响网络性能，因为它会导致节点之间的传输失败，以及由于重新传输而产生额外的能量消耗。同时，干扰可以是内部的，即由运行在同一ieee802.15.4网络中的其他传感器节点引起，也可以是外部的，即由使用相同频率的其他无线电技术的附近的无线设备引起。因此，在设计调度协议时，通信对干扰的鲁棒性是一个重要的考虑因素。
5.但是，现有的调度协议要么以额外成本维护关于干扰的信息，要么在干扰不可预测的情况下固定调度规则。这些调度协议都不能实现对干扰进行感知。另外，为了最大限度地减少干扰，集中式调度协议或首先需要在协调节点处获得干扰的全局视图，而分布式调度协议首先需要在协调节点处获得干扰的全局视图，或者则首先需要在每个节点处获得干扰的局部图像，然后再相应地调整时隙或信道，这无疑需要额外的控制流量，即会增加节点的能量消耗，进而抵消为减轻干扰而引入的好处。


技术实现要素：

6.本发明提供一种网络的抗干扰方法，用以解决现有技术中在ieee802.15.4e网络的抗干扰处理中，需要额外消耗能量的缺陷，实现在ieee802.15.4e网络中不消耗额外能量的基础上，对链路上的干扰进行感知并处理。
7.本发明还提供一种网络的抗干扰方法，应用于网络的第一节点中，所述方法包括：
8.在基于第一节点与所述网络中的第二节点形成的链路上的第一信道进行数据传输后，根据数据信息判断所述链路上是否存在干扰，所述数据信息为所述第一节点和所述第二节点进行所述数据传输后所得到的数据信息；
9.当所述链路存在干扰时，重新进行所述数据传输。
10.根据本发明所述的网络的抗干扰方法，所述数据信息包括所述第一节点接收的数据包；
11.所述根据数据信息判断所述链路上是否存在干扰，具体包括：
12.判断接收的所述数据包是否为所述链路上来自所述第二节点的正确的数据包；
13.响应于接收的所述数据包不是所述正确的数据包，确定所述链路上存在干扰。
14.根据本发明所述的网络的抗干扰方法，所述判断接收的所述数据包是否为所述链路上来自所述第二节点的正确的数据包，包括：
15.响应于接收的所述数据包满足预设条件集合中的至少一个条件，确定接收的所述数据包不是所述正确的数据包；
16.其中，所述预设条件集合包括以下条件：
17.接收的所述数据包为所述网络中其他链路的数据包；
18.在两个相邻的时隙接收的所述数据包为相同的数据包；
19.接收的所述数据包为无法解析的无效数据包且在预设时长内收集的所有的接收信号强度的平均值超过预设的强度阈值。
20.根据本发明所述的网络的抗干扰方法，所述当所述链路存在干扰时，重新进行所述数据传输，具体包括：
21.利用所述链路的第二信道重新进行所述数据传输；所述第二信道为所述第一信道的备用信道。
22.根据本发明所述的网络的抗干扰方法，所述在基于第一节点与所述网络中的第二节点形成的链路上的第一信道进行数据传输前，还包括：
23.确定用于所述数据传输的时隙、第一信道和第二信道；
24.其中，所述时隙、第一信道和第二信道基于自主调度协议确定。
25.根据本发明所述的网络的抗干扰方法，所述当所述链路存在干扰时，重新进行所述数据传输，还包括：
26.根据对上一时隙所述链路发生干扰的估计概率进行加权计算，得到当前时隙所述链路发生干扰的估计概率；
27.根据当前时隙的估计概率是否超出预设概率，确定所述链路发生干扰的干扰强度；
28.当所述干扰强度超出预定义阈值时，在所述第二信道上重新进行所述数据传输，并在进行所述数据传输的同时传输处理所述存在的干扰的预设策略的标识信息，以使得所述第二节点根据所述预设策略的标识信息所标识的预设策略与所述第一节点一同处理所述存在的干扰；
29.其中，所述估计概率的初始值基于所述网络的流量负载进行设置。
30.根据本发明所述的网络的抗干扰方法，所述在进行所述数据传输的同时传输处理所述存在的干扰的预设策略的标识信息，包括：
31.在向所述第二节点发送的应答数据包中携带所述预设策略的标识信息，所述应答数据包表征所述第一节点成功接收所述第二节点发送的数据包。
32.根据本发明所述的网络的抗干扰方法，所述在进行所述数据传输的同时传输处理所述存在的干扰的预设策略的标识信息前，还包括：
33.确定所述存在的干扰的类型；
34.基于干扰的类型与预设策略的标识信息的对应关系，确定所述存在的干扰对应的预设策略的标识信息。
35.根据本发明所述的网络的抗干扰方法，当所述存在的干扰的类型为内部干扰时，所述预设策略包括：在所述第二信道重新进行所述数据传输，并将在所述第一信道进行数
据传输的时隙映射到新的时隙；
