本发明总体上涉及无线通信网络中的邻居发现，具体地，涉及在共存iot网络中发现异构邻居。
背景技术：
1、物联网(iot)应用一直在快速增长。已开发了广泛的无线通信技术以满足各种各样的应用。例如，ieee 802.11和ieee 802.15.4是两种常提及的标准族。802.11和802.15.4标准二者均被设计为在2.4ghz和sub-1 ghz频带中操作，而802.11标准也可在5ghz、6ghz和毫米波频带中操作。当共位的异构无线网络(例如，802.11网络和802.15.4网络)在交叠或共享的频带中操作时，一个网络成为另一网络的干扰网络。然而，问题在于一个网络不知道另一网络的存在，因为它们无法通信。随着异构无线技术不断出现，使用不同通信技术的无线网络之间的干扰成为要解决的关键问题。
2、通常，干扰可分成：
3、技术内干扰
4、跨技术干扰
5、当具有相同无线通信技术的共位装置在交叠或共享的频带中同时发送时(例如，两个wi-fi装置)，发生技术内干扰。这些装置可在同一网络中或者属于不同的网络。
6、当具有不同无线通信技术的共位装置在交叠或共享的频带中同时发送时(例如，wi-fi装置和zigbee)，发生跨技术干扰。通常，具有不同通信技术的装置属于不同的网络。
7、因此，网络装置的邻居可分成两类：
8、技术内(同构)邻居
9、跨技术(异构)邻居
10、技术内邻居是使用与装置相同的通信技术的邻近装置，即，两个装置可通信。例如，wi-fi装置可与另一wi-fi装置通信。
11、跨技术邻居是使用与装置不同的通信技术的邻近装置，即，两个装置无法通信。例如，wi-fi装置无法与zigbee装置通信。
12、有两类干扰减轻方法：
13、协调方法
14、分布式方法
15、协调方法是减轻技术内干扰的可行解决方案，因为装置可通信并且诸如wi-fi ap的一些装置可充当协调器以减轻干扰。其也可应用于减轻跨技术干扰，例如，使用多模装置(例如智慧枢纽，可使用多种通信技术来通信)协调异构无线装置以减少干扰。然而，由于多模装置的要求，这种方法适合热点和办公楼，对于大型户外iot应用(例如，智慧公用设施和智慧城市)不切实际。
16、在分布式方法中，网络装置在没有协调器的情况下自发地管理干扰控制。这种方法对于减轻技术内干扰也是可行的。其也可应用于减轻跨技术干扰，由于低成本和易于部署而特别适合大型户外iot应用。然而，关键挑战在于网络装置如何知道跨技术邻居的存在，即，如何发现跨技术邻居。因此，跨技术邻居发现成为减轻跨技术干扰的必要步骤。
17、原理上，邻居发现是发现存在但发现装置还不知道的邻居。换言之，发现装置对待发现的邻居一无所知。然而，一些现有邻居发现机制基于邻居的先验知识。例如，ip协议中的邻居发现和zigbee协议中的装置发现使用邻居的一种事先知道的地址来获取该邻居的另一种地址。以ip邻居发现为例，发现装置a事先知道邻居b的ip地址，并且想要知道邻居b的链路地址。在这种情况下，装置a向装置b发送邻居请求消息，在从装置a接收到请求消息时，装置b向装置a响应包含装置b的链路地址的邻居广告消息。在接收到邻居广告消息时，装置a获得装置b的链路地址。在这些机制中存在三个假设：(i)装置a知道装置b的存在；(ii)装置a知道装置b的一种地址；以及(iii)装置a和装置b可通信。
18、发现技术内邻居更容易，因为发现装置可与邻居通信。技术内邻居发现在诸如wi-fi网络和zigbee网络的无线网络中已被广泛研究。技术内邻居发现设计很好地工作，因为邻居发现是在可通信的装置之间执行的。
技术实现思路
1、技术问题
2、然而，发现跨技术邻居非常具有挑战性，因为跨技术装置由于不兼容的phy层而无法通信。存在使用跨技术通信(ctc)技术的跨技术邻居发现方法。然而，这些方法要么假设邻居能够进行ctc，要么仅可执行单向跨技术消息传输或需要修改装置的通信功能，这对于已经部署的装置是不切实际的。最重要地，现有方法没有为跨技术邻居发现提供任何协议。
3、因此，可取的是提供经由双向通信主动地且准确地发现跨技术邻居的跨技术邻居发现方法，而无需修改硬件/固件。
4、问题的解决方案
5、本发明的一些实施方式基于这样的认识：跨技术邻居发现对于不断出现的iot网络非常重要，其中使用不同无线通信技术的多个网络共存，竞争有限频谱，因此彼此干扰。因此，至关重要的是网络装置发现跨技术邻近装置并与这些装置协调以减少相互干扰并改进网络性能。然而，现有邻居发现机制被设计为发现同构邻居，其中由于使用相同的通信技术，发现装置可与待发现的邻居通信。
6、本发明的各种实施方式的目的是提供发现跨技术邻居的跨技术邻居发现方法。为此，本发明的一些实施方式提供一种称为x-disco的跨技术邻居发现方法，其使wi-fi装置能够经由双向跨技术通信发现zigbee邻居。
7、一些实施方式基于这样的认识：修改商业装置，特别是已经部署使用的装置的通信功能是不切实际，甚至不可能的。结果，需要修改通信协议的邻居发现技术在实际应用中不可行。
