CN101790172A - 一种防止同频干扰的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种防止同频干扰的方法及装置。本发明的方法包括：接入点AP设备判断是否发生干扰，如否，进入空闲状态，若是，进行信道抑制，所述信道抑制包括确定抑制时间的范围和粒度；再进行信道质量评估；在信道质量评估完成后，进行信道选择；根据选择的信道进行信道切换。本发明提供的方案能够有效避免在数字家庭无线局域网中各个AP之间的同频干扰，及其他干扰源对各AP的干扰。
Description
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，具体涉及一种防止同频干扰的方法及装置。
背景技术
无线局域网WLAN是计算机网络与无线通信技术相结合的产物，可以免去或减少网络布线的工作量，只要安装多个接入点AP设备，就可建立覆盖整个建筑物的局域网络。无线接入点目前在IEEE802.11系列标准中，工作方式都是基于IEEE802.11b/g的分布式访问控制机制，工作在ISM 2.4G公用频道，而且实际可用的不重叠的信道非常有限，仅1、6、11信道，这就使得WLAN极容易被干扰。
在数字家庭无线局域网中，包括多种终端设备，含有各种通信方式，例如蓝牙、紫蜂zigbee、超宽带局域网通信方式等。这些方式在互相通信时容易造成干扰。目前的干扰检测和避免主要包括两类方法，可归纳为静态法和动态法。(1)静态法：各接入点工作频率固定，通过技术手段再辅以工程建设规范来规避干扰，但是在家庭网络中，各终端设备间的物理距离非常近，很难做到高度隔离；(2)动态法：根据实际干扰情况动态切换信道以避开干扰。现有动态干扰避免方法多数引入一个接入控制器AC。通过AC定期的探测AP状态开发现干扰，同时由AC协调整个WLAN信道的分配。该方法中干扰检测和信道分配由AC集中处理，限制了WLAN的组网方案，而且信道的重新分配需要考虑整个WLAN的信道分配情况，容易导致牵一发而动全身，造成WLAN的不稳定和频繁信道切换。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种防止同频干扰的方法及装置，能够有效避免在数字家庭无线局域网中各个AP之间的同频干扰，及其他干扰源对各AP的干扰。
本发明提供一种防止同频干扰的方法，包括：
接入点AP设备判断是否发生干扰，如否，进入空闲状态，若是，进行信道抑制，所述信道抑制包括确定抑制时间的范围和粒度；
再进行信道质量评估；
在信道质量评估完成后，进行信道选择；
根据选择的信道进行信道切换。
优选的，所述接入点AP设备通过对信号帧进行监测判断是否发生干扰，若设定时间内检测到的信号帧的延迟次数达到设定阀值，认为干扰发生。
优选的，所述接入点AP设备采用信道的空闲率和检测到的AP设备数量来进行信道质量评估。
优选的，所述抑制时间的粒度＝AP评估信道质量需要的时间+AP通知客户端下线时间+AP信道切换时间+客户端重新连接需要的时间；
所述抑制时间的范围＝最大可能被干扰的AP数量＊抑制时间的粒度。
本发明提供一种防止同频干扰的装置，包括：
第一处理单元，用于判断是否发生干扰，如否，进入空闲状态，若是，进行信道抑制，所述信道抑制包括确定抑制时间的范围和粒度；
第二处理单元，用于进行信道质量评估；
第三处理单元，用于在信道质量评估完成后，进行信道选择；
第四处理单元，用于根据选择的信道进行信道切换。
优选的，第一处理单元中包括：计数器和确定单元；
所述计数器，用于对信号帧进行监测，计算检测到的信号帧的延迟次数；
所述确定单元，用于在设定时间内所述计数器检测的信号帧的延迟次数达到设定阀值后，确定干扰发生。
优选的，所述第一处理单元还包括：信息处理器，用于确定抑制状态的时间范围和粒度。
