CN103095406B - 一种有针对性的无线局域网干扰设备及干扰方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种有针对性的无线局域网干扰设备及干扰方法。该无线局域网干扰设备包括接收射频模块、扫频模块、物理层接收模块、MAC层解析对比模块、干扰数据生成模块、发射射频模块、功率放大器和天线；其中，接收射频模块一方面连接天线，另一方面分别连接扫频模块和物理层接收模块，物理层接收模块连接MAC层解析对比模块；MAC层解析对比模块分别连接干扰数据生成模块、发射射频模块和功率放大器。本发明可以只针对指定站点进行屏蔽干扰而不影响网络中其它站点的正常通信，也可以实现针对所有站点的干扰。本发明的干扰效果好、作用范围大而且能量消耗少。

Description

一种有针对性的无线局域网干扰设备及干扰方法

技术领域

本发明涉及一种有针对性的无线局域网干扰设备及干扰方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

随着无线通信技术的高速发展，无线局域网（Wireless Local Area Network,WLAN）的使用已广为普及。IEEE 802.11系列是目前主流的无线局域网标准，包括当前应用最广泛的IEEE 802.11a/g/n标准和正在草拟中的IEEE 802.11ac标准等。

IEEE 802.11a/g标准中，物理层采用OFDM技术，可使用5MHz、10MHz和20MHz带宽。发送端的物理层首先对MAC协议数据单元（MAC Protocol Data Unit,MPDU)进行加扰、编码、打孔、交织、添加导频比特和快速傅立叶反变换（Inverse Fast Fourier Transform,IFFT），然后在数据前面添加接收端已知的训练序列和SIGNAL字段构成数据帧。该数据帧的帧格式如图1所示，首先是10个短训练序列t1～t10，接下来是2个长训练序列T1和T 2、然后是SIGNAL字段，最后为数据部分。在长训练序列、SIGNAL字段和数据部分中均包含循环前缀（Cyclic Prefix，CP）。

IEEE 802.11n标准同样采用OFDM技术，并可使用20MHz和40MHz带宽。如图2所示，IEEE 802.11n标准中的帧格式与IEEE 802.11a/g标准中的帧格式相似，其中短训练序列、长训练序列和SIGNAL字段（这里是L-SIG字段）的格式和作用与IEEE 802.11a/g标准中相同。但该数据帧中增加了HT-SIG（高吞吐量SIGNAL）字段。在增加的HT-SIG字段中，进一步包含了调制方式、带宽、长度、分集方式等信息，共有48比特。

IEEE 802.11ac标准也采用OFDM技术，使用20MHz、40MHz、80MHz、80+80MHz和160MHz带宽。如图3所示，IEEE 802.11ac标准中的帧格式与IEEE 802.11a/g标准中的帧格式相似，其中短训练序列、长训练序列和SIGNAL字段（这里是L-SIG字段）的格式和作用与IEEE802.11a/g标准中相同。但该数据帧中增加了VHT-SIGA（超高吞吐量SIGNAL A）字段和VHT-SIGB（超高吞吐量SIGNALB）字段。在增加的VHT-SIGA字段中，进一步包含了带宽、分集方式、组号码、每个用户的空间流数目等信息，共有48比特。

在无线局域网中，MAC层将MSDU数据包添加MAC头和尾后，形成MPDU后送到物理层。MPDU的格式如图4所示，其中MAC头中包含帧控制信息、长度、源地址、目的地址等信息，供接收端判断此帧是否为发送到本接收端的数据；MAC尾包括32比特帧校验数据（Frame CheckSequence，FCS），供接收端检测本帧数据是否被正确接收，如果没有正确接收，则丢弃此帧。对于发送端发送的数据帧，当接收端的MAC层正确接收解析后，需要在数据接收结束后等待SIFS（Short Inter-Frame Space）时间，再向发送端发送ACK帧以确认此数据帧的正确接收。发送端接收到ACK帧后，即确认此数据帧已正确接收，开始下一个数据帧的发送，具体过程如图5所示。如果发送端在发送结束的SIFS时间后，没有正确接收到ACK帧，那么发送端认为发送的数据帧与其它站点发送的数据帧发生了冲突，没有被正确接收，因此在竞争窗口的范围内，随机选择一个回退时间，等信道空闲达到回退时间的值时再重新发送此数据帧。如果数据帧重传次数超过了最大重传次数后，仍没有发送成功，那么此数据帧将会被丢弃。这种通信机制可以被用来实现对无线局域网正常通信的干扰。