36.当所述存在的干扰的类型为外部干扰时，所述预设策略包括：在所述第二信道重新进行所述数据传输，并将在当前时隙用于所述数据传输的第一信道列入所述链路的信道黑名单。
37.本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述网络的抗干扰方法的步骤。
38.本发明提供的一种网络的抗干扰方法，通过根据网络中的第一节点和第二节点在进行数据传输后得到的数据信息，判断由所述第一节点和第二节点形成的链路上是否存在干扰，最后在所述链路上存在干扰时，重新进行数据传输，使所述网络中的节点能够通过被动观察现有的数据传输来推断干扰，并避免了额外控制流量的使用。
附图说明
39.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
40.图1是一个tsch网络拓扑图；
41.图2是基于图1的tsch网络拓扑的slotframe中各个链路时隙和信道的分配图；
42.图3是本发明提供的一种网络的抗干扰方法的流程示意图；
43.图4是本发明提供的在第一节点和第二节点间没有数据传输的情况下节点的状态图；
44.图5是本发明提供的在第一节点和第二节点间具有数据传输的情况下节点的状态图；
45.图6是本发明提供的第一节点和第二节点基于链路中是否存在干扰的判断逻辑图；
46.图7是本发明提供的通过调整发送ack数据包的时间来实现第一节点向第二节点发送干扰处理策略的示意图；
47.图8是本发明提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
48.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
49.在具体描述本发明所述的一种网络的抗干扰方法前，首先对相关的现有技术进行说明：
50.时隙信道跳频(timeslot channel hopping,tsch)是ieee802.15.4e标准中定义的一种链路层协议，其利用时间和频率上的多样性提高无线传感器网络的可靠性和吞吐
量。
51.在采用tsch的ieee 802.15.4网络中，低功率节点形成全局同步网状网络。时间被切割成时间段，时间段通常为10ms长，足够每个链路完成带有确认的数据包传输。时隙分组为时隙帧，其中，slotframe是一个二维时频调度表，指示网络中的每个链路如何使用给定的时隙和信道组合来发送或接收信息。为了简洁起见，在后续描述中，将时隙和信道组合称为网格。对于如图1所示的tsch网络拓扑，展示了使用tsch的简单网络的slotframe实例，如图2所示，该实例为由6个时隙(0-5)和4个信道(0-3)组合而成的24个网格。slotframe在时域中迭代，每个链路分配一个网格，指示何时发送/接收以及使用哪个信道。
52.其中，内部干扰是tsch网络固有的问题。在每个slotframe中，使用同一网格的链路如果彼此足够接近，就会受到内部干扰。在图2中，链接e
→
b和c
→
a两者都使用时隙3和信道3的网格。在这里，将至少有两个链路被分配的网格命名为共享网格，所以，当假设共享网格中链路的节点在彼此的通信范围内时，则它们在发送数据时就可能面临数据包冲突，进而可能导致所有节点上的信息完全丢失，或者仅在某些节点上，例如当发生捕获效应时，更强的信号可以被成功解出。因此，为了处理内部干扰，调度协议需要仔细地安排，将slotframe中的网格分配给网络中的各个链路。然而，尽管ieee802.15.4e标准为节点提供了退避机制，即节点可以在数据包丢失之后在随机数个slotframe后重新传输，但共享网格中的链路在高流量负载下仍面临较高的丢包率，因为它们争夺同一网格的信道资源。
53.外部干扰则来自不属于ieee802.15.4e网络，但在相同频率下运行的同一位置的无线设备(如wi-fi设备)的传输。图2中，信道1中存在外部干扰。在此slotframe中，假设网格中的链路a
→
c,b
→
a,和b
→
d在受干扰的信道中可能会受到外部干扰。此时，tsch使用信道跳频来处理外部干扰，即随时间选择不同的频率。虽然这种处理能够使得两个节点最终摆脱干扰并成功交换数据，但是却是在“盲目”跳频时以更长的延迟作为代价的。
54.综上，尽管目前已经提出了多种tsch调度方案，但仍然没有一种有效的方法来处理干扰，而不论是内部干扰还是外部干扰都会严重影响通信性能。
55.需要说明的是，tsch的网络中节点之间现有的数据传输已经提供了足够的线索，节点可以积累和利用这些线索来理解干扰，作为后续对干扰做出反应的基础。
