CN117858209A - 一种面向Wi-Fi与BLE组合芯片的节能通信方法、装置及设备 - Google Patents
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Abstract
一种面向Wi‑Fi与BLE组合芯片的节能通信方法、装置及设备，涉及无线通信技术领域，方法包括：所述BLE模块接收外部RTS帧数据并解调，获得所述RTS帧数据的接收地址字段解调对应的BLE接收地址；比较所述BLE接收地址和与本地Wi‑Fi模块的Wi‑Fi MAC地址对应的BLE地址，若所述BLE地址与所述BLE接收地址一致，则唤醒休眠的Wi‑Fi模块发送CTS帧确认，并进行数据传输；传输完成后，所述Wi‑Fi模块进入休眠，所述BLE模块继续监听；该方法通过融合RTS/CTS机制与基于窄带解码的跨技术通信方法，我们实现了BLE模块辅助Wi‑Fi模块进行监听，克服了Wi‑Fi和BLE不同通信协议间的壁垒和障碍，实现了Wi‑Fi到BLE的信息交换。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域。
背景技术
随着物联网技术的发展，出现了多种无线通信技术以适应不同场景下的应用需要，如Wi-Fi、BLE、ZigBee等等。为了部署方便，许多通信协议都运行在ISM频段之上，这给不同通信协议间的协作带来了机会。Wi-Fi和BLE作为两种广泛使用的通信技术，通常被部署在同一通信模块之上。这两种通信技术有着各自的特点，Wi-Fi的运行功率较高，传输速率较快，而BLE的运行功率和传输速率较低。以TI的Wi-Fi与BLE组合芯片WL1831MOD为例，Wi-Fi的运行功耗通常为几十毫安，而BLE的运行功耗为一百多微安。在日常的无线网络环境中，Wi-Fi设备间的数据传输通常具有突发性，通信设备大部分时间处于空闲监听状态，小部分时间处于数据传输状态，但是处于空闲监听状态仍需要消耗能量。虽然Wi-Fi和BLE部署在同一模块上且BLE运行功率较低，但由于两者在协议设计上有较大差异，实现不同通信协议之间的异构协作以节省功耗存在困难。
为实现跨技术通信(Cross Technology Communication，CTC)，参见专利文献CN113630209A，现有的方案基于窄带解码，采用在物理层信号实现信息转换的方式，使用Wi-Fi发送特定的信号以模拟出BLE帧。该方法主要关注在信号层面实现Wi-Fi到BLE的跨技术通信，不涉及Wi-Fi在MAC层的工作机制。使用时可能不在Wi-Fi协议规定下工作，具有一定的应用局限性，不能很好地实现BLE对于Wi-Fi的通信协作。
因此，如何提供一种面向Wi-Fi与BLE组合芯片的节能通信方法，成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种面向Wi-Fi与BLE组合芯片的节能通信方法、装置及设备，该方法通过融合RTS/CTS机制与基于窄带解码的CTC方法，我们实现了BLE模块辅助Wi-Fi模块进行监听，克服了Wi-Fi和BLE不同通信协议间的壁垒和障碍，实现了Wi-Fi到BLE的信息交换。
基于同一发明构思，本发明具有四个独立的技术方案：
1、一种面向Wi-Fi与BLE组合芯片的节能通信方法，各个所述Wi-Fi与BLE组合芯片包括BLE模块和Wi-Fi模块，包括：
S1、令所述BLE模块接收外部RTS帧数据并解调，获得所述RTS帧数据的接收地址字段解调对应的BLE接收地址；
S2、比较所述BLE接收地址和与本地Wi-Fi模块的Wi-Fi MAC地址对应的BLE地址，若所述BLE地址与所述BLE接收地址一致，则唤醒休眠的Wi-Fi模块发送CTS帧确认，并进行数据传输；
S3、传输完成后，令所述Wi-Fi模块进入休眠，所述BLE模块继续监听。
进一步地，每个所述Wi-Fi模块均有一个各不相同的Wi-Fi MAC地址，所述Wi-FiMAC地址的预先生成方法如下：
生成多个不同的BLE地址，并得到所述BLE地址对应的Wi-Fi MAC地址，再将所述Wi-Fi MAC地址分配给各个所述Wi-Fi模块。
进一步地，所述RTS帧中嵌入信息的比特长度为所述BLE数据的比特长度的二倍，所述RTS帧的接收字段包含目标的Wi-Fi MAC地址；
所述RTS帧的接收字段通过窄带解码的CTC技术得到所述BLE接收地址。
进一步地，所述BLE数据的长度为24比特，前8位为BLE前导码，用于让BLE模块识别接收；后16位为BLE接收地址，用于标识所述Wi-Fi模块。
进一步地，得到所述BLE地址对应的Wi-Fi MAC地址，包括如下步骤：
基于所述BLE地址，逆推得到第一Wi-Fi序列；