在申请号为200810102157.X的中国专利申请中，公开了一种无线局域网中的通信干扰方法。该干扰方法包括如下步骤：进行初始化设置，设置工作信道以及工作模式；按照所述设置的工作模式，对所述工作信道内的无线局域网设备的通信进行干扰。该专利申请只对需要进行干扰的无线局域网设备发出的数据帧和特定管理帧进行干扰，并且是通过向该无线局域网设备发出解除认证的管理帧来实现干扰。该专利申请同时公开了一种无线局域网中的通信干扰设备。应用该方法和设备，能够有效地监测到一定范围内处于活动状态的无线局域网设备，并对指定的无线局域网设备实施干扰。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种有针对性的无线局域网干扰设备及干扰方法。

为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案：

一种无线局域网干扰设备，其特征在于：

所述无线局域网干扰设备包括输入模块、接收射频模块、扫频模块、物理层接收模块、MAC层解析对比模块、干扰数据生成模块、发射射频模块、功率放大器和天线；

其中，所述接收射频模块一方面连接所述天线，另一方面分别连接所述扫频模块和所述物理层接收模块，所述物理层接收模块连接所述MAC层解析对比模块，所述MAC层解析对比模块与所述输入模块连接；

所述MAC层解析对比模块分别连接所述干扰数据生成模块、所述发射射频模块和所述功率放大器，所述干扰数据生成模块连接所述发射射频模块，所述发射射频模块连接所述功率放大器，所述功率放大器的输出端与所述天线相连。

其中较优地，所述无线局域网干扰设备中还包括MAC地址数据库，所述MAC地址数据库与所述MAC层解析对比模块连接。

其中较优地，所述MAC层解析对比模块对射频信号的物理层数据进行解析，获得MAC层数据，并且将所述MAC层数据中的MAC层源地址和MAC层目的地址与所述MAC地址数据库中预存的指定MAC层地址进行比对。

其中较优地，如果所述射频信号来自或者发送到指定MAC层的目的地址，则所述MAC层解析对比模块触发所述干扰数据生成模块、所述发射射频模块和所述功率放大器。

一种无线局域网干扰方法，基于上述的无线局域网干扰设备实现，其特征在于包括：

步骤1：接收干扰模式选择信号，确定干扰模式；如果步骤1确定的干扰模式不是全干扰模式，则进入步骤2；如果确定的干扰模式是全干扰模式，则进入步骤3；

步骤2：设定需要干扰的指定站点的MAC地址并存储；

步骤3：扫频模块进行扫频，搜索无线局域网信号，在找到信号后驻留；

步骤4：进入接收状态，等待空中的数据帧；一旦接收到数据帧，解析出MAC层协议数据单元；

步骤5：如果步骤1确定的干扰模式是全干扰模式，则进入步骤6；如果步骤1确定的干扰模式不是全干扰模式，则MAC层解析对比模块对所述MAC层协议数据单元进行解析，提取出MAC头中的源地址和目的地址，并与MAC地址数据库中预先存储的MAC地址进行比对；

步骤6：MAC层解析对比模块触发干扰数据生成模块，所述干扰数据生成模块产生干扰信号，经发射射频模块、功率放大器和天线发射出去。

其中在所述步骤5中，进一步包括如下判断：

如果步骤1中确定是指定干扰模式，并且对比结果是提取MAC地址与预存MAC地址相同，则进入步骤6；

如果步骤1中确定是指定干扰模式，并且对比结果是提取MAC地址与预存MAC地址不同，则返回步骤4；

如果步骤1中确定是指定不干扰模式，并且对比结果是提取MAC地址与预存MAC地址相同，则返回步骤4；

如果步骤1中确定是指定不干扰模式，并且对比结果是提取MAC地址与预存MAC地址不同，则进入步骤6。

在所述步骤6中，所述干扰数据生成模块被触发后，从ACK帧的发送时间之前的SIFS/2时间开始发送干扰信号，以便干扰ACK帧的接收。

所述干扰信号在从ACK帧的发送时间之前的SIFS/2时间，到ACK帧发送结束后的SIFS/2时间之间的时间段内发送。

本发明适用于所有IEEE 802.11系列的无线局域网，可以实现只针对指定站点进行屏蔽干扰而不影响网络中其它站点的正常通信，也可以实现针对所有站点的干扰。本发明的干扰效果好、作用范围大而且能量消耗少，尤其适合于各类考场、学校、公安、军事重地等禁止使用无线网络的场所。