56.基于此，本发明提出了一种网络的抗干扰方法。下面结合图3至图7描述本发明的一种网络的抗干扰方法，应用于网络的第一节点中，如图3所示，所述方法包括以下步骤：
57.301、在基于第一节点与所述网络中的第二节点形成的链路上的第一信道进行数据传输后，根据数据信息判断所述链路上是否存在干扰。
58.302、当所述链路存在干扰时，重新进行所述数据传输。
59.需要说明的是，如前所述，节点在进行数据传输时节点本身所记录的数据信息中含有诸多可以应用于判断链路是否存在干扰的线索，因而当能够通过节点本身记录的数据信息来分析链路存在的干扰，即使得网络中的节点具有了使用本地可用信息有效地判断干扰的能力，进而实现了在不增加能量消耗的基础上，使节点自主推断出链路上是否存在干扰，有效降低了在抗干扰过程中所需的能量消耗。
60.在本发明的一个实施例中，具体说明了所述数据信息包括所述第一节点接收的数据包；
61.而所述根据数据信息判断所述链路上是否存在干扰，具体包括：
62.判断接收的所述数据包是否为所述链路上来自所述第二节点的正确的数据包；
63.响应于接收的所述数据包不是所述正确的数据包，确定所述链路上存在干扰。
64.需要说明的是，在ieee802.15.4e网络中，同一链路中的第一节点应该接收的是第二节点通过第一信道发送的数据包，而第二节点通过第一信道向第一节点发送数据包后，也会接收由第一节点返回的应答数据包，即所述第一节点对所述第二节点发送的数据包的接收结果，基于此，网络中的节点能够在诸如第一节点所接收的数据包不hi正确的数据包，即存在损坏、错误，或者第二节点未接收到应答数据包等情形下，推断链路间存在干扰。
65.所以，每个节点都可以通过记录一段时间内正在进行的传输的结果(所述数据信息)来隐式地获得关于干扰存在的信息。例如，第一节点虽然收到数据包，但所述数据包的目的地址是另一第一节点，则可以立即注意到存在干扰。进而可以通过记录每个传输的结果，让每个节点被动地观察干扰。
66.进一步地，虽然在第二节点没有接收到应答数据包的情况下，第二节点也能判断链路上存在干扰，但是，仅通过第一节点所接收的数据包就完全能够实现对链路上存在的各种干扰的推断，也就是说，通过节点的数据信息对链路是否存在干扰进行推断，可以完全基于第一节点接收的数据信息来推断链路上是否存在干扰，因为，tsch协议中，在分配的整个时隙内，没有数据可发送的第二节点会处于休眠状态，而第一节点却仍保持监听信道，从而随时检查数据包的存在；且在第一节点和第二节点间存在数据通信的情况下，第一节点接收的数据信息也覆盖了第二节点发送的数据信息；而在第一节点接收到无效的数据包时，第一节点也可以基于由所述网络的物理层收集的所述链路内用于数据传输的第一信道的接收信号强度信息rss来推断干扰是否存在。因此，第一节点在干扰相关信息的推断方面具有优势，完全可以应用于链路中是否存在干扰的准确推断。
67.在本发明的另一个实施例中，具体说明了判断接收的所述数据包是否为所述链路上来自所述第二节点的正确的数据包的方法，包括：
68.响应于接收的所述数据包满足预设条件集合中的至少一个条件，确定接收的所述数据包不是所述正确的数据包；
69.其中，所述预设条件集合包括以下条件：
70.接收的所述数据包为所述网络中其他链路的数据包；
71.在两个相邻的时隙接收的所述数据包为相同的数据包；
72.接收的所述数据包为无法解析的无效数据包且在预设时长内收集的所有的接收信号强度的平均值超过预设的强度阈值。
73.需要说明的是，在经过数据传输后，第二节点和第一节点均能得到数据包，而第一节点和第二节点是否能够得到数据包，在很大程度上取决于第二节点在时隙中是否通信。
74.具体地，如图4所示，展示了在第二节点和第一节点间没有数据传输的情况下第二节点和第一节点的可能状态。第一节点可以根据干扰条件获得不同的状态。具体地说，第一节点在没有干扰的情况下应该检测到的为空信道；在存在外部干扰的情况下，应该检测到无法解码的无效数据包，例如，通过检测高能量但未能解码数据包；而在存在内部干扰的情况下，会检测到其他链路的数据包，即发送到其他链路的第一节点的数据包。
75.更具体地，如图5所示，展示了在第二节点和第一节点间具有数据传输的情况下第二节点和第一节点的可能状态。具体地说，如果在数据传输过程中不存在干扰，则第一节点