对所述第一Wi-Fi序列进行扰频操作，从扰频后的帧中取出对应接收地址之前的数据部分，将该部分与所述第一Wi-Fi序列拼接，得到第二Wi-Fi序列；
对所述第二Wi-Fi序列进行解扰频操作，得到第三Wi-Fi序列，所述第三Wi-Fi序列与所述第一Wi-Fi序列对应的部分为所述Wi-Fi MAC地址。
进一步地，基于所述BLE地址，逆推得到第一Wi-Fi序列，每个序列的逆推方法如下：
从所述BLE地址出发，若BLE比特为0，则符号相移使用-π/2，对应的Wi-Fi比特为10；若BLE比特为1，则符号相移使用+π/2，对应的Wi-Fi比特为01。
进一步地，生成多个不同的BLE地址，采用如下方法：
初始化地址集合为空集；
根据给定的地址长度n，地址间最小距离d和划分数目k，将原问题进行划分，划分后子问题对应的地址长度分别为相应要求的地址间最小距离为/>
其中，所述原问题为生成多个不同的BLE地址；
对于划分后的每个所述子问题，第i个划分的地址长度为ni，要求的地址间最小距离为di，使用最大团算法计算得到地址解集，并将该地址解集加入到所述地址集合中；
遍历地址集合，从中找到最小的地址解集大小L；
根据所述最小地址解集大小l从每个划分的所述子问题中选取出大小为L的地址解集，然后将各个子问题的地址解集拼接起来得到所述原问题的地址解集。
2、一种面向Wi-Fi与BLE组合芯片的节能通信装置，包括：
解调模块，用于令BLE模块接收外部RTS帧数据并解调，获得所述RTS帧数据的接收地址字段解调对应的BLE接收地址；
确认传输模块，用于比较所述BLE接收地址和与本地Wi-Fi模块的Wi-Fi MAC地址对应的BLE地址，若所述BLE地址与所述BLE接收地址一致，则唤醒休眠的Wi-Fi模块发送CTS帧确认，并进行数据传输；
休眠模块，用于传输完成后，令所述Wi-Fi模块进入休眠，所述BLE模块继续监听。
3、一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法。
4、一种电子设备，包括处理器和存储装置，所述存储装置中存有多条指令，所述处理器用于读取所述存储装置中的多条指令并执行上述方法。
本发明提供的面向Wi-Fi与BLE组合芯片的节能通信方法、装置及设备，至少包括如下有益效果：
(1)该方法通过融合RTS/CTS机制与基于窄带解码的CTC方法，我们实现了BLE模块辅助Wi-Fi模块进行监听。相较于传统的Wi-Fi与BLE组合芯片，增强了不同模块之间的协作性，由于BLE为窄带通信，运行功耗较小，使用BLE辅助Wi-Fi能够提升整体模块的功耗表现。
(2)该方法提基于BLE地址生成不同Wi-Fi MAC地址，并且提出了一种采用最大团算法生成尽可能具有区分度的BLE地址，同时使得这样的地址数目尽可能多，这一BLE地址生成方法进一步提升了该通信方法的稳定性。
(3)相比于现有的CTC方法，本方法不需要修改Wi-Fi协议，保证了Wi-Fi传输的透明性，开销和部署成本较小。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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。
图1为802.11b物理层帧结构及其调制方法示意图；
图2为本发明提供的面向Wi-Fi与BLE组合芯片的节能通信方法一种实施例的流程图；
图3为RTS/CTS过程示意图；
图4为RTS帧结构示意图；
图5为802.11b发送流程示意图；
图6为噪声对BLE解调的影响示意图；
图7为基于最大团算法的地址比特生成示意图；
图8为基于最大团算法的近似BLE地址比特生成示意图；
图9为根据BLE地址生成Wi-Fi地址并分配的流程图；
图10为本发明提供的面向Wi-Fi与BLE组合芯片的节能通信方法与现有的通信方法的对比示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定***结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其他实施例中也可以实现本申请。在其它情况下，省略对众所周知的***、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在本申请说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本申请。如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是本申请还可以采用其它不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本申请内涵的情况下做类似推广，因此本申请不受下面公开的具体实施例的限制。