上述技术方案可以看出，由于本发明实施例采用分布式同频干扰避免方法，WLAN中的各个AP根据自身所处的环境判断干扰，独立的进行干扰避免，不受其他外界的干扰，最终结果会使整个系统很快稳定和收敛，因此特别适用于AP密集，严重干扰的情况。所以本发明方法能够有效避免在数字家庭无线局域网中各个AP之间的同频干扰，及其他干扰源对各AP的干扰。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例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简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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它的附图。
图1是本发明一种防止同频干扰的方法的流程图；
图2是本发明方法的场景应用图；
图3是本发明的装置结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明实施例提供一种在WLAN中防止同频干扰方法，能够有效的防止无线局域网中各个AP通信中的同频干扰，本发明实施例还提供能防止同频干扰的装置。以下分别进行详细说明。
本方法通过周期的对当前工作信道干扰检测来发现干扰，如果干扰发生，则等待一段时间后，再去评估所有可用信道的质量，为信道切换提供参考信道，最后挑选最优信道切换，实现了避免干扰。
本方法涉及AP的六个状态：空闲，干扰检测，抑制，信道质量评估，信道选择和信道切换。其中：
1、空闲状态：
处于该状态的AP正常的工作，同时启动一个定时器，当定时器超时后，启动当前信道质量评估。
2、干扰检测状态：
当存在干扰时，AP会依据IEEE802.11规范，延迟任何包的发送。这里的干扰，主要指同频干扰，同频干扰既包括干扰源对地理位置较密集的AP进行干扰，也包括地理位置较密集的各AP之间的同频干扰。
3、抑制状态：
处于抑制状态的AP，仍然正常工作，只是对新的干扰发现通知不再处理，并等待抑制时间结束。
4、信道质量评估状态；
采用信道的空闲率和检测到的AP数量来评价信道的质量。
概括而言，本发明的方法包括：在AP处于空闲状态时启动计时器，计时器超时后进入干扰检测状态，检测过程定期统计一定时间内信号帧的延迟次数，当延迟次数达到一个阀值时认为干扰发生，进入信道抑制状态，再进行信道评估和信道选择，最后依次释放各状态，各个AP根据选择的信道切换到不同信道。这样就不需要中心集中控制器干预，各被干扰AP只根据自身所处环境合理选择切换信道即可。
以下结合附图介绍本发明的方法。
图1是本发明的方法流程图，包括步骤：
1)判断是否检测到干扰，若是，进入2)，若否，进入信道空闲状态；
当存在干扰时，AP会依据IEEE802.11规范，延迟任何包的发送。如果干扰持续存在的话，AP就不再能发出任何包来。而干扰的检测需要在AP有流量和没有流量的时候都能稳定工作。那么这个检测的方法就不能像传统的做法那样基于数据流量。
本发明方法采用对发射台的信号帧进行监测的办法判断是否进行干扰检测。因为所有的AP都会定期广播信号帧，而绝大部分AP的广播间隔都是固定的100ms，因此本发明在AP上启动一个记数器，记录信号帧延迟的次数，并且定期的统计一定时间内，信号帧的延迟次数。当延迟次数达到一个阀值时，即认为干扰发生了。该干扰检测算法对AP的性能和吞吐量不会有任何影响。而且检测的方法本身简单有效，结果也很准确可靠。
2)进行信道抑制；
当通过步骤1)检测到干扰时，AP选择一个随机时间，然后进入抑制状态。处于抑制状态的AP，仍然正常工作，只是对新的干扰发现通知不再处理，并等待抑制时间结束。
本发明引入抑制过程，而不是直接进入信道质量评估阶段的原因如下：
当工作在同一信道的AP较密集时，往往同一干扰源会对多个AP造成干扰，如果此时各AP在同一时间启动信道质量评估，将会对信道质量做出相同的评价，所以必然导致当干扰发生时，附近相同信道工作的AP都选择相同的信道进行干扰避免，这样各AP之间相互干扰，导致性能并不理想。
当加入抑制过程后，各AP在抑制结束后，才去进行信道质量评估，这样如果有被干扰的AP先切换到某一信道，后面的AP也可以通过信道质量评估过程发现这一变化，所以多个AP切换到相同信道的可能性大大降低。因此，本发明方法增加抑制过程步骤。