附图说明

图1为IEEE 802.11a/g标准下的数据帧格式示意图；

图2为IEEE 802.11n标准下的数据帧格式示意图；

图3为IEEE 802.11ac标准下的数据帧格式示意图；

图4为MPDU的比特分配格式示意图；

图5为MAC层的数据帧收发流程示意图；

图6a为本无线局域网干扰设备的一个实施例中，模块构成的原理图；

图6b为本无线局域网干扰设备的另一个实施例中，模块构成的原理图；

图7为本无线局域网干扰设备的三种干扰模式示意图；

图8为本无线局域网干扰设备发出的干扰信号时间范围示意图。

具体实施方式

如图6a所示，本发明所提供的无线局域网干扰设备包括输入模块、接收射频模块、扫频模块、物理层接收模块、MAC层解析对比模块、MAC地址数据库、干扰数据生成模块、发射射频模块、功率放大器和天线。其中，输入模块包括干扰模式输入接口，用于供用户进行干扰模式的选择。接收射频模块连接到天线，用于从天线接收无线局域网的射频信号。扫频模块连接到接收射频模块的输出端，用于对接收到的射频信号进行扫频，获取指定频点的射频信号。物理层接收模块连接到接收射频模块的输出端，对指定频点的射频信号进行解析，得到物理层数据。

MAC层解析对比模块有三个输入端。其中一个输入端连接输入模块，用于支持按键、触摸屏等输入设备进行模式的选择以及指定站点MAC地址的设置。MAC层解析对比模块的另两个输入端分别连接到物理层接收模块的输出端和MAC地址数据库的输出端。此外，在图6b所示的另一个实施例中，输入模块还可以包括MAC地址接口。MAC层解析对比模块的输入端与MAC地址接口相连接，外部存储器可以通过该地址接口实现MAC地址数据库的功能。MAC层解析对比模块对射频信号的物理层数据进行解析，获得MAC层源地址和目的地址，并且将MAC层源地址和目的地址与MAC地址数据库中预存的指定MAC层地址进行比对，由此确定该射频信号是否是来自指定MAC层源地址或者该射频信号是否是发送到指定MAC层目的地址。如果判断结果是，则MAC层解析对比模块发出触发信号，触发干扰数据生成模块、发射射频模块和功率放大器。

干扰数据生成模块、发射射频模块和功率放大器的输入端分别连接到MAC层解析对比模块。干扰数据生成模块的输出端连接到发射射频模块，发射射频模块的输出端连接到功率放大器。功率放大器的输出端连接到天线。

上述接收射频模块、扫频模块、物理层接收模块、MAC层解析对比模块、干扰数据生成模块、发射射频模块和功率放大器等可以采用现有的成熟集成电路芯片实现，也可以在FPGA（现场可编程门阵列）基础上通过编程予以实现。作为本领域技术人员都能掌握的常规技术，在此就不详细说明了。

下面将结合本发明所提供的无线局域网干扰方法，进一步说明前述无线局域网干扰设备的工作原理。需要说明的是，本发明中所说的干扰包括屏蔽状态在内。

如图7所示，本无线局域网干扰设备可以工作在三种干扰模式下：指定站点干扰模式（简称为指定干扰模式）、指定站点不干扰模式（简称为指定不干扰模式）或所有站点均干扰模式（简称为全干扰模式）。在指定站点干扰模式下，只对指定站点进行干扰，所以只有指定站点不能正常通信，其它站点可以正常通信；在指定站点不干扰模式下，只有指定站点可以正常通信，对其它站点进行干扰使其不能正常通信；在所有站点均干扰模式下，对所有站点进行干扰，使所有的站点均不能正常通信。

下面具体介绍本无线局域网干扰设备对无线局域网正常通信进行干扰的具体方法。

步骤1：接收干扰模式选择信号，确定干扰模式。

用户从三种干扰模式中选择当前需要进行哪一种干扰模式。无线局域网干扰设备首先判断是否是全干扰模式。如果确定干扰模式为全干扰模式，则进入步骤3，此时不需要设定指定站点的MAC地址；如果确定干扰模式为指定干扰模式或指定不干扰模式，则进入步骤2，而后按步骤顺序进行。