无线通信和物联网技术的蓬勃发展给社会发展带来了极大的便利，同时异构通信设备的大量共存也带来了新的挑战和机遇。本实施例根据BLE(低功耗蓝牙)和Wi-Fi的通信特点，提出了使用BLE辅助Wi-Fi进行监听的方案。具体而言，本实施例研究了Wi-Fi通信过程中的RTS/CTS机制，并基于现有的一种Wi-Fi到BLE跨技术通信方法提出了一种Wi-Fi的MAC地址设计方案，使得BLE能够准确地识别Wi-Fi发送RTS帧中的接收地址和发送地址。由此可以使用BLE代理Wi-Fi接收端进行监听，而原有Wi-Fi接收端可以进入休眠状态，从而达到节省功耗的目的。同时，研究了不同BLE端地址对于空闲监听的效果，并将问题转化为最大团问题，提出了一种近似算法来解决该问题，从而提升多设备下的RTS帧接收的准确性和稳定性。
为了便于理解，首先介绍本实施例的技术基础，包括IEEE 802.11b协议的调制过程以及BLE的数据解调过程，同时介绍所基于的使用窄带解码技术的Wi-Fi到BLE跨技术通信方法的基本原理。
1.Wi-Fi数据调制过程
WiFi物理层数据帧由多部分组成。成帧过程由物理层会聚过程(Physical LayerConvergence Procedure,PLCP)子层来完成。物理层帧也被称为PLCP帧，结构如图1所示。其中，帧的起始为前导码(Preamble)，分为SYNC和SFD区域。前导码分为长前导码和短前导码两种格式。长前导码的长度为144比特，短前导码的长度为72比特。使用短前导码可以有效减少物理层数据帧的长度，从而提升通信吞吐率。而后是Signal字段，其用来定义通信速率。Length字段用来表示传输过程中封装的MAC帧长度。后面为CRC字段，用于帧校验。
WiFi的信号收发功能在物理媒体相关(Physical Medium Dependent,PMD)子层中实现。如图5所示，WiFi的发射机首先对PLCP层帧进行扰频处理。扰频过程使用线性反馈移位寄存器(Linear Feedback Shift Register)实现，使用的特征多项式为G(z)＝Z-7+Z-4+1。若使用的是长前导码，初始的数据模式为[1101100]，其中Z1＝1,…,Z7＝0。若使用的为短前导码，则初始数据模式为[0011011]。经过扰频处理后，使用不同的调制方式调制成I/Q信号，最后由天线发射出去。
2.BLE数据解调过程
BLE在物理层使用高斯频移键控(Gaussian Frequency Shift Keying，GFSK)调制方式。通常BLE的通信速率为1Mbps。BLE物理层数据包格式由前导码(Preamble)，接入地址(Access Address)，协议数据单元(Protocol Data Unit,PDU)，循环冗余校验码(CyclicRedundancy Check,CRC)等多部分组成。其中前导码用于频率同步和通信检测。BLE数据报文中的前导码为10101010或01010101。
3.基于窄带解码的CTC方法
窄带解码指的是宽带的信号经过滤波器后变成窄带的信号后，会保留一些原有信息的特征。根据IEEE 802.11b标准，WiFi在物理层使用了DSSS技术和差分正交相移键控调制技术。差分正交相移键控将数据流以2比特一组映射为星座图中的I/Q信号。然后，直接序列扩频技术使用11位的巴克码(barker code)将‘1’扩频为序列10110111000，将‘0’扩频为相应的补码01001000111。随后通过发射器产生RF信号发送至空中。WiFi产生的无线信号通过BLE的1MHz低通滤波器后，在相位上将会保留一些原有的特征。而BLE在物理层使用GFSK调制解调技术，相位信息和频率信息之间可以相互转化，GFSK通过计算I/Q信号之间的相位差来解调信息。若两个符号间的相位差为正，则解调成比特1，若两个符号间的相位差为负，则解调成比特0。现有研究发现，WiFi扩频产生的码片序列经过BLE的1MHz低通滤波器后，将会和BLE侧解调出的的数据比特有一个对应关系。具体解释为，比特1扩频后的序列中1的数目多，经过滤波器后波形为正，而比特0的信号经过滤波器后则为负。因此，我们可以建立起WiFi数据比特到BLE数据比特的对应关系，这种对应关系得以让我们实现从WiFi到BLE的跨技术通信。
本专利的实施例建立在上述CTC方法之上，具体而言，该CTC方法提出了一种建立起Wi-Fi信号到BLE数据的转换方法。然而我们的工作需要：
