CN102083094B - 无线通信系统中的干扰测量方法及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种在无线通信系统中的干扰测量方法，该方法包含以下步骤：(1)所述无线通信系统中的一个网络设备停止发送有效负载数据；(2)所述网络设备生成至少一个测试包，并向所述无线通信系统中的其他网络设备发送所述测试包并记录所述测试包的平均信道接入延迟；(3)根据所述平均信道接入延迟判断所述无线通信系统中的干扰。本方法提出了以平均信道接入延迟这个参数作为一个标志，对干扰进行量化，以此来评估干扰对无线通信系统造成的影响，而无需对通信设备的硬件进行改动。

Description

无线通信系统中的干扰测量方法及其装置
技术领域
本发明涉及一种干扰测量方法及其装置，尤其涉及一种在无线通信系统中进行干扰测量方法及其装置。
背景技术
在数字无线通信系统中存在着来自于各方的干扰，其中，以载波侦听多路访问/冲突避免(Carrier Sense Multi-Access/Collision Avoidance；CSMA/CA)方式接入的无线通信系统是一种常用的通信系统，它包括例如无线局域网IEEE802.11、WLAN、IEEE802.15.4等为标准的通信系统。
为了在通信网络中确定最适合的通信参数(例如无线信道、信道带宽等)，或者为了估计在一个给定环境中通信系统的吞吐量和/或平均分组延迟，该网络中的一些网络节点(甚至所有网络节点)需要有能力在给定的信道上对干扰进行测量。
在对干扰进行测量时，根据干扰源类型的不同存在着不同的问题。例如，一些干扰源使用与无线通信系统相同的通信协议进行通信。在这种情况下，通信系统能够通过例如系统的源地址等因素容易地识别出干扰源发出的包，从而识别出干扰源，并且测量出这些干扰包的功率强度的大小从而得出干扰源的强弱。而另外一些干扰源可能使用与无线通信系统不同的通信协议进行通信。在这种情况下，通信系统不能够识别出干扰源发出的包，因而也无法得知干扰源的强弱。
又例如，从接入的方式看，一些干扰源会以公平的方式竞争接入信道，而另外一些干扰源则能够更容易地接入信道并发射信号。
再例如，干扰源可能会调整自己的业务流量以适应变化的信道条件，例如，当通信系统发生拥塞时干扰源可能减少传输速率或者减少其数据包大小。
上述得知干扰源及其功率大小的方式都是被动监控(Passive Observation)，而被动监控的方式无法清楚地区分出上述不同干扰源之间的区别。进一步说，这些干扰源的数量、干扰的功率等级、信道占用时间等因素对通信系统的影响都无法得出可靠的结论。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种干扰测量方法及其装置，使得无需对通信系统的硬件进行修改就可以得知干扰对无线通信系统造成的影响。
为实现上述目的，本发明提出了一种在无线通信系统中的干扰测量方法，该方法包含以下步骤：
(1)所述无线通信系统中的一个网络设备停止发送有效负载数据；
(2)所述网络设备生成至少一个测试包，并向所述无线通信系统中的其他网络设备发送所述测试包并记录所述测试包的平均信道接入延迟；
(3)根据所述平均信道接入延迟判断所述无线通信系统中的干扰。
优选地，在所述步骤(2)中，所述网络设备通过运行一个软件程序生成所述至少一个测试包。
优选地，在所述步骤(2)中，通过在应用层分别记录所述第一个测试包和最后一个测试包发送的时间戳，再将所述时间戳进行平均得到所述测试包的平均信道接入延迟。
优选地，在所述步骤(2)中，对于每一个测试包，通过记录软件将其发送给硬件的时间戳以及所述硬件将该测试包发送出去之后产生的时间戳来得到该测试包的信道接入延迟，并通过所述至少一个测试包的信道接入延迟得到其平均信道接入延迟。
优选地，在所述步骤(2)中，所述网络设备以广播方式向所述无线通信系统中的所有网络设备发送所述测试包。
优选地，在所述步骤(2)中，所述网络设备向所述无线通信系统中与该网络设备相关联的其他网络设备发送所述测试包。
优选地，在所述步骤(2)中，所述网络设备向所述无线通信系统中一个虚拟的网络设备发送所述测试包。
优选地，所述平均信道接入延迟为所述至少一个测试包的信道接入延迟的平均值，或者为所述至少一个测试包的信道接入延迟的方差。