步骤2：提示用户设定需要干扰的指定站点，将指定站点的MAC地址存储在MAC地址数据库中。

步骤3：搜索并驻留指定频点

扫频模块进行全频段的扫频，搜索无线局域网信号，而且在找到信号后，驻留该频点，进入步骤4。或者，用户在输入模块（输入界面）指定频点后，驻留该频点，进入步骤4。

步骤4：接收数据帧，并解析出MAC层协议数据单元（MPDU）

驻留到指定频点后，无线局域网干扰设备的接收端开始工作。通过天线和接收射频模块接收到一帧数据后，物理层接收模块完成物理层的同步、信道估计、解码等步骤后，将解出的MPDU送到MAC层解析对比模块，进入步骤5。

步骤5：提取MAC源地址和目的地址，并进行比对。

MAC层解析对比模块对物理层接收模块送来的MPDU进行解析，提取出MAC头中的源地址和目的地址（提取MAC地址），与MAC地址数据库中预先存储的MAC地址（预存MAC地址）进行比对。MAC头的结构如图4所示。

如果步骤1中确定的是指定干扰模式，并且对比结果是提取MAC地址与预存MAC地址相同，则进入步骤6；

如果步骤1中确定的是指定干扰模式，并且对比结果是提取MAC地址与预存MAC地址不同，则返回步骤4；

如果步骤1中确定的是指定不干扰模式，并且对比结果是提取MAC地址与预存MAC地址相同，则返回步骤4；

如果步骤1中确定的是指定不干扰模式，并且对比结果是提取MAC地址与预存MAC地址不同，则进入步骤6。

如果步骤1中确定的是全干扰模式，则进入步骤6。

步骤6：发出干扰信号

MAC层解析对比模块触发干扰数据生成模块。干扰数据生成模块被触发后，立即产生与被干扰信号带宽相同的干扰信号。发射射频模块将生成的干扰信号转化成无线信号，经功率放大器和天线发射出去。

干扰信号发射的时间范围如图8所示。图8中，干扰数据生成模块被触发后，在正常ACK帧的发送时间之前SIFS/2时间，开始发送干扰信号，来干扰ACK帧的正确接收。干扰信号持续到正常ACK帧发送结束后的SIFS/2时间后结束。干扰信号的带宽与当前无线局域网使用的带宽相同。

由于干扰信号干扰了发送端对ACK帧的接收。发送端不能收到接收端发送的ACK帧，就会认为本帧数据的发送与其它站点的发送发生了冲突，将在竞争窗口的范围内，随机选择一个回退时间，等待重新发包。经过多次重传达到最大重传次数后，将丢弃此包。这样，就实现了在IEEE802.11系列无线局域网中，对指定站点或所有站点的屏蔽干扰。

综上所述，本发明通过以下方式实现有针对性的干扰：在指定站点干扰模式下，如提取MAC头的源地址和目的地址中任意一个与数据库中存储的MAC地址相同，则触发干扰数据生成模块，否则不触发；在指定站点不干扰的模式下，如提取MAC头的源地址和目的地址中任意一个与数据库中存储的地址相同，则不触发干扰数据生成模块，否则触发；在所有站点均干扰模式下，收到MPDU后即触发干扰数据生成模块。本发明可以同时干扰指定站点发往AP的数据帧和AP下发给指定站点的数据帧，具有干扰效果好、作用范围大的优点。

进一步地，本发明可以通过控制干扰信号的发送时间来降低功耗。即，从正常ACK帧的发送时间之前的SIFS/2时间，到正常ACK帧发送结束后的SIFS/2时间这个时间段内发送干扰信号，其余时间内干扰数据生成模块、发射射频模块和功率放大器处于待机的状态，没有干扰信号发射。这样能够显著降低无线局域网屏蔽设备在工作时的功耗，降低整体设备的运行成本。例如:对于IEEE 802.11a系统，工作在20MHz带宽下，为了干扰一个长2000字节的数据包，干扰信号的发送时间最少只占数据包传输时间的2.2%。

由于IEEE 802.11a/g、IEEE 802.11n、IEEE 802.11ac等标准都能适用于本发明中干扰信号的时间范围和帧格式，所以本发明适合于对所有符合IEEE 802.11系列标准的无线局域网进行通信干扰。

应当注意，为了使本发明更容易理解，上面的描述省略了对于本领域的普通技术人员来说是公知的一些技术细节。

以上对本发明所提供的有针对性的无线局域网干扰设备及干扰方法进行了详细的说明。对本领域的技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，经承担相应的法律责任。

Claims (9)