应能正确接收数据包，第二节点也能正确接收相应的ack；如果存在内部干扰，则由于同一网格中其他链路的数据包传输，数据包的接收会受到损害。此时，如果两路数据传输由具有类似信号功率的第一节点接收，则将导致第一节点的冲突，即第一节点无法对该数据包进行解码，因此第一节点将不发送ack；如果其中一个数据包以更高的信号功率接收(例如，其差值高于信号的同信道抑制比，通常约为3db)，则会发生捕获效应，即第一节点可以成功解调两个信号中较强的信号，并接收数据包，之后再根据接收到的数据包是否来自预期的第二节点，如是，则第一节点将不会受到干扰，并将ack发送回，如否，则会无意中听到发送给另一个第一节点的数据包的内容，因而不会发送任何ack；而如果存在外部干扰，则外部的信号活动可能随时占据第一信道，此时，在发送数据包之前执行cca检查时，第二节点可能检测到忙信道。或者，第二节点检测到一个清晰的信道并发送一个数据包，而该数据包可能在第一节点处没有被正确接收。因此，第一节点不会发送ack。另外，也可能第二节点发送一个数据包，该数据包也由其预期的第一节点正确解码，但第一节点响应的ack却因外部干扰而丢失。
76.进一步地，针对根据上述提及的因第二节点的数据信息能够推断的干扰情况，通过第一节点所接收的数据包也能够进行实现，如第一节点能够通过重复的数据内容，即之前是否已接收到包含该数据内容的数据包，推断第二节点未接收到早期ack的提示，也就是说链路中存在干扰。而第一节点在接收过程中通过网络的物理层采集第一通道接收信号强度rss信息，不仅使得在第一节点未能检测到数据内容时，仍然收集到了可用于推断干扰存在的rss信息，还有效避免了将整个时隙用于rss采样对能量的消耗。
77.更进一步地，不同的第二节点状态和第一节点状态下是否存在干扰的关系如下表1所示，其中，“(内部干扰)”表示在数据传输过程中，除了外部干扰外，还可能存在内部干扰：
78.表1不同第二节点状态和第一节点状态下干扰存在的关系
[0079][0080]
由表1可以看出，在实际的网络运行中，第二节点和第一节点仅对当前状态具有本地视角：第二节点/第一节点仅分别了解表1中相应的列/行，而并不知道对方的状态。但是第一节点依旧能够依据数据信息推断链路中是否存在干扰。
[0081]
具体地，包括下述几种情况：
[0082]
1、空信道：如果第一节点检测到空信道，则可以明确地推断出没有任何干扰。
[0083]
2、其他链路的数据包：如果第一节点无意中听到了其他链路的数据包所包含的数据内容，则可以推断出是否存在内部干扰。可以理解的是，因为发送端可能cca检测信道忙，所以在原则上，外部干扰也可能影响链路，但是这种情况发生的可能性很低，且第一节点可以通过对rss样本的分析来推断。
[0084]
3、接收到数据包并发送ack：如果第一节点已成功接收到数据包并发送了相应的ack，第一节点可以通过跟踪其未来的传输来推断第二节点的状态，即如果没有收到ack，第二节点将重新发送该数据包，这将导致在下一个slotframe中第一节点接收到重复数据包。
[0085]
4、无法解码的信号：在第一节点检测到无效信号的情况下，因为外部干扰在信道中持续存在，并且通常由比ieee 802.15.4节点功率更高的设备产生，所以当所有收集的rss样本的平均值超过预设的强度阈值时，通常为-60dbm，第一节点可以推断存在外部干扰。
[0086]
可以理解的是，对于发生干扰后的数据重传，通过盲目的选择另一个时隙，尤其对于链路受到的持续时间较长的外部干扰来说，在另一个时隙重新进行数据传输不成功的概率也会很大。
[0087]
基于此，在本发明的另一个实施例中，当所述链路存在干扰时，利用所述链路中作为所述第一信道的备用信道的第二信道重新进行所述数据传输。
[0088]
需要说明的是，在本发明所述的抗干扰方法中，将所述网络中的所有可用信道分为第一信道和第二信道，其中，第一信道用于正常的通信，即在正常情况下，节点利用第一信道进行数据传输，而第二信道作为备用信道，仅用于链路存在干扰时数据包的重新传输，即在第一信道存在干扰时，利用第二信道重新进行数据传输。例如，zigbee节点使用2.4ghz中所有可用信道，即11-26号信道，则可以指定信道15、20、25和26(与主wi-fi通道不重叠的通道)为第二信道，剩余其他的信道则为第一信道。
[0089]
可以理解的是，如果节点推断在链路上不存在干扰，则不会使用第二信道进行数据传输，这使得第二信道的利用率降至最低，以便于在第一信道存在干扰时，能够利用第二信道进行准确高效的数据传输，进而提高了所述网络抗干扰的鲁棒性。
[0090]