1.让BLE接收RTS帧。RTS帧属于MAC层帧。在Wi-Fi中，从RTS帧到Wi-Fi信号需要经过一系列处理过程：RTS帧在MAC层为MAC帧，也叫MPDU。组装好交付给物理层的PLCP子层，PLCP子层在RTS帧前加上前导码和头部形成PLCP帧，也叫PPDU。PLCP帧还要经过扰频操作变成扰频后的比特序列。得到比特序列后再进行信号层面的处理，使用相应的调制方式进行调制和扩频。因此我们的工作基于该CTC方法，我们在其之上，进一步探索了MAC层数据比特到BLE数据转换关系。
2.提升BLE接收RTS帧的效果，这部分不涉及该CTC方法，而与本实施例场景有关。因为RTS帧中不同的数据会影响BLE的接收效果，BLE识别主要会有两种情况：其一，将RTS帧接收地址为本地Wi-Fi设备的识别错误，导致未能唤醒本地Wi-Fi设备。其二，将RTS帧接收地址为网络其他Wi-Fi设备的识别错误为本地Wi-Fi设备地址，导致错误唤醒本地Wi-Fi设备。因此我们选择了使用DQPSK方式，并使相邻符号相位为+π/2或-π/2，增强抗干扰性。其次，提出了基于最大团算法的BLE地址比特生成算法，来使地址间距尽可能大，减少误识别为其他网络Wi-Fi设备地址的概率。
实施例一：
参见图2，在一些实施例中，提供一种面向Wi-Fi与BLE组合芯片的节能通信方法，各个所述Wi-Fi与BLE组合芯片包括BLE模块和Wi-Fi模块，方法包括如下步骤：
S1、所述BLE模块接收外部RTS帧数据并解调，获得所述RTS帧数据的接收地址字段解调对应的BLE接收地址；
S2、比较所述BLE接收地址和与本地Wi-Fi模块的Wi-Fi MAC地址对应的BLE地址，若所述BLE地址与所述BLE接收地址一致，则唤醒休眠的Wi-Fi模块发送CTS帧确认，并进行数据传输；
S3、传输完成后，所述Wi-Fi模块进入休眠，所述BLE模块继续监听。
IEEE 802.11在MAC层使用了载波监听多路访问/冲突避免(Carrier-senseMultiple Access with Collision Avoidance，CSMA/CA)协议来进行来***介访问。在IEEE 802.11中还引入了请求发送/清除发送(Request To Send/Clear To Send，RTS/CTS)机制。
如图3所示，当某个节点需要传输数据帧时，它首先会发送RTS帧以预约信道，在RTS帧中包含接收地址和发送地址，接收方根据接收地址与本机地址是否一致判断是否发送CTS帧给发送方以表示确认，而后进行具体的数据帧传送。而其他工作站接收到RTS帧和CTS帧后则会保持静默。
具体而言，发送端发送RTS帧后，经过短帧间间隔(Short Interframe Space，SIFS)后，接收端的操作为回复一个CTS帧。然后再经过短帧间间隔后进行数据帧的传输。在这个过程中，若有其他工作站，其他工作站接收到RTS帧和CTS帧后，根据Wi-Fi的MAC层监听功能定义，此时会使用网络分配矢量(Network Allocation Vector，NAV)来表示媒介的忙碌状态，设置NAV为一个特定值，该值会随着时间不断衰减。当整个传输过程结束后，再经过分布式帧间间隔(Distributed Interframe Space，DIFS)后，媒介便被认为为空闲状态，其他工作站可以对其访问。
因此，在Wi-Fi与BLE组合芯片中，当Wi-Fi模块作为接收端时，我们可以使其进入休眠状态，而使用BLE接收Wi-Fi发送端发出的RTS帧，并对RTS帧的信息进行有效识别，判断其中的接收地址是否为本地Wi-Fi地址，从而根据该信息判断是否需要唤醒本地Wi-Fi设备进行CTS帧回复和后续的数据帧传输。
具体地，步骤S1中，所述RTS帧中所嵌入信息的长度为所述BLE数据的长度的二倍，所述RTS帧的接收字段包含目标的Wi-Fi MAC地址；
所述RTS帧的接收字段通过窄带解码的CTC技术得到所述BLE接收地址，通过现有的基于窄带解码的CTC方法，我们可以实现Wi-Fi数据比特到BLE数据比特的映射关系。。
如图4所示，RTS帧由帧控制(Frame Control)，持续时间(Duration)，接收地址(Receiver Address)，发送地址(Transmitter Address)和帧校验序列(Frame CheckSequence)等字段组成。在这其中标识发送方和接收方身份使用的为接收地址和发送地址，地址长度为48比特。
地址字段根据基于窄带解码的CTC方法在BLE端会有对应的地址比特。
BLE可以判断解调后的比特是否与预期一致，从而决定是否唤醒本地Wi-Fi设备进行进一步的通信。
作为一种较优的实施方式，所述BLE数据的长度为24比特，前8位为BLE前导码，用于让BLE模块识别接收；后16位为BLE接收地址，用于标识所述Wi-Fi模块。