8、本发明的各种实施方式的目的是提供发现跨技术邻居的纯软件解决方案。为此，x-disco是使商品化wi-fi装置能够发现商品化zigbee邻居，而无需对zigbee装置的任何修改，仅需要wi-fi装置上的软件更新的纯软件解决方案。
9、本发明的一些实施方式基于这样的认识：网络装置仅对所接收的以可兼容调制方案调制的信号进行解码，而丢弃所有不可理解的信号。例如，wi-fi装置将不对zigbee信号进行解码，因为wi-fi和zigbee具有不同的调制方案和不同的分组格式。类似地，zigbee装置将不对wi-fi信号进行解码。因此，为了将跨技术信号解码，发送机需要根据接收机的协议对信号进行调制，或者接收机需要新的方法来将跨技术信号解码。
10、本发明的各种实施方式的目的是提供由跨技术装置对跨技术信号进行解码的方法。为此，x-disco使wi-fi装置能够向zigbee邻居发送模拟zigbee分组，以使得zigbee邻居可对模拟分组进行解码。x-disco还提供了zigbee符号提取方法以使wi-fi装置能够对zigbee分组进行解码。结果，x-disco实现了wi-fi装置和zigbee装置之间的双向通信，以便于跨技术邻居发现。
11、因此，本发明的一些实施方式使wi-fi装置能够发送根据zigbee协议构造的模拟分组，以使得zigbee装置可对wi-fi装置所发送的分组进行解码。本发明的一些实施方式还提供了符号级zigbee信号提取方法，以使得wi-fi装置可对zigbee装置所发送的zigbee分组进行解码。通过比较所提供的模板符号与所接收的符号之间的相似性来对zigbee符号进行解码。
12、本发明的一些实施方式基于这样的认识：存在用于技术内邻居发现的协议。然而，没有用于跨技术邻居发现的协议。因此，需要提供用于跨技术邻居发现的协议。
13、因此，本发明的一些实施方式提供了与跨技术装置所使用的通信协议兼容的跨技术邻居发现协议，其中，该协议向wi-fi装置提供逐步指令以通过发送模拟zigbee广播分组来主动发起zigbee邻居发现过程，经由对包含在重播的分组中的信息进行解码来发现周围的zigbee协调器和路由器，经由交换zigbee邻居发现请求和zigbee邻居发现响应帧从zigbee协调器和路由器获取zigbee终端装置信息，并且经由交换zigbee ieee地址请求和zigbee ieee地址响应帧来确定zigbee终端装置是否为wi-fi装置的邻居。
14、根据本发明的一些实施方式，提供了一种用于在包括至少一个wi-fi装置以及zigbee协调器、zigbee路由器和zigbee终端装置中的至少一个的共存iot网络中发现异构邻居的计算机实现的方法。在这种情况下，该方法使用与存储实现该方法的指令的存储器联接的处理器，其中，所述指令在由处理器执行时实施该方法的步骤，该方法包括以下步骤：生成广播分组，使得该广播分组模拟zigbee广播帧；根据跨技术通信(ctc)方法使用所述至少一个wi-fi装置的收发器发送模拟广播分组，其中，模拟广播分组被配置为触发接收到模拟广播分组的zigbee协调器、zigbee路由器和zigbee终端装置中的至少一个重播所接收的分组；将所述至少一个wi-fi装置的状态切换到频谱扫描模式，以扫描来自zigbee协调器、zigbee路由器和zigbee终端装置中的至少一个的重播分组；对扫描到的重播分组进行解码，以获得具有重播分组的zigbee协调器、zigbee路由器和zigbee终端装置中的至少一个的zigbee pan id和网络地址；生成单播分组，使得该单播分组模拟zigbee地址请求帧，其中目的地地址被设定为zigbee协调器、zigbee路由器和zigbee终端装置中的至少一个的网络地址；根据ctc方法使用至少一个wi-fi装置的收发器发送模拟单播分组，其中，该模拟单播分组被配置为触发接收到模拟单播分组的zigbee协调器、zigbee路由器和zigbee终端装置中的至少一个发送zigbee地址响应帧；将所述至少一个wi-fi装置的状态切换到频谱扫描模式，以扫描来自zigbee协调器、zigbee路由器和zigbee终端装置中的至少一个的zigbee地址响应帧；对扫描到的zigbee地址响应帧进行解码，以获得与发送了zigbee地址响应帧的zigbee协调器或zigbee路由器关联的zigbee终端装置的网络地址；将所述至少一个wi-fi装置的状态切换到频谱扫描模式，以扫描来自至少一个zigbee终端装置的地址响应帧；以及如果扫描到的地址响应帧是由所述至少一个zigbee终端装置发送的，则确定所述至少一个zigbee终端装置是所述至少一个wi-fi装置的邻居。