可以理解的是，自主调度协议能够自主地导出要使用的时隙，从而实现更节能的调度，基于此，所述在基于第一节点与所述网络中的第二节点形成的链路上的第一信道进行数据传输前，还基于自主调度协议确定了用于所述数据传输的时隙、第一信道和第二信道。
[0091]
需要说明的是，第一信道和第二信道基于对网络中所有的可用信道进行指定得到，网络中的每个链路均需要在给定的时隙在分配的信道上进行数据包的发送或接收，因而，在数据传输前，需要先确定用于数据传输的时隙、第一信道和第二信道。
[0092]
具体地，在基于自主调度协议为所有链路分配时隙、第一信道和第二信道前，即初始化每个链路的调度前，还应该使用rpl协议进行所有可用信道和时隙的初始化，并允许每个节点与其父节点及其所有子节点保持链接。这里将链路在给定的时隙在分配的信道上进行数据包的发送或接收定义为链路在给定的网格上进行数据包的发送或接收，而第一信道和时隙的组合定义为第一网格，第二信道和时隙的组合定义为第二网格。
[0093]
所以，每个链路的网格分配遵循下述公式：
[0094]
ts＝mod(hash(id(s)+α1id(r),sl)；
[0095]
fo＝mod(hash(α1id(r)),nd)；
[0096]
cts＝mod(hash(id(s)+α2id(r),sl)；
[0097]
cfo＝mod(hash(α2id(r)),nc)；
[0098]
其中，ts为第一网格中的时隙；fo为第一网格中的频率偏移；cts为第二网格中的时隙；cfo为第二网格中的频率偏移；id(s)和id(r)分别为第二节点地址和第一节点地址；sl为slotframe中的时隙总数；nd为slotframe中的信道总数；nc为第二信道的总数；α1和α2为两个系数，用于区分第一网格和第二网格，例如：可选赋值α1＝256、α2＝255。
[0099]
可见，当两个链路被分配到相同的第一网格时，很可能将被分配到不同的第二网格，因而当两条链路在第一网格中发生冲突时，可以到不同的第二网格中去分别重传丢失的数据包，进而能够有效地缓解第一信道中的内部干扰。
[0100]
在根据数据信息判定所述链路上存在干扰后，还包括：
[0101]
根据对上一时隙所述链路发生干扰的估计概率进行加权计算，得到当前时隙所述链路发生干扰的估计概率；
[0102]
根据当前时隙的估计概率是否超出预设概率，确定所述链路发生干扰的干扰强度；
[0103]
当所述干扰强度超出预定义阈值时，在所述第二信道上重新进行所述数据传输，并在进行所述数据传输的同时传输处理所述存在的干扰的预设策略的标识信息，以使得所述第二节点根据所述预设策略的标识信息所标识的预设策略与所述第一节点一同处理所述存在的干扰；
[0104]
其中，所述估计概率的初始值基于所述网络的流量负载进行设置。
[0105]
需要说明的是，根据第一节点接收的数据包是否为正确的数据包判断所述链路是否存在干扰，能够判断的仅是实时的干扰情况，而对于链路的干扰来说，如果为了在检测到的干扰比较严重时，对干扰做出正确反应，每个第一节点都应该对链路干扰的严重程度进行长期观察，通过使用估计概率分别捕获内部和外部干扰的强度，即使得第一节点根据对上一时隙所述链路发生干扰的估计概率进行加权计算，得到当前时隙所述链路发生干扰的估计概率，也就能够判断所述网格在一段较长的时间内，是否经常发生干扰，具体参照下述公式：
[0106][0107]
其中，pi和p
i-1
分别是在第i个时隙和第i-1个时隙发生干扰的估计概率；λ是权重系数，取值为0《λ≤1。
[0108]
由上式可见，在估计概率的计算中使用了指数加权移动平均(ewma)，使得计算速度快且稳定性好，进而有效的监控第一信道的质量。同时，λ的取值直接影响干扰推测的速率和稳定性，即λ越大，干扰推测的效率越高，但稳定性越差，因而，为了兼顾干扰推测的效率和稳定性，λ的取值可以基于实际应用中的slotframe长度设置。另外，基于所述网络的流
量负载设置pi的初始值，可以提高捕获内部干扰的强度的效率。
[0109]
可以理解的是，因为外部干扰可能会影响同一区域中的所有节点，所以，在本发明上述实施例的技术方案中，为了增加推断是否存在外部干扰时的可信度，还可以将有多个子节点的父节点合并多个子节点的估计概率。
[0110]