相应地，本发明还提出了一种在无线通信系统中的干扰测量装置，所述装置包括至少一个网络设备，所述网络设备上包括一个测试包生成模块，所述测试包生成模块生成至少一个测试包，并在所述网络设备停止发送有效负载数据后向所述无线通信系统中的其他网络设备发送所述测试包并记录所述测试包的平均信道接入延迟。
优选地，所述网络设备上包括一个时间记录模块，用于在应用层分别记录所述第一个测试包和最后一个测试包发送的时间戳，再将所述时间戳进行平均得到所述测试包的平均信道接入延迟。
优选地，所述网络设备上包括一个时间记录模块，用于对于每一个测试包，记录将其发送给硬件的时间戳以及所述硬件将该测试包发送出去之后产生的时间戳来得到该测试包的信道接入延迟，并通过所述至少一个测试包的信道接入延迟得到其平均信道接入延迟。
本发明提出的一种在无线通信系统中的干扰测量方法具有以下的优点：
首先，本方法提出了以平均信道接入延迟这个参数作为一个标志，对干扰进行量化，以此来评估干扰对无线通信系统造成的影响，而无需对通信设备的硬件进行改动。
其次，本发明是一种主动测量方案，可以弥补被动测量中的不足，在被动测量中看似被完全占用的信道采用本方法测量仍有可能被利用。
最后，本发明方法可适用于在线调查，以便在一个给定环境下评估当前存在的干扰的数量和性质。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述，其中：
图1为本发明的在无线通信系统中的干扰测量方法的流程图；
图2显示了在WLAN设备上以广播形式发送一定数量的测试包并对发送所述测试包的时间进行测量的结果。
具体实施方式
下面以CSMA/CA为接入的WLAN系统为例，来说明本发明的在无线通信系统中的干扰测量方法。本发明的核心思想是利用信道接入延迟这个参数从间接的角度反映干扰的大小和分布情况，尤其是接入机制对无线通信系统造成的影响。
在图1所示的WLAN通信系统中的干扰测量方法中，包括如下步骤：
步骤101：WLAN通信系统中的一个WLAN网络设备停止发送有效负载数据。或者，在有效负载数据中具有一些特征，使得该有效负载数据能够用作测试包对干扰进行测量，在这种情况下，可以用该有效负载数据作为测试包。
步骤102：WLAN网络设备生成至少一个测试包，并向所述无线通信系统中的其他网络设备发送所述测试包并记录所述测试包的平均信道接入延迟。
通常情况下，在WLAN网络设备的操作系统上运行软件程序，该程序能够生成一系列测试包。在完成实际的信道接入延迟时，可以通过以下两种方式进行测量：
在第一种方法中，通过应用层的软件记录测试包的时间。具体地说，WLAN网络设备(接入点，AP)的软件部分生成的测试包通过操作系统中的网络协议栈被发给该网络设备的驱动，再通过该驱动发送给该网络设备的硬件，硬件再通过射频发送出去。本方法中，在上述测试包的发送过程中，首先在应用层的软件中记录发送第一个测试包的时间戳，然后在应用层的软件中记录发送最后一个测试包的时间戳。这两个时间戳相减，再除以测试包的数量就得到一系列测试包的平均信道接入延迟。
在第二种方法中，在上述测试包的发送过程中，对于每一个测试包而言，首先记录驱动将其发送给硬件的时间戳，然后再记录所述硬件将该测试包发送出去之后产生的时间戳，通过这两个时间戳来得到这个测试包的信道接入延迟，通过发送一系列测试包之后，将这些测试包的信道接入延迟进行平均就得到一系列测试包的平均信道接入延迟。
WLAN网络设备向其他的网络设备发送所述测试包，其他网络设备接收到所述测试包后无需对该测试包进行确认。具体地说，WLAN网络设备可以下述方式之一向其他网络设备发送生成的测试包。
第一种，WLAN网络设备以广播方式向所述无线通信系统中的所有网络设备发送所述测试包。在该无线通信系统中的所有网络设备都会检测到该测试包，但是这些网络设备在接收到测试包之后均无需对该测试包予以确认。因此该方式较容易实现，无需对发送端的驱动或者硬件进行任何改动，但是由于所有的网络设备都会对收到的测试包进行处理，会占据这些网络设备的CPU时间和能量，造成一定资源的浪费。
第二种，WLAN网络设备向所述无线通信系统中与该网络设备相关联的其他网络设备发送所述测试包。此处相关联的其他网络设备是指具有特定目的地址的网络设备，WLAN网络设备仅向该网络设备发送测试包。相关联的网络设备在接收到测试包之后也无需对该测试包予以确认。由于仅向特定的网络设备发送测试包，因此避免了第一种方法中造成的资源浪费，但是使用该种方式时一定要存在与WLAN网络设备相关联的网络设备才可以。