该阶段一个关键的过程就是抑制时间的范围和粒度的确定。抑制时间的粒度需要根据AP从开始切换信道到信道切换完成并能正常工作所需要的时间确定。
抑制时间的粒度＝AP评估信道质量需要的时间+AP通知客户端下线时间+AP信道切换时间+客户端重新连接需要的时间。
抑制时间的范围＝最大可能被干扰的AP数量＊抑制时间的粒度。AP的抑制时间可以是下列时间的任一值：0*抑制时间的粒度，1*抑制时间的粒度，2*抑制时间的粒度，……，最大可能被干扰的AP数量＊抑制时间的粒度。
3)进行信道质量评估；
当AP在一定范围内较密集时同一干扰源对多个AP干扰，因此各AP应依次结束抑制状态再进行信道质量评估。
本发明采用信道的空闲率和检测到的AP数量来评价信道的质量。通过信道质量评估为信道选择提供依据。
空闲率：在一段时间内，定时去检测信道的占用情况，在一次检测中，若载波检测机制或虚拟载波检测机制指示信道空闲，则认为信道空闲，据此统计出信道的空闲率。一般说来，空闲率越高，则信道质量也好。
载波检测机制通过通用通信适配器CCA实现，CCA是IEEE802.11物理层根据接收端能量是否高于一个阀值来判断当前无线介质是处于忙状态还是空闲状态，如果检测超过阀值的任何能量，CCA将报告无线介质当前状态为忙。
AP数量：通过监听信道上的信号帧来统计信道的上工作的AP数量，AP数量与范围内整体信道质量成正比。
4)进行信道选择；
由于工作在相同信道上的无线设备越多，发送数据时碰撞的几率越大，反而造成信道的利用率低，所以单纯用信道的空闲率作为挑选信道的依据，难免有失偏颇。所以本发明方法同时结合可选信道上工作的无线设备数目、无线设备信号的强度等因素来确定切换的信道，这样选择更为准确。
5)在完成信道选择后，根据选择的信道切换。
通过选择可用信道的切换，避免干扰源对各AP及各个AP之间的同频干扰。
以下结合一个应用例举例说明本发明方法。
一般的，仅将1，6，11信道为可用的信道。假设采用四台无线路由器、一个干扰源和四台笔记本搭建了测试平台，四台笔记本分别与四台无线路由器关联。干扰设备WD采用连续的单窄波，工作在信道1(CH1)所在的频率上，处于AP2和P4的CCA范围，对其构成干扰。如图2所示，为本发明的场景应用图。图中包括4个AP，分别是AP1、AP2、AP3和AP4，还包括干扰设备WD。
1)在检测到干扰后，进入信道抑制过程：
原本AP1和AP2、AP4在信道1上自由通信，AP1向AP2、AP4传送数据，信道1处在空闲状态；加上干扰源WD，AP2、AP4上计数器接收AP1发出的信号帧，当干扰发生，AP1的信号帧超过100ms发送，AP2、AP4的计数器在超过100ms时进行计数，超过设定数目例如超出32时判定干扰发生；AP2、AP4进入抑制状态，仍然正常工作，对新通知干扰不处理，等待抑制时间结束。该阶段一个关键的过程就是抑制时间的范围和粒度的确定。抑制时间的粒度需要根据AP从开始切换信道到信道切换完成并能正常工作所需要的时间确定。
抑制时间的粒度＝AP评估信道质量需要的时间+AP通知客户端下线时间+AP信道切换时间+客户端重新连接需要的时间。
抑制时间的范围＝最大可能被干扰的AP数量＊抑制时间的粒度。AP的抑制时间可以是下列时间的任一值：0*抑制时间的粒度，1*抑制时间的粒度，2*抑制时间的粒度，……，最大可能被干扰的AP数量＊抑制时间的粒度。
2)启动信道质量评估过程及进行信道选择：
AP2、AP4中虚拟载波检测机制判定信道6和11为空闲信道：虚拟的载波检测机制通过网络向量分配(NAV)实现，无线设备在发送的每个分组中将通过持续时间duration字段的值向其他移动站指示信道重新空闲所需的时间。所有收到该分组的移动站将根据该duration字段的值更新自己的NAV，并随着时间流逝，递减NAV的值，当NAV的值为零时，无线设备才有机会访问信道；最后AP2、AP4调频到信道6，完成信道选择。
3)根据选择的信道进行信道切换。
AP2、AP4完成信道选择后，进行信道切换。信道切换按现有过程操作，此处不再叙述。