对于所设计的Wi-Fi的特定MAC地址而言，其长度为48比特，通过窄带解码的CTC技术可以在BLE端得到对应的长度为24比特的BLE地址，该地址前8位为BLE的前导码以便让BLE接收，该地址其他部分用于标识Wi-Fi设备，从而在RTS/CTS过程中扮演辅助监听的作用。
特别地，若使用DQPSK调制方式，Wi-Fi端每2个数据比特将会在BLE端解调成1个数据比特。因此，接收地址和发送地址字段在BLE接收端将会解调为24+24＝48个比特。根据BLE协议，BLE物理层数据包的最短长度为10个字节。仅用接收地址和发送地址无法构造出最短的BLE物理层数据包。虽然PLCP帧和RTS帧还有其他字段，但是为了不破坏固有的IEEE802.11b物理层和RTS/CTS机制，保持Wi-Fi传输过程中的透明性，我们不能随意修改这些字段的内容。此外这些字段比特经调制后在BLE端的符号相位差可能并不是或/>如图6所示，当相位差为π时，容易受到噪声干扰，解调出的内容易发生变化，影响BLE的识别。
而对于地址字段而言，由于Wi-Fi使用了随机MAC地址机制，设备的MAC地址可变，因此我们可以分配给Wi-Fi设备特定的MAC地址，使得调制后的符号被BLE解调时有着较好的稳定性，也即相邻符号间的相位差为或/>
并且，我们要求BLE解调出的地址比特起始应当为BLE物理层数据包的前导码(01010101b或者10101010b)，然后在BLE物理层添加处理接收RTS帧的逻辑，同时也不破坏原有处理正常BLE数据包的处理流程。
作为一种较优的实施方式，每个所述Wi-Fi模块均有一个各不相同的Wi-FiMAC地址，所述Wi-FiMAC地址的预先生成方法如下：
生成多个不同的BLE地址，并得到所述BLE地址对应的Wi-FiMAC地址，再将所述Wi-FiMAC地址分配给各个所述Wi-Fi模块。
在该方法中，为各个Wi-Fi模块分配地址时，我们还需要考虑到不同Wi-Fi地址解调成BLE比特间的差异，若地址间的差异过小，可能会提高蓝牙识别时的误报率，影响正常的数据传输过程。所以，我们需要为不同设备设计具有区分度的地址。假设地址由n位比特组成，我们使用汉明距离来表征地址间的差异。对于地址A和B，两个地址间的距离为(XOR代表异或操作)。我们的目标是寻找尽可能具有区分度的地址，同时使得这样的地址数目尽可能多。
所以，我们可以考虑以下问题，给定地址位数n，距离d0，求解地址集合S使得 并且使|S|尽可能大。该问题可以转化为图论中的最大团问题。
最大团问题是指：给定无向图G＝(V，E)，求解一个完全子图G′＝(V′，E′)，使得|V′|尽可能大。对于长度为n的比特序列，其可以表示的地址空间大小为2n。我们可以将2n个地址映射为图中的2n个顶点，地址作为顶点编号。对于顶点x，设顶点编号为L(x)。我们以这样的方式向图中添加边：边(x，y)∈E当且仅当d(L(x)，L(y))≥d0。最大团问题被证明为NP完全问题。现有许多解决最大团问题的算法，在这里，我们基于Eppstein等人提出的一种基于Bron-Kerbosch算法的改进最大团求解算法得到图的最大团。所以，我们可以把求解最大地址集合的问题转化为最大团问题。地址比特集合则对应着最大团中顶点的编号。算法过程如图7所示。
在实际应用中，802.11MAC帧中的地址为48位，经过转化后在BLE端为24位，其中用于设备标识的为16位，所以地址集合大小为216，对应图的顶点数为216。从图7算法可知，建图过程的复杂度为O(|V|2)。对于n位地址，给定距离d0，我们可以将地址划分为k个部分，地址位数分别为对应给定的距离分别为这样一来，我们就把原问题划分成了k个子问题。令第i个划分对应的子问题的解为Si，则原问题的解可以利用子问题的解拼接得到，原问题地址序列第i个划分对应的部分使用Si中的地址填充，这样得到的长度为n的两个地址之间的汉明距离d＝∑di。在从子问题的解构造原问题可行解的过程中可以发现，原问题的解的大小取决于子问题解中的最小值，为了使得得到的地址集合尽可能大，我们需要使最小值问题的解尽可能大。因此我们需要均匀划分原始地址长度，从而使最小子问题解集合尽可能大。设原问题的解为S′，则算法的近似比为|S′|/min(|Si|)。设子问题解中的最小值为m，原问题可行解的个数为/>(P代表求排列)。通常情况下，|S′|远大于我们需要的地址数量，所以我们可以根据需要合理设定划分数，进而选取子问题解中的地址作组合来生成原问题的地址序列。算法过程如图8所示。
作为一种较优的实施方式，生成多个不同的BLE地址，采用如下方法：
S111、初始化地址集合为空集；
