CN102316532A - 一种无线局域网下信道的认知探测方法 - Google Patents

一种无线局域网下信道的认知探测方法 Download PDF

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魏海波
杨力生
王丹
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Abstract

针对多无线局域网共存产生的信道同频干扰问题，发明了一种自适应寻找最优信道的方法。该方法是通过认知方式探测当前所有信道的信噪比，并把受到的其它无线局域网同频信号作为外部干扰，计算每个信道所受到的最大信干噪比确定最优信道，并将最优信道序号和认知信道探测间隔时间以网络分配矢量形式通告其它当前无线区域内的活跃终端。在认知探测信道间隔内，无线终端以载波监听多址访问/碰撞避免的方式对信道进行竞争，获取到信道之后，以最优信道作为固定信道协商最优速率进行传输。该方法可以在现有无线局域网协议上升级实现，并通过无线接入点的媒体接入控制配置管理接口实现启用认知信道探测功能和设置认知信道探测间隔时间。

Description

一种无线局域网下信道的认知探测方法
技术领域
一种无线局域网(WLAN)下信道的认知探测方法涉及到WLAN及通信技术领域，更具体地，本发明涉及在WLAN中自适应选择最优信道的方法和技术。
背景技术
目前的WLAN接入产品和终端产品，大部分工作的时候都是固定在同一个信道，这个信道是由无线接入点(AP)确定的，无线终端设备通过扫描无线AP广播信号进行自动信道匹配。但是这种方法存在一个弊端：由于信道资源并没有一个权威机构进行统一管理，如果当前的工作小区处于较多无线AP信号覆盖范围内，并且其它所属无线小区内活跃站点较多，出现同频(信道)干扰的现象会非常严重，这将大大影响无线通信的服务质量问题。即使无线产品上有自动扫描信道功能，但是该功能只是在初次配置时扫描干扰最小的信道，但是实际工作中也是按照固定信道工作。
目前针对WLAN下信道的选择和分配的方法主要有以下几种：
方法一：一种自适应无线信道的接入控制设备，通过对无线终端做简单的配置，从而使其能够自适应的选择相匹配的信道，其实现过程为：首先由无线设备接收通信运营商网络发送的信息，获取所述通信运营商网络的编码信息；其次再由此无线设备根据所述通信运营商网络的编码信息获取本地存储的与所述编码信息对应的信道参数；最后无线设备根据所获取的运营商提供的信道参数，进而自动获取无线设备所在地区的相关信息，以此来配置自身的信道参数，实现终端与所在无线网络之间的匹配。本方法的优点是终端通过自动检测和自动配置的方式实现自身与网络之间的匹配，同时实现了网络信道接入的自动化，但是当所在网络用户过多，信道发生拥堵时，此方法不能很好的解决多信道之间相互冲突的问题，从而使得信道之间存在同频干扰，信道的接入没有实现最优化。
方法二：WLAN中动态选择信道的方法，此方法是在WLAN中由主无线设备建立的基本服务集(BSS)的动态频率选择方法，首先由无线设备扫描与其相邻的正在执行的BSS，以获取一份现有的BSS列表，并确定所述的业务是否需要一个新的信道；当确定所述的业务需要新的信道时，再由无线设备扫描所有的信道，并测量信道的信道质量，基于信道质量参数选择一个可用信道。虽然此方法一定程度上避免了由于信道的重叠而导致的信号干扰，但是在进行信道扫描和信道测量的过程中，此方法仅定义了相应的原语参数，并没有具体帧的定义，只是从理论上阐述了这种思想，并没有行之有效的实施方案。
为此，针对这种尚未很好解决多无线AP共存下产生的信道干扰问题，本发明提出一种无线局域下最优信道的认知探测方法，让无线AP周期性自适应地寻找最优信道，这样将尽可能减少信道干扰的机会，并且即使在出现信道干扰的时候，无线AP也会选择相对干扰较小的信道与终端进行数据通信。
发明内容
在实际WLAN BSS环境下针对多无线AP共存产生的信道(同频)干扰问题，如图1所示，设计了一种认知探测最优信道方法，通过修改设计WLAN的媒体接入协议，在传统的RTS(Request to Send)/CTS(Clear to Send)/DATA/ACK(Acknowledgement)传输机制中，设计了一种RTS/CTS/CCTS(Cognitive CTS)/DATA/ACK认知传输机制，见图2，该机制通过定期启动认知信道探测过程，从而寻找到最优信道，提高系统的服务质量。
认知信道探测过程的目的是通过RTS/CTS控制帧对该WLAN协议支持的所有信道进行探测，并将最优信道序号和信道探测间隔以网络分配矢量(NAV)的形式告知其他无线小区内的活跃终端，见图3所示。信道探测的序号从低到高，通过控制帧中的物理层前导里面可以得到每个信道的信噪比(SNR)情况，每一对RTS/CTS帧确定一个信道的SNR情况，无线终端缓存每个信道的SNR情况，通过计算信道受到的信干噪比(SINR)，并确定其值最大者为最优信道。具体的最优信道处理算法如图4所示，包括无信道干扰、部分信道干扰和全信道干扰三种情况。
当探测完最后一个信道时，信道质量的结果已经确定，这时，通过设计的CCTS帧，见图5，该帧是在传统CTS帧的基础上修改的，以捎带负载的形式添加了1个字节的认知信道域，该域的作用是对最优信道序号及认知信道探测间隔时间进行传递，并且以NAV形式向其它活跃终端告知。其中，最优信道序号占低4位，对应编码规则见图6；另外高4位为认知信道探测间隔时间，编码规则见图7，认知信道探测间隔是以下一次节点发起的RTS开始统计，直到RTS统计的个数达到探测间隔定义的数目为止，才重新启动新一轮的认知信道探测过程，在此过程中，任何节点只是通过一对RTS/CTS在确定好的信道上协商最佳速率进行数据的传输。
附图说明
图1多无线AP共存下信道干扰传输；
图2RTS/CTS/CCTS/DATA/ACK认知传输机制；
图3认知信道探测过程；
图4最优信道序号处理流程；
图5CCTS帧结构；
图6最优信道序号定义规则；
图7认知信道探测间隔定义规则。
具体实施方式
在无线AP的媒体接入控制(MAC)管理配置接口中，新增加认知信道探测配置，并设有两个属性，一个是开启和关闭认知信道探测，另一个是开启认知信道探测下的探测间隔设置。关闭认知信道探测即采用固定信道探测，必须从所支持的所有信道中选择一个；在开启认知信道探测下，还必须配置认知信道探测时间间隔，以RTS个数为基本单位。以下以IEEE802.11g为例说明实施过程。
首先在无线AP上，进入无线AP的MAC管理配置页面，配置认知信道探测功能和设置认知信道探测间隔为3个启动RTS的间隔。
在使用范围内，已经有工作在IEEE 802.11g的无线AP一共3个，分别工作在5、6和11号信道。
无线AP设置好MAC管理配置后重启生效，有1个无线终端与之认证和关联，并且该无线终端有数据业务发送给无线AP。首先由无线终端向无线AP开启认知信道探测过程，通过探测11个信道之后，计算出每个信道的SINR，由于所处无线网络环境已经有3个固定信道资源被使用，那么在剩下的1、2、3、4、7、8、9和10共8个信道中，由随机函数产生一个数作为最优信道序号，同时将之前配置好的信道探测间隔数一起填充到CCTS帧中的认知信道域(1字节)。例如，最优信道序号为7，并且最优信道探测间隔数为8，那么对应的认知信道域填充结果为11100001(b0b1b2b3b4b5b6b7)，其它终端通过NAV获取到此域信息，及时更新到自己的缓冲区里面。在传递完本次数据之后，所有终端按照802.11g协议规定的CSMA/CA中的RTS/CTS/DATA/ACK方式抢占信道，并且抢到信道资源的终端不会再启动认知信道探测过程，而是通过一对RTS/CTS在固定信道(存储到缓冲区的最优信道)上协商最优速率进行数据传输，直到采用统计的RTS的个数达到配置的认知信道探测间隔中设定的数值，才会启动新一轮的认知信道探测过程。