上述介绍了本发明的方法，相应的，本发明还提供一种防止同频干扰的装置。该装置为AP设备。
参见图3，为本发明的装置结构示意图。
该装置包括：第一处理单元、第二处理单元、第三处理单元和第四处理单元。
第一处理单元，用于判断是否发生干扰，如否，进入空闲状态，若是，进行信道抑制，所述信道抑制包括确定抑制时间的范围和粒度；
第二处理单元，用于进行信道质量评估；
第三处理单元，用于在信道质量评估完成后，进行信道选择；
第四处理单元，用于根据选择的信道进行信道切换。
其中，第一处理单元中包括：计数器和确定单元；
所述计数器，用于对信号帧进行监测，计算检测到的信号帧的延迟次数；
所述确定单元，用于在设定时间内所述计数器检测的信号帧的延迟次数达到设定阀值后，确定干扰发生。
所述第一处理单元还包括：信息处理器，用于确定抑制状态的时间范围和粒度。
上述技术方案可以看出，由于本发明实施例采用分布式同频干扰避免方法，WLAN中的各个AP根据自身所处的环境判断干扰，独立的进行干扰避免，不受其他外界的干扰，最终结果会使整个系统很快稳定和收敛，因此特别适用于AP密集，严重干扰的情况。所以本发明方法能够有效避免在数字家庭无线局域网中各个AP之间的同频干扰，及其他干扰源对各AP的干扰。
需要说明的是，上述装置和系统内的各单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明方法实施例基于同一构思，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。
本领域普通技术人员可以理解上述实施例的各种方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读存储介质中，存储介质可以包括：只读存储器(ROM，Read Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁盘或光盘等。
以上对本发明实施例所提供的一种防止同频干扰的方法及装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (7)
1.一种防止同频干扰的方法，其特征在于，包括：
接入点AP设备判断是否发生干扰，如否，进入空闲状态，若是，进行信道抑制，所述信道抑制包括确定抑制时间的范围和粒度；
再进行信道质量评估；
在信道质量评估完成后，进行信道选择；
根据选择的信道进行信道切换。
2.根据权利要求1所述的防止同频干扰的方法，其特征在于：
所述接入点AP设备通过对信号帧进行监测判断是否发生干扰，若设定时间内检测到的信号帧的延迟次数达到设定阀值，认为干扰发生。
3.根据权利要求1或2所述的防止同频干扰的方法，其特征在于：
所述接入点AP设备采用信道的空闲率和检测到的AP设备数量来进行信道质量评估。
4.根据权利要求1或2所述的防止同频干扰的方法，其特征在于：
所述抑制时间的粒度＝AP评估信道质量需要的时间+AP通知客户端下线时间+AP信道切换时间+客户端重新连接需要的时间；
所述抑制时间的范围＝最大可能被干扰的AP数量＊抑制时间的粒度。
5.一种防止同频干扰的装置，其特征在于，包括：
第一处理单元，用于判断是否发生干扰，如否，进入空闲状态，若是，进行信道抑制，所述信道抑制包括确定抑制时间的范围和粒度；
第二处理单元，用于进行信道质量评估；
第三处理单元，用于在信道质量评估完成后，进行信道选择；
第四处理单元，用于根据选择的信道进行信道切换。
6.根据权利要求5所述的防止同频干扰的装置，其特征在于，
第一处理单元中包括：计数器和确定单元；
所述计数器，用于对信号帧进行监测，计算检测到的信号帧的延迟次数；
所述确定单元，用于在设定时间内所述计数器检测的信号帧的延迟次数达到设定阀值后，确定干扰发生。
7.根据权利要求5或6所述的防止同频干扰的装置，其特征在于：
所述第一处理单元还包括：
信息处理器，用于确定抑制状态的时间范围和粒度。
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