S112、根据给定的地址长度n，地址间最小距离d和划分数目k，将原问题进行划分，划分后子问题对应的地址长度分别为相应要求的地址间最小距离为/>
其中，所述原问题为生成多个不同的BLE地址；
S113、对于划分后的每个所述子问题，第i个划分的地址长度为ni，要求的地址间最小距离为di，使用最大团算法计算得到地址解集，并将该地址解集加入到所述地址集合中；
S114、遍历地址集合，从中找到最小的地址解集大小L；
S115、根据所述最小地址解集大小L从每个划分的所述子问题中选取出大小为L的地址解集，然后将各个子问题的地址解集拼接起来得到原问题的地址解集。
作为一种较优的实施方式，根据预先生成的多个不同的BLE地址，得到所述BLE地址对应的Wi-Fi MAC地址，包括如下步骤：
S121、基于所述BLE地址，逆推得到第一Wi-Fi序列；
S122、对所述第一Wi-Fi序列进行扰频操作，从扰频后的帧中取出对应接收地址之前的数据部分，将该部分与所述第一Wi-Fi序列拼接，得到第二Wi-Fi序列；
S123、对所述第二Wi-Fi序列进行解扰频操作，得到第三Wi-Fi序列，所述第三Wi-Fi序列与所述第一Wi-Fi序列对应的部分为所述Wi-Fi MAC地址。
步骤S121中，基于所述BLE地址，逆推得到第一Wi-Fi序列，每个序列的逆推方法如下：
从所述BLE地址出发，若BLE比特为0，则符号相移使用-π/2，对应的Wi-Fi比特为10；若BLE比特为1，则符号相移使用+π/2，对应的Wi-Fi比特为01。
根据图6及对应描述，采用上述方法逆推时，调制后的符号被BLE解调时有着较好的稳定性，能够更好地维持***通信的稳定性。
具体地，由于BLE在代理接收RTS帧过程中需要判断地址与预期是否一致，所以我们需要预先生成BLE地址，进而生成对应的Wi-Fi MAC地址。BLE地址序列可以通过最大团算法生成，通过设置参数可以使得生成的地址序列具有一定的区分度。根据窄带解码的转化关系，BLE地址序列中每个比特对应于Wi-Fi的相邻的两个符号，由于BLE使用的是GFSK调制方式，相邻符号间的相位差正负决定了解调出来的比特。又MAC地址部分使用的为DQPSK调制方法，因此可以反推出调制前所对应的Wi一Fi比特序列。
具体方法参见图9，从生成的BLE地址比特序列出发，若BLE比特为0，则符号相移使用-π/2，对应的Wi-Fi比特为10；若BLE比特为1，则符号相移使用+π/2，对应的Wi-Fi比特01。
此时得到的Wi-Fi比特序列为PPDU经过扰频后的数据，需要进行解扰频处理。
由于扰频过程中，每次生成的比特依赖于当前的寄存器状态，也即新生成的比特与前面扰频所生成的比特有关，因此，我们可以先生成某个接收地址和发送地址所对应的RTS帧，RTS帧是MAC层的数据，其作为物理会聚层服务数据单元PSDU会交付给PLCP层。
生成PSDU后，需要对其加上前导码和头部以构成物理会聚层协议数据单元PPDU。
在这里，PPDU使用短前导码，然后并对其进行扰频处理。之后，从扰频后的帧中取出对应接收地址之前的数据部分，将之前使用BLE地址序列逆推得到的Wi-Fi比特序列拼接在该部分之后，然后进行解扰频操作。
解扰频后得到的比特序列与解扰频前数据中逆推得到的地址比特序列所对应的部分即为期望得到的Wi-Fi端MAC地址。接下来，便可将得到的MAC地址分配给Wi-Fi设备。
以下基于一种具体的应用场景，进一步介绍本实施例提供的方法：
首先利用图8所示的算法生成BLE端地址集合，并通过所述方法逆推得到对应的Wi-Fi比特序列集合。
对于一个Wi-Fi基本服务集而言，将接入点的RTS阈值与分片阈值配置为相同的某个值，记该值为T，根据该值计算出RTS帧中的Duration字段值，接着，随机生成两个地址填入到RTS帧的发送地址和接收地址字段中，然后计算出帧校验码字段，到此生成一个合法的RTS帧。
然后组装PLCP帧，将前导码配置为短前导码。接着，对PLCP帧进行扰频操作，得到扰频后的比特序列。然后选取从开始长度为152个比特的序列S1。
对于Wi-Fi基本服务集中作为工作站的Wi-Fi与BLE组合模块设备而言，首先从生成的BLE端地址集合中选取一个地址Sb，并得到其对应逆推生成的Wi-Fi比特序列Sw，将该地址序列拼接在选取的长度为152个比特的序列S1之后，得到长度为200个比特的序列S2。
接着将序列S2进行解扰频操作，得到序列S3。
然后从序列S3中选取末尾长度为48比特的序列，当前Wi-Fi与BLE组合模块设备把该序列设为对应Wi-Fi模块的MAC地址。
