CN106850448B - 一种Wi-Fi路由器智能天线用户跟踪方法及系统 - Google Patents

一种Wi-Fi路由器智能天线用户跟踪方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种Wi‑Fi路由器智能天线用户跟踪方法及系统，该方法包括：S1.接收用户设备发送的控制报文协议响应消息，获取并记录第一往返时延；S2.旋转天线，获取并记录第二往返时延；S3.对比第一往返时延、第二往返时延，根据对比结果旋转天线，获取并记录新的往返时延，直至所述新获取的往返时延大于前一次获取的往返时延。本发明通过在Wi‑Fi路由器装置上使用定向天线，根据用户设备与路由器的往返时延，自动计算并调整天线角度，从而达到最优的发射角，保持用户设备始终与路由器之间建立可靠、稳定的信号传输。此外，本发明通过控制报文协议来测试路由器与用户设备的往返时延，方法简单有效，且非常实用。

Description

一种Wi-Fi路由器智能天线用户跟踪方法及系统
技术领域
本发明涉及无线网络技术领域，尤其涉及一种Wi-Fi路由器智能天线用户跟踪方法及系统。
背景技术
随着互联网络技术的不断发展，Wi-Fi通信已经成为逐步深入人心。居家生活中，通常采用Wi-Fi路由器来实现Wi-Fi通信。目前，市面上大部分的Wi-Fi路由器使用的是外置全向天线或者内置全向天线，天线的增益在0.5～5dB。上述的Wi-Fi装置通过天线发射无线信号时，由于信号的覆盖面积有限，会出现有信号死角或者信号连接不稳定的问题。对上述信号死角问题的解决方法包括两种：一种是提高信号发射功率，此方案需要相应的增加功放或者提高功放的输出功率，这样会导致功耗及成本的增加的问题。另一种是增加多个设备，相当于增加通信链路的设备，此方案也会导致功耗及成本的增加的问题。
如申请号为CN201610155583.4的专利文献公开的“WIFI天线的发射功率调节方法及装置”，该发明公开一种WIFI天线的发射功率调节方法及装置，其中，WIFI天线的发射功率调节方法，包括如下步骤：S10、获取WIFI天线全方位转动的扫描数据，其中，所述扫描数据包括接收信号强度和数据传输速率；S20、筛选所有扫描数据中最大的接收信号强度，确定WIFI天线的最大发射功率及最佳发射角度；S30、调整WIFI天线至最佳发射角度；S40、逐级递减调节WIFI天线的最大发射功率。
上述发明提出一种基于RSSI信号强度的定向天线的调整方法和装置。但由于Wi-Fi信号在空间传输时，碰到障碍物会出现反射现象，造成多径信号，因此在针对RSSI统计和比较时，有时RSSI的波动幅度较大，难以准确把握某一时刻的信号强度的情况。另一方面，无线路由器的信号强度的获取，需要接收端进行统计和反馈，用户终端必须安装额外的应用程序配合使用，这无疑使得这一技术方法的应用受到了一定的限制。
发明内容
针对上述现有技术的现状，本发明所要解决的技术问题在于提供一种简单实用的Wi-Fi路由器智能天线用户跟踪方法及系统。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：
一种Wi-Fi路由器智能天线用户跟踪方法，包括：
S1.接收用户设备发送的控制报文协议响应消息，获取并记录第一往返时延；
S2.旋转天线，获取并记录第二往返时延；
S3.对比第一往返时延、第二往返时延，根据对比结果旋转天线，获取并记录新的往返时延，直至所述新获取的往返时延大于前一次获取的往返时延。
进一步地，所述步骤S1之前还包括：
用户设备接入路由器后，路由器向所述用户设备发送控制报文协议消息；
用户设备接收所述控制报文协议消息，并根据IEEE 802.2协议发送控制报文协议响应消息至路由器。
进一步地，所述步骤S2中，通过马达驱动天线底座进行旋转。
进一步地，所述步骤S2中，将天线沿顺时针方向旋转一度。
进一步地，所述步骤S3中包括：
S31.若第一往返时延大于第二往返时延，则将天线沿顺时针方向旋转一度，获取并记录第三往返时延，若第二往返时延小于第三往返时延，则将天线沿逆时针方向旋转一度。
进一步地，还包括：
若第二往返时延大于第三往返时延，则重复步骤S31，直至新获取的往返时延大于前一次获取的往返时延，将天线沿逆时针方向旋转一度。
进一步地，所述步骤S3中还包括：
S32.若第一往返时延小于第二往返时延，则将天线沿逆时针方向旋转两度，获取第四往返时延，若第一往返时延小于第四往返时延，则将天线沿顺时针方向旋转一度。
进一步地，还包括：
若第一往返时延大于第四往返时延，则将天线沿逆时针方向旋转一度，并获取新的往返时延，直至新获取的往返时延大于前一次获取的往返时延，将天线沿顺时针方向旋转一度。
一种Wi-Fi路由器智能天线用户跟踪系统，包括：
接收模块，用于接收用户设备发送的控制报文协议响应消息；
获取模块，用于获取并记录往返时延；
对比模块，用于将获取的往返时延进行对比；
驱动模块，用于旋转天线。
进一步地，还包括：