可以理解的是，在第二节点和第一节点分别推测到干扰存在后，它们将自动进入第二信道中的网格，从而尝试数据包重新传输。第二节点和第一节点的判断逻辑如图6所示，即当内部干扰破坏了数据包时，第二节点没有收到ack，第一节点在接收过程中无法解析数据包(由于数据包冲突而产生的无效信号或由于捕获效应而听到其他链路的数据包)。因此，两个节点都将进入第二信道中的网格进行数据重新传输。类似地，当存在外部干扰时，第二节点在数据传输之前执行cca检查时感测忙信道，或者发送数据包但没有收到ack。第一节点在监听信道以查找来自第二节点的可能数据包时，检测到无效信号，两个节点也均会选择使用第二信道中的网格进行数据重新传输。
[0111]
因而，在本发明的上述实施例中采用第一节点进行链路是否存在干扰的推断时，需要在第一节点推断出存在干扰时，将推断的结果与与其进行数据交互的第二节点进行共享，以便于能够做出一致的反应。
[0112]
进一步地，当判定干扰强度超过预设的阈值时，当后续数据仍在当前网格进行传输时，再次发生干扰的可能性会很高，因而在利用第二信道重新进行数据传输时，同时传输处理所述存在的干扰的预设策略的标识信息，以使得所述第二节点根据所述预设策略的标识信息所标识的预设策略与所述第一节点一同处理所述存在的干扰，即使得第一节点和第二节点能够根据预设策略对存在干扰进行处理。
[0113]
在本发明的另一个实施例，具体说明了在第二信道上重新进行数据传输时，同时传输处理所述存在的干扰的预设策略的标识信息的方法，即：在向所述第二节点发送的应答数据包中携带所述预设策略的标识信息，所述应答数据包表征所述第一节点成功接收所述第二节点发送的数据包。
[0114]
需要说明的是，通过在发送的应答数据包中嵌入代表所述策略的信息，来使得第二节点与第一节点做出一致的反应。
[0115]
具体地，如图7所示，可以通过调整发送ack数据包的时间来实现，这种操作易于实现且符合标准。可以理解的是，尽管第二节点和第一节点之间存在同步误差，但仍能保证该操作的可靠性。因为数据包的发送和接收是在第二节点和第一节点之间建立的统一的同步事件。以第二节点在发包600μs后开始收听ack，而第一节点在接收数据包1080μs之后发送ack为例，第一节点可以将ack提前320μs表示处理内部干扰的策略，而将ack延迟320μs表示处理外部干扰的策略，进而使得第二节点能够通过检查ack的接收时间来相应地识别策略。相应地，如果ack未被移位，则第二节点和第一节点将保持在当前网格中进行数据传输，从而实现了第二节点和第一节点就所选择的策略达成一致，对干扰做出反应。
[0116]
进一步地，针对不同的干扰，应该应用不同的预测策略进行干扰的处理，基于此，在本发明的另一个实施例中，在进行所述数据传输的同时传输处理所述存在的干扰的预设策略的标识信息前，还需要确定所述存在的干扰的类型；
[0117]
基于干扰的类型与预设策略的标识信息的对应关系，确定所述存在的干扰对应的预设策略的标识信息。
[0118]
可以理解的是，存在于链路中的干扰分为内部干扰和外部干扰，内部干扰指因所述网络内的其他链路引起的干扰；所述外部干扰指因所述网络外部的其他设备引起的干扰，针对不同的干扰类型，基于不同的策略在第二信道上重新进行数据传输，能够避免后续数据传输时再次因为这种干扰而失败。
[0119]
基于此，在本发明的另一个实施例中，当所述存在的干扰的类型为内部干扰时，所述预设策略包括：在所述第二信道重新进行所述数据传输，并将在所述第一信道进行数据传输的时隙映射到新的时隙；
[0120]
当所述存在的干扰的类型为外部干扰时，所述预设策略包括：在所述第二信道重新进行所述数据传输，并将在当前时隙用于所述数据传输的第一信道列入所述链路的信道黑名单。
[0121]
需要说明的是，在处理内部干扰时，因为有关频率的参数取决于第一节点，所以时隙调整是简单而有效的，因而当判定存在内部干扰时，且该干扰的强度超出了预设阈值，通过预设策略将当前时隙映射到新的时隙，能够避免在下次数据传输时，仍旧在当前时隙所造成的数据传输失败。而对于在一个信道中存在的外部干扰，因为外部干扰存在的持续性，时隙调整将失去意义，因而需要将受外部干扰的第一信道放入黑名单中，则在后续时隙的数据传输，将不会用这一第一信道，进而避免了因信道质量而造成的数据传输干扰。
[0122]
进一步地，由于嵌入在ack时间中的信息非常有限，因此需要进一步考虑如何确保策略由收发节点一致且合理地实施。具体可以包括三种不同的情况：
[0123]
1、没有变化：例如在由于链路质量差导致数据传输失败，但第一节点认为干扰不严重时，第一节点通知第二节点保持正常的数据传输。
[0124]
2、同步时隙调整：当第二节点和第一节点在时隙更改策略上达成一致时，它们都使用算法将当前时隙映射到新的时隙。这在实际的应用中，可以使用了一个线性同余生成器，即用不连续分段线性方程计算生成一个伪随机序列。