接下来，在Wi-Fi与BLE组合模块设备与接入点通信过程中，组合模块设备中的Wi-Fi模块可以进入休眠状态，而由BLE模块辅助进行信道监听，当接入点向该组合模块设备传输数据时，首先会发送RTS帧请求信道，RTS帧中的接收地址字段为该组合模块的Wi-Fi的MAC地址，该组合模块中的BLE模块会将该RTS帧对应的接收地址字段部分解调得到对应的比特序列Sr，比较Sr与Sb是否一致，若一致，唤醒Wi-Fi模块回复CTS帧并进行后续的数据传输。
本实施例提供的方法与现有常规的无蓝牙模块监听的Wi-Fi通信方法的对比如图10所示。
当数据传输完成后，设备中的Wi-Fi模块可以进入休眠状态，BLE模块继续辅助Wi-Fi模块进行空闲监听。
可选地，也可以在组装PLCP帧时配置为长前导码，此时，扰频后需要选取从开始长度为224个比特的序列S1。得到逆推生成的Wi-Fi比特序列Sw后，将该地址序列拼接在选取的长度为224个比特的序列S1之后，得到长度为272个比特的序列S2。
在实施中，若BLE模块唤醒Wi-Fi模块的时间大于短帧间间隔，此时Wi-Fi发送端会重传RTS帧，这种情况下由Wi-Fi模块接收重传的RTS帧，回复CTS帧并进行后续的数据传输。
实施例二：
在一些实施例中，提供一种面向Wi-Fi与BLE组合芯片的节能通信装置，包括：
解调模块，用于令BLE模块接收外部RTS帧数据并解调，获得所述RTS帧数据的接收地址字段解调对应的BLE接收地址；
确认传输模块，用于比较所述BLE接收地址和与本地Wi-Fi模块的Wi-Fi MAC地址对应的BLE地址，若所述BLE地址与所述BLE接收地址一致，则唤醒休眠的Wi-Fi模块发送CTS帧确认，并进行数据传输；
休眠模块，用于传输完成后，令所述Wi-Fi模块进入休眠，所述BLE模块继续监听。
实施例三：
在一些实施例中，提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述方法。
实施例四：
在一些实施例中，提供一种电子设备，包括处理器和存储装置，所述存储装置中存有多条指令，所述处理器用于读取所述存储装置中的多条指令并执行上述方法。
应当理解，在本申请实施例中，所称处理器可以是中央处理单元(CentralProcessing Unit，CPU)，该处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(DigitalSignal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器可以包括只读存储器、快闪存储器和随机存储器，并向处理器提供指令和数据。存储器的一部分或全部还可以包括非易失性随机存取存储器。
应当理解，上述集成的模块/单元如果以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存储介质中。基于这样的理解，本申请实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，上述计算机程序可存储于以计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，上述计算机程序包括计算机程序代码，上述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。上述计算机可读介质可以包括：能够携带上述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，上述计算机可读存储介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各实例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟是以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同的方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/终端设备和方法，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置/设备实施例仅仅是示意性的，例如，上述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以由另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个***，或一些特征可以忽略，或不执行。