Claims (5)

1.本发明设计了一种无线局域网(WLAN)下信道的认知探测方法，该方法可以自适应地寻找到当前无线网络环境下的受到最优信道，所有无线终端在一定时间内将此最优信道作为固定信道进行传输，并且最优信道定期进行更新。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：提出一种RTS(Request to Send)/CTS(Clearto Send)/CCTS(Cognitive CTS)/DATA/ACK(Acknowledgement)传输机制，通过启动认知信道探测过程，找出当前最优信道，并将最优信道序号和认知探测信道间隔时间以网络分配矢量形式告知所有此无线区域内的活跃终端。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：认知探测过程采用的是RTS/CTS/CCTS探测通信所采用的支持无线协议的所有信道，探测信道的顺序为从小到大，每一对RTS/CTS确定一个信道的信噪比(SNR)情况，最后一个信道探测完毕之后，对统计的所有信道的SNR进行排序，将其最优信道序号和认知信道探测间隔时间设计在CCTS控制帧中进行传输并以网络分配矢量方式告知监听信号的其它无线终端；CCTS帧是在CTS帧的基础上以捎带负载的形式加入认知信道域(1字节)，专门捎带最优信道序号(4比特)和认知信道探测间隔时间(4比特)；最优信道序号采用的是8421编码，认知信道探测间隔时间也是采用的8421编码，设置的是在2个认知信道探测间隔内拥有的RTS个数。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：认知信道探测过程启动之后，所有的无线终端通过网络分配矢量获得最优信道和认知信道探测间隔的信息，它们将按照载波监听多址接入/碰撞避免(CSMA/CA)获取固定信道的过程对信道进行竞争，并通过一对RTS/CTS控制帧，在确定好的最优信道上协商最优速率进行传输。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：在认知信道探测过程中统计完所有信道的SNR，寻找一个最优信道的算法包括无信道干扰，部分信道干扰以及全信道干扰三种处理；无信道干扰时，最优信道序号从该无线协议所支持的所有信道中随机产生一个；部分信道干扰时，最优信道序号从未被干扰的信道中随机产生一个；全信道干扰时，通过在终端计算信干噪比(SINR)最大者为最优信道序号。
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