15、此外，本发明的一些实施方式提供了一种用于在包括至少一个wi-fi装置以及zigbee协调器、zigbee路由器和zigbee终端装置中的至少一个的共存iot网络中发现异构邻居的通信装置(wi-fi装置)。该通信装置可包括：收发器，其被配置为发送和接收广播分组以经由无线信道与zigbee协调器、zigbee路由器和zigbee终端装置中的至少一个通信；存储器，其被配置为存储用于在包括至少一个wi-fi装置以及zigbee协调器、zigbee路由器和zigbee终端装置中的至少一个的共存iot网络中发现异构邻居的计算机实现的方法；以及处理器，其被配置为执行该计算机实现的方法，其中，该方法使得处理器与存储实现该方法的指令的存储器联接。处理器实施所述指令的步骤，所述方法包括：生成广播分组，使得该广播分组模拟zigbee广播帧；根据跨技术通信(ctc)方法使用所述至少一个wi-fi装置的收发器发送模拟广播分组，其中，模拟广播分组被配置为触发接收到模拟广播分组的zigbee协调器、zigbee路由器和zigbee终端装置中的至少一个重播所接收的分组；将所述至少一个wi-fi装置的状态切换到频谱扫描模式，以扫描来自zigbee协调器、zigbee路由器和zigbee终端装置中的至少一个的重播分组；对扫描到的重播分组进行解码，以获得具有重播分组的zigbee协调器、zigbee路由器和zigbee终端装置中的至少一个的zigbee panid和网络地址；生成单播分组，使得该单播分组模拟zigbee地址请求帧，其中目的地地址被设定为zigbee协调器、zigbee路由器和zigbee终端装置中的至少一个的网络地址；根据ctc方法使用至少一个wi-fi装置的收发器发送模拟单播分组，其中，该模拟单播分组被配置为触发接收到模拟单播分组的zigbee协调器、zigbee路由器和zigbee终端装置中的至少一个发送zigbee地址响应帧；将所述至少一个wi-fi装置的状态切换到频谱扫描模式，以扫描来自zigbee协调器、zigbee路由器和zigbee终端装置中的至少一个的zigbee地址响应帧；对扫描到的zigbee地址响应帧进行解码，以获得与发送了zigbee地址响应帧的zigbee协调器或zigbee路由器关联的zigbee终端装置的网络地址；将所述至少一个wi-fi装置的状态切换到频谱扫描模式，以扫描来自至少一个zigbee终端装置的地址响应帧；以及如果扫描到的地址响应帧是由所述至少一个zigbee终端装置发送的，则确定所述至少一个zigbee终端装置是所述至少一个wi-fi装置的邻居。
16、本发明的一些实施方式基于这样的认识：由于诸如zigbee装置的大多数低功率装置是电池供电的，在发现跨技术邻居方面，被动跨技术邻居发现方法不准确且效率低。为了延长电池寿命，这些装置大多数时间休眠。即使低功率装置唤醒，它也可能不进行任何传输，例如，智能表可能每隔15分钟或更长才发送。因此，可能错过这些装置。此外，在被动监听期间，发现装置可能无法发送，这会导致wi-fi传输的不可接受的长延迟。
17、因此，x-disco是使wi-fi装置能够主动触发zigbee邻居进行响应的主动跨技术邻居发现方法，这加快了发现过程并增加了发现准确性。
18、本公开的实施方式将参照附图进一步说明。所示的附图未必按比例，重点通常放在例示本公开的实施方式的原理上。
1.一种用于在包括至少一个wi-fi装置以及zigbee协调器、zigbee路由器和zigbee终端装置中的至少一个的共存iot网络中发现异构邻居的计算机实现的方法，其中，该方法使用与存储实现该方法的指令的存储器联接的处理器，其中，所述指令在由所述处理器执行时实施所述方法的步骤，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述模拟广播分组被配置为zigbee广播数据帧。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述模拟广播分组由在所述wi-fi装置附近的所述zigbee协调器和zigbee路由器中的至少一个接收。
4.根据权利要求2所述的方法，其中，所述模拟广播分组触发已经接收到广播帧的所述zigbee协调器和zigbee路由器重播数据帧作为被动确认。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述zigbee协调器和zigbee路由器将其pan id和地址字段填充到所重播的数据帧中的mac头和网络头中。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，数据帧重播使用随机回退来执行，以使得所述wi-fi装置能够扫描由zigbee协调器和zigbee路由器发送的所有重播的数据帧。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述wi-fi装置对扫描到的zigbee重播的数据帧进行解码，以获得所述zigbee协调器和zigbee路由器的zigbee pan id和网络地址，其中，所述zigbee协调器和zigbee路由器的所述网络地址表示由所述wi-fi装置发现的zigbee协调器和zigbee路由器。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述wi-fi装置通过检测八个连续zigbee符号“0”以及随后的zigbee符号“a”和“7”来对zigbee信号进行解码。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述wi-fi装置通过根据下式比较所接收的zigbee符号与模板zigbee符号之间的fft大小相似性来对所述zigbee符号进行解码：