上述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种面向Wi-Fi与BLE组合芯片的节能通信方法，各个所述Wi-Fi与BLE组合芯片包括BLE模块和Wi-Fi模块，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1、令所述BLE模块接收外部RTS帧数据并解调，获得所述RTS帧数据的接收地址字段解调对应的BLE接收地址；
S2、比较所述BLE接收地址和与本地Wi-Fi模块的Wi-Fi MAC地址对应的BLE地址，若所述BLE地址与所述BLE接收地址一致，则唤醒休眠的Wi-Fi模块发送CTS帧确认，并进行数据传输；
S3、传输完成后，令所述Wi-Fi模块进入休眠，所述BLE模块继续监听。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，每个所述Wi-Fi模块均有一个各不相同的Wi-Fi MAC地址，所述Wi-Fi MAC地址的预先生成方法如下：
生成多个不同的BLE地址，并得到所述BLE地址对应的Wi-Fi MAC地址，再将所述Wi-FiMAC地址分配给各个所述Wi-Fi模块。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述RTS帧中嵌入信息的比特长度为所述BLE数据的比特长度的二倍，所述RTS帧的接收字段包含目标的Wi-Fi MAC地址；
所述RTS帧的接收字段通过窄带解码的CTC技术得到所述BLE接收地址。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述BLE数据的长度为24比特，前8位为BLE前导码，用于让BLE模块识别接收；后16位为BLE接收地址，用于标识所述Wi-Fi模块。
5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，得到所述BLE地址对应的Wi-Fi MAC地址，包括如下步骤：
基于所述BLE地址，逆推得到第一Wi-Fi序列；
对所述第一Wi-Fi序列进行扰频操作，从扰频后的帧中取出对应接收地址之前的数据部分，将该部分与所述第一Wi-Fi序列拼接，得到第二Wi-Fi序列；
对所述第二Wi-Fi序列进行解扰频操作，得到第三Wi-Fi序列，所述第三Wi-Fi序列与所述第一Wi-Fi序列对应的部分为所述Wi-Fi MAC地址。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，基于所述BLE地址，逆推得到第一Wi-Fi序列，每个序列的逆推方法如下：
从所述BLE地址出发，若BLE比特为0，则符号相移使用-π/2，对应的Wi-Fi比特为10；若BLE比特为1，则符号相移使用+π/2，对应的Wi-Fi比特为01。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，生成多个不同的BLE地址，采用如下方法：
初始化地址集合为空集；
根据给定的地址长度n，地址间最小距离d和划分数目k，将原问题进行划分，划分后子问题对应的地址长度分别为相应要求的地址间最小距离为/>
其中，所述原问题为生成多个不同的BLE地址；
对于划分后的每个所述子问题，第i个划分的地址长度为ni，要求的地址间最小距离为di，使用最大团算法计算得到地址解集，并将该地址解集加入到所述地址集合中；
遍历地址集合，从中找到最小的地址解集大小L；
根据所述最小地址解集大小L从每个划分的所述子问题中选取出大小为L的地址解集，然后将各个子问题的地址解集拼接起来得到所述原问题的地址解集。
8.一种面向Wi-Fi与BLE组合芯片的节能通信装置，其特征在于，包括：
解调模块，用于令BLE模块接收外部RTS帧数据并解调，获得所述RTS帧数据的接收地址字段解调对应的BLE接收地址；
确认传输模块，用于比较所述BLE接收地址和与本地Wi-Fi模块的Wi-Fi MAC地址对应的BLE地址，若所述BLE地址与所述BLE接收地址一致，则唤醒休眠的Wi-Fi模块发送CTS帧确认，并进行数据传输；
休眠模块，用于传输完成后，令所述Wi-Fi模块进入休眠，所述BLE模块继续监听。
9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7任一所述的方法。
10.一种电子设备，包括处理器和存储装置，其特征在于，所述存储装置中存有多条指令，所述处理器用于读取所述存储装置中的多条指令并执行如权利要求1-7任一所述的方法。
Priority Applications (1)
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2023
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