[0125]
3、频道黑名单：当检测到外部干扰时，第二节点和第一节点都将最后使用的数据信道列入黑名单。
[0126]
更进一步地，链路可以将特定数量的slotframe的信道列入黑名单，然后再撤销黑名单。其中，可以通过考虑可用数据信道的数量来决定用于黑名单的slotframe的数量，例如：当有足够的信道资源时，链路可以在相对较长的时间内将信道列入黑名单，因为它不会损害网络吞吐量。否则，黑名单应该保持简短，以便及时释放用于数据传输的信道资源。
[0127]
在一个实例中，以rpl协议作为网络层协议，在contiki ng上实现了本发明所述的网络的抗干扰方法，并评估了在一个密集多跳网络上的性能，该网络由20个nrf52840节点组成，部署在一个50m2的区域，其中内部干扰可能导致网络中链路出现严重问题，之后，使用jamlab ng生成可再现的wi-fi干扰，并展示外部干扰如何对网络性能产生负面影响，最后在每个节点按照预定义的流量负载生成数据包，并沿上行链路将包长度为50字节的数据包传输到根节点，通过验证发现，在此实例中，采用本发明所述的方法将zigbee设备传输可靠性提高了2.9倍，并将zigbee设备的占空比降低了54.3％，抗干扰的性能显著。
[0128]
本发明所述的网络的抗干扰方法，能够使网络中的节点利用现有数据传输中包含的细粒度信息，被动地观察干扰的存在，进而实现在本地推断干扰的存在和严重程度，并利用了一种简单但有效的机制，让每个链路的第一节点和第二节点在无额外控制流量的情况
下对干扰作出反应，即通过在定制的第二信道中重新传输被干扰破坏的数据，并通过改变ack的传输时间来实现信息交换，进而使得第一节点和第二节点最终对干扰的反应策略达成一致，从而有效地处理干扰，所述方法既保留了自主调度的简单性和能量效率，同时还提高了对内部和外部干扰的感知能力和鲁棒性。
[0129]
图8示例了一种电子设备的实体结构示意图，如图8所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)810、通信接口(communications interface)820、存储器(memory)830和通信总线840，其中，处理器810，通信接口820，存储器830通过通信总线840完成相互间的通信。处理器810可以调用存储器830中的逻辑指令，以执行网络的抗干扰方法，该方法包括：在基于第一节点与所述网络中的第二节点形成的链路上的第一信道进行数据传输后，根据数据信息判断所述链路上是否存在干扰，所述数据信息为所述第一节点和所述第二节点进行数据传输后所得到的数据信息；当所述链路存在干扰时，重新进行所述数据传输。
[0130]
此外，上述的存储器830中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0131]
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，计算机程序可存储在非暂态计算机可读存储介质上，所述计算机程序被处理器执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的网络的抗干扰方法，该方法包括：在基于第一节点与所述网络中的第二节点形成的链路上的第一信道进行数据传输后，根据数据信息判断所述链路上是否存在干扰，所述数据信息为所述第一节点和所述第二节点进行数据传输后所得到的数据信息；当所述链路存在干扰时，重新进行所述数据传输。
[0132]
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现上述各方法提供的网络的抗干扰方法，该方法包括：在基于第一节点与所述网络中的第二节点形成的链路上的第一信道进行数据传输后，根据数据信息判断所述链路上是否存在干扰，所述数据信息为所述第一节点和所述第二节点进行数据传输后所得到的数据信息；当所述链路存在干扰时，重新进行所述数据传输。
[0133]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0134]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指