第三种，WLAN网络设备向所述无线通信系统中一个虚拟的网络设备发送所述测试包。这种方法即可以避免造成资源上的浪费，又无需存在与WLAN网络设备相关联的网络设备才可以使用。但是，使用这种方法需要在软件上对驱动进行改动，即伪造一个目标客户的目标地址才能够发送所述测试包。
所述平均信道接入延迟为一系列测试包的信道接入延迟的平均值，或者，也可以采用其他方式，例如一系列测试包中信道接入延迟的最大值、最小值或者方差来作为信道接入延迟的参数。
步骤103：根据所述平均信道接入延迟判断所述无线通信系统中的干扰。如果所述平均信道接入延迟大于一个阈值，则认为此时无线通信系统中的干扰较大；如果所述平均信道接入延迟小于一个阈值，则认为此时无线通信系统中的干扰较小。所述阈值可以通过若干次的实验，得到该无线通信系统的干扰的平均值来确定。
为了验证本发明方法的效果，图2中对本发明方法进行了验证。图2显示了在WLAN设备上以广播形式发送一定数量的测试包并对发送所述测试包的时间进行测量的结果。通过图2可以看出，在屋内的不同房间里，由于干扰的大小不同，因此平均信道接入延迟不同。不同类型的干扰源也会使得测试包产生不同的平均信道接入延迟。例如，在靠近窗户的位置，来自其他网络的WLAN干扰是主要的干扰因素，这些干扰以公平竞争的方式进行信道接入；而无线电话不使用公平竞争的方式进行信道接入，而是采用跳频的方式进行接入，因此能够避免被堵塞在一个单一的频率上，无线电话对于信道接入延迟的影响尽管也比较显著，但是要小于其他WLAN干扰源的影响。
综合来说，本发明中以平均信道接入延迟这个参数作为一个标志，对干扰进行量化，以此来评估干扰对无线通信系统造成的影响。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种在无线通信系统中的干扰测量方法，其特征在于：该方法包含以下步骤：
(1)所述无线通信系统中的一个网络设备停止发送有效负载数据；
(2)所述网络设备通过运行一个软件程序生成至少一个测试包，并向所述无线通信系统中的其他网络设备发送所述测试包,对于每一个测试包，通过记录软件将其发送给所述生成所述测试包的网络设备的硬件的时间戳以及所述生成所述测试包的网络设备的硬件将该测试包发送出去之后产生的时间戳来得到该测试包的信道接入延迟，并通过所述至少一个测试包的信道接入延迟得到其平均信道接入延迟；
(3)根据所述平均信道接入延迟判断所述无线通信系统中的干扰。
2.根据权利要求1所述的一种在无线通信系统中的干扰测量方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，所述生成所述测试包的网络设备以广播方式向所述无线通信系统中的所有其他网络设备发送所述测试包。
3.根据权利要求1所述的一种在无线通信系统中的干扰测量方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，所述生成所述测试包的网络设备向所述无线通信系统中与其相关联的其他网络设备发送所述测试包。
4.根据权利要求1所述的一种在无线通信系统中的干扰测量方法，其特征在于，在所述步骤(2)中，所述生成所述测试包的网络设备向所述无线通信系统中一个虚拟的网络设备发送所述测试包。
5.根据权利要求1至4任一所述的一种在无线通信系统中的干扰测量方法，其特征在于，所述平均信道接入延迟为所述至少一个测试包的信道接入延迟的平均值，或者为所述至少一个测试包的信道接入延迟的方差。
6.一种在无线通信系统中的干扰测量装置，所述装置包括至少一个网络设备，其特征在于：
所述网络设备上包括一个测试包生成模块，所述测试包生成模块生成至少一个测试包，并在所述网络设备停止发送有效负载数据后向所述无线通信系统中的其他网络设备发送所述测试包；
所述网络设备上还包括一个时间记录模块，用于对于每一个测试包，记录将其发送给生成所述测试包的网络设备的硬件的时间戳以及所述生成所述测试包的网络设备的硬件将该测试包发送出去之后产生的时间戳来得到该测试包的信道接入延迟，并通过所述至少一个测试包的信道接入延迟得到其平均信道接入延迟。
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