1.一种无线局域网干扰设备，其特征在于包括输入模块、接收射频模块、扫频模块、物理层接收模块、MAC层解析对比模块、干扰数据生成模块、发射射频模块、功率放大器和天线；

其中，所述接收射频模块一方面连接所述天线，另一方面分别连接所述扫频模块和所述物理层接收模块，所述物理层接收模块连接所述MAC层解析对比模块，所述MAC解析对比模块与所述输入模块相连接；

所述MAC层解析对比模块分别连接所述干扰数据生成模块、所述发射射频模块和所述功率放大器，所述干扰数据生成模块连接所述发射射频模块，所述发射射频模块连接所述功率放大器，所述功率放大器的输出端与所述天线相连；

所述MAC层解析对比模块对射频信号的物理层数据进行解析，获得MAC层数据；如果所述射频信号来自指定MAC层源地址或者发送到指定MAC层目的地址，则所述MAC层解析对比模块触发所述干扰数据生成模块、所述发射射频模块和所述功率放大器；其中，

在指定站点干扰模式下，如提取MAC头的源地址和目的地址中任意一个与数据库中存储的MAC地址相同，则触发所述干扰数据生成模块，否则不触发；在指定站点不干扰的模式下，如提取MAC头的源地址和目的地址中任意一个与数据库中存储的地址相同，则不触发所述干扰数据生成模块，否则触发；在所有站点均干扰模式下，收到MAC协议数据单元后即触发所述干扰数据生成模块。

2.如权利要求1所述的无线局域网干扰设备，其特征在于：

所述无线局域网干扰设备中还包括MAC地址数据库，所述MAC地址数据库与所述MAC层解析对比模块连接。

3.如权利要求2所述的无线局域网干扰设备，其特征在于：

所述MAC层解析对比模块将所述MAC层数据中的MAC层源地址或MAC层目的地址与所述MAC地址数据库中预存的指定MAC层地址进行比对。

4.如权利要求1所述的无线局域网干扰设备，其特征在于：

所述干扰数据生成模块被触发后，产生与被干扰信号带宽相同的干扰信号；所述发射射频模块将所述干扰信号转化成无线信号，经所述功率放大器和所述天线发射出去。

5.一种无线局域网干扰方法，基于如权利要求1所述的无线局域网干扰设备实现，其特征在于包括：

步骤1：接收干扰模式选择信号，确定干扰模式；如果确定不是全干扰模式，则进入步骤2，如果确定是全干扰模式，则进入步骤3；

步骤2：设定需要干扰的指定站点的MAC地址并存储；

步骤3：扫频模块进行扫频，搜索无线局域网信号，在找到信号后驻留；

步骤4：接收数据帧，解析出MAC层协议数据单元；

步骤5：如果步骤1确定的干扰模式是全干扰模式，则进入步骤6；如果步骤1确定的干扰模式不是全干扰模式，则MAC层解析对比模块对所述MAC层协议数据单元进行解析，提取出MAC头中的源地址和目的地址，并与MAC地址数据库中预先存储的MAC地址进行比对；

步骤6：MAC层解析对比模块触发干扰数据生成模块，所述干扰数据生成模块产生干扰信号，经发射射频模块、功率放大器和天线发射出去。

6.如权利要求5所述的无线局域网干扰方法，其特征在于：

所述步骤1中，所述干扰模式包括全干扰模式、指定干扰模式和指定不干扰模式。

7.如权利要求6所述的无线局域网干扰方法，其特征在于所述步骤5中，进一步包括如下判断：

如果步骤1中确定是指定干扰模式，并且对比结果是提取MAC地址与预存MAC地址相同，则进入步骤6；

如果步骤1中确定是指定干扰模式，并且对比结果是提取MAC地址与预存MAC地址不同，则返回步骤4；

如果步骤1中确定是指定不干扰模式，并且对比结果是提取MAC地址与预存MAC地址相同，则返回步骤4；

如果步骤1中确定是指定不干扰模式，并且对比结果是提取MAC地址与预存MAC地址不同，则进入步骤6。

8.如权利要求5所述的无线局域网干扰方法，其特征在于：

所述步骤6中，所述干扰数据生成模块被触发后，从ACK帧的发送时间之前的SIFS/2时间开始发送干扰信号，以便干扰ACK帧的接收。

9.如权利要求8所述的无线局域网干扰方法，其特征在于：

所述干扰信号在从ACK帧的发送时间之前的SIFS/2时间，到ACK帧发送结束后的SIFS/2时间之间的时间段内发送。