10.根据权利要求9所述的方法，其中，从所述zigbee符号“0”、“1”、“2”、…、“f”的发送信号来计算所述模板zigbee符号
11.根据权利要求1所述的方法，其中，所述模拟单播分组被配置为zigbee ieee_addr_req帧，其中目的地地址被设定为所发现的zigbee协调器或zigbee路由器或zigbee终端装置的所述网络地址。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，发送到zigbee协调器或zigbee路由器的所述模拟单播分组被配置为触发目的地zigbee协调器或zigbee路由器发送与所述zigbee协调器或zigbee路由器关联的所述zigbee终端装置的所述网络地址，其中，所述zigbee终端装置的所述网络地址表示由所述wi-fi装置经由邻居信息获取发现的潜在zigbee邻居。
13.根据权利要求1所述的方法，其中，已经接收到模拟zigbee ieee_addr_req帧的所述zigbee协调器或zigbee路由器通过填充所关联的zigbee终端装置的所述网络地址来构造并发送zigbee ieee_addr_res帧。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，以zigbee终端装置为目的地的所述模拟单播分组被配置为触发目的地zigbee终端装置发送所述zigbee终端装置的ieee地址。
15.根据权利要求1所述的方法，其中，所述wi-fi装置在频谱扫描模式下扫描zigbeeieee_addr_res帧。
16.根据权利要求14所述的方法，其中，所述wi-fi装置通过发送目的地地址被设定为所述zigbee终端装置的所述网络地址的模拟zigbee ieee_addr_req帧来验证各个潜在zigbee终端装置。
17.根据权利要求16所述的方法，其中，如果所述zigbee终端装置是所述wi-fi装置的邻居，则所述目的地zigbee终端装置接收所述模拟zigbee ieee_addr_req帧，否则，所述wi-fi装置确定所述zigbee终端装置在所述wi-fi装置的通信范围之外并且不是所述wi-fi装置的邻居。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，已经接收到所述模拟zigbee ieee_addr_req帧的所述zigbee终端装置发送zigbee ieee_addr_res帧。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，如果对应zigbee ieee_addr_res帧被扫描并解码，则所述wi-fi装置验证潜在zigbee终端装置是邻居，其中，所验证的zigbee终端装置是由所述wi-fi装置发现的zigbee邻居。
20.根据权利要求1所述的方法，其中，所述wi-fi装置主动地触发zigbee协调器、zigbee路由器和zigbee终端装置通过发送模拟zigbee分组来进行响应，而非被动地监听zigbee传输。
21.一种通信装置，该通信装置用于在包括至少一个wi-fi装置以及zigbee协调器、zigbee路由器和zigbee终端装置中的至少一个的共存iot网络中发现异构邻居，该通信装置包括：
22.根据权利要求21所述的通信装置，其中，所述模拟广播分组被配置为zigbee广播数据帧。
23.根据权利要求21所述的通信装置，其中，所述模拟广播分组由在所述wi-fi装置附近的所述zigbee协调器和zigbee路由器中的至少一个接收。
24.根据权利要求22所述的通信装置，其中，所述模拟广播分组触发已经接收到广播帧的所述zigbee协调器和zigbee路由器重播数据帧。
25.根据权利要求24所述的通信装置，其中，所述zigbee协调器和zigbee路由器将其pan id和地址字段填充到所重播的数据帧中的mac头和网络头中。
26.根据权利要求25所述的通信装置，其中，数据帧重播使用随机回退来执行，以使得所述wi-fi装置能够扫描由zigbee协调器和zigbee路由器发送的所有重播的数据帧。
27.根据权利要求21所述的通信装置，其中，所述wi-fi装置对扫描到的zigbee重播的数据帧进行解码，以获得所述zigbee协调器和zigbee路由器的zigbee pan id和网络地址，其中，所述zigbee协调器和zigbee路由器的所述网络地址表示由所述wi-fi装置发现的zigbee协调器和zigbee路由器。