令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0135]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种网络的抗干扰方法，其特征在于，应用于网络的第一节点中，所述方法包括：在基于第一节点与所述网络中的第二节点形成的链路上的第一信道进行数据传输后，根据数据信息判断所述链路上是否存在干扰，所述数据信息为所述第一节点和所述第二节点进行所述数据传输后所得到的数据信息；当所述链路存在干扰时，重新进行所述数据传输。2.根据权利要求1所述的网络的抗干扰方法，其特征在于，所述数据信息包括所述第一节点接收的数据包；所述根据数据信息判断所述链路上是否存在干扰，具体包括：判断接收的所述数据包是否为所述链路上来自所述第二节点的正确的数据包；响应于接收的所述数据包不是所述正确的数据包，确定所述链路上存在干扰。3.根据权利要求2所述的网络的抗干扰方法，其特征在于，所述判断接收的所述数据包是否为所述链路上来自所述第二节点的正确的数据包，包括：响应于接收的所述数据包满足预设条件集合中的至少一个条件，确定接收的所述数据包不是所述正确的数据包；其中，所述预设条件集合包括以下条件：接收的所述数据包为所述网络中其他链路的数据包；在两个相邻的时隙接收的所述数据包为相同的数据包；接收的所述数据包为无法解析的无效数据包且在预设时长内收集的所有的接收信号强度的平均值超过预设的强度阈值。4.根据权利要求1所述的网络的抗干扰方法，其特征在于，所述当所述链路存在干扰时，重新进行所述数据传输，具体包括：利用所述链路的第二信道重新进行所述数据传输；所述第二信道为所述第一信道的备用信道。5.根据权利要求4所述的网络的抗干扰方法，其特征在于，所述在基于第一节点与所述网络中的第二节点形成的链路上的第一信道进行数据传输前，还包括：确定用于所述数据传输的时隙、第一信道和第二信道；其中，所述时隙、第一信道和第二信道基于自主调度协议确定。6.根据权利要求4所述的网络的抗干扰方法，其特征在于，所述当所述链路存在干扰时，重新进行所述数据传输，还包括：根据对上一时隙所述链路发生干扰的估计概率进行加权计算，得到当前时隙所述链路发生干扰的估计概率；根据当前时隙的估计概率是否超出预设概率，确定所述链路发生干扰的干扰强度；当所述干扰强度超出预定义阈值时，在所述第二信道上重新进行所述数据传输，并在进行所述数据传输的同时传输处理所述存在的干扰的预设策略的标识信息，以使得所述第二节点根据所述预设策略的标识信息所标识的预设策略与所述第一节点一同处理所述存在的干扰；其中，所述估计概率的初始值基于所述网络的流量负载进行设置。7.根据权利要求6所述的网络的抗干扰方法，其特征在于，所述在进行所述数据传输的同时传输处理所述存在的干扰的预设策略的标识信息，包括：
在向所述第二节点发送的应答数据包中携带所述预设策略的标识信息，所述应答数据包表征所述第一节点成功接收所述第二节点发送的数据包。8.根据权利要求6所述的网络的抗干扰方法，其特征在于，所述在进行所述数据传输的同时传输处理所述存在的干扰的预设策略的标识信息前，还包括：确定所述存在的干扰的类型；基于干扰的类型与预设策略的标识信息的对应关系，确定所述存在的干扰对应的预设策略的标识信息。9.根据权利要求8所述的网络的抗干扰方法，其特征在于，当所述存在的干扰的类型为内部干扰时，所述预设策略包括：在所述第二信道重新进行所述数据传输，并将在所述第一信道进行数据传输的时隙映射到新的时隙；当所述存在的干扰的类型为外部干扰时，所述预设策略包括：在所述第二信道重新进行所述数据传输，并将在当前时隙用于所述数据传输的第一信道列入所述链路的信道黑名单。10.一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时实现如权利要求1至9任一项所述网络的抗干扰方法的步骤。

技术总结
本发明提供一种网络的抗干扰方法，应用于网络的第一节点中，其中方法包括：在基于第一节点与所述网络中的第二节点形成的链路上的第一信道进行数据传输后，根据数据信息判断所述链路上是否存在干扰，所述数据信息为所述第一节点和所述第二节点进行数据传输后所得到的数据信息；当所述链路存在干扰时，重新进行所述数据传输。用以解决现有技术中在网络的抗干扰处理中，需要额外消耗能量的缺陷，实现在IEEE802.15.4e网络中不消耗额外能量的基础上，对链路上的干扰进行感知并处理。对链路上的干扰进行感知并处理。对链路上的干扰进行感知并处理。


技术研发人员：何源 虞子豪 马慧勇 纳鑫 张亮
受保护的技术使用者：中建丝路建设投资有限公司
技术研发日：2021.11.19
技术公布日：2022/3/7