发送模块，用于当用户设备接入路由器后，向所述用户设备发送控制报文协议消息。
本发明优点在于：
(1)本发明通过在Wi-Fi路由器装置上使用定向天线，根据用户设备与路由器的往返时延，自动计算并调整天线角度，从而达到最优的发射角，保持用户设备始终与路由器之间建立可靠、稳定的信号传输。
(2)本发明通过控制报文协议来测试路由器与用户设备的往返时延，从而规避了通过MAC层统计接收信号强度指示的多径问题，并且只需要通过无线路由器发送控制报文协议测试报文获得往返时延，不仅方法简单有效，而且非常实用。
附图说明
图1为本发明一实施例中一种Wi-Fi路由器智能天线用户跟踪方法流程图；
图2为本发明一实施例中一种Wi-Fi路由器智能天线用户跟踪系统结构图；
图3为本发明一实施例中实例一旋转度数-往返时延数据图；
图4为本发明一实施例中实例二旋转度数-往返时延数据图；
图5为本发明一实施例中实例三旋转度数-往返时延数据图；
图6为本发明一实施例中实例四旋转度数-往返时延数据图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
如图1所示为本实施例中一种Wi-Fi路由器智能天线用户跟踪方法流程图，该方法包括：
S1.接收用户设备发送的控制报文协议响应消息，获取并记录第一往返时延；
S2.旋转天线，获取并记录第二往返时延；
S3.对比第一往返时延、第二往返时延，根据对比结果旋转天线，获取并记录新的往返时延，直至所述新获取的往返时延大于前一次获取的往返时延。
ICMP是(Internet Control Message Protocol)Internet控制报文协议。它是TCP/IP协议族的一个子协议，用于在IP主机、路由器之间传递控制消息。控制消息是指网络通不通、主机是否可达、路由是否可用等网络本身的消息。这些控制消息虽然并不传输用户数据，但是对于用户数据的传递起着重要的作用。
ICMP协议是一种面向无连接的协议，用于传输出错报告控制信息。它是一个非常重要的协议，它对于网络安全具有极其重要的意义。
它是TCP/IP协议族的一个子协议，属于网络层协议，主要用于在主机与路由器之间传递控制信息，包括报告错误、交换受限控制和状态信息等。当遇到IP数据无法访问目标、IP路由器无法按当前的传输速率转发数据包等情况时，会自动发送ICMP消息。ICMP报文在IP帧结构的首部协议类型字段(Protocol 8bit)的值＝1。
RTT(Round-Trip Time):往返时延。在计算机网络中它是一个重要的性能指标，表示从发送端发送数据开始，到发送端收到来自接收端的确认(接收端收到数据后便立即发送确认)，总共经历的时延。
往返延时(RTT)由三个部分决定：即链路的传播时间、末端系统的处理时间以及路由器的缓存中的排队和处理时间。其中，前面两个部分的值作为一个TCP连接相对固定，路由器的缓存中的排队和处理时间会随着整个网络拥塞程度的变化而变化。所以RTT的变化在一定程度上反映了网络拥塞程度的变化。简单来说就是发送方从发送数据开始，到收到来自接受方的确认信息所经历的时间。
一般认为单向时延＝传输时延t1+传播时延t2+排队时延t3。
t1是数据从进入节点到传输媒体所需要的时间，通常等于数据块长度/信道带宽；
t2是信号在信道中需要传播一定距离而花费的时间，等于信道长度/传播速率(光纤中电磁波的传播速率约为2*10^5km/s，铜缆中2.3*10^5km/s)；
t3可笼统归纳为随机噪声，由途径的每一跳设备及收发两端负荷情况及吞吐排队情况决定(包含互联网设备和传输设备时延)。
所述步骤S1之前还包括：
用户设备接入路由器后，路由器向所述用户设备发送控制报文协议消息；
用户终端接入一个Wi-Fi路由器，通过DHCP获得IP地址；
Wi-Fi路由器发送向用户终端发送ICMP消息，目的IP地址为此用户终端获得的IP的地址；
DHCP(Dynamic Host Configuration Protocol，动态主机配置协议)通常被应用在大型的局域网络环境中，主要作用是集中的管理、分配IP地址，使网络环境中的主机动态的获得IP地址、Gateway地址、DNS服务器地址等信息，并能够提升地址的使用率。
DHCP协议采用客户端/服务器模型，主机地址的动态分配任务由网络主机驱动。当DHCP服务器接收到来自网络主机申请地址的信息时，才会向网络主机发送相关的地址配置等信息，以实现网络主机地址信息的动态配置。DHCP具有以下功能：
1.保证任何IP地址在同一时刻只能由一台DHCP客户机所使用。
2.DHCP应当可以给用户分配永久固定的IP地址。
3.DHCP应当可以同用其他方法获得IP地址的主机共存(如手工配置IP地址的主机)。
4.DHCP服务器应当向现有的BOOTP客户端提供服务。
DHCP有三种机制分配IP地址：
1)自动分配方式(Automatic Allocation)，DHCP服务器为主机指定一个永久性的IP地址，一旦DHCP客户端第一次成功从DHCP服务器端租用到IP地址后，就可以永久性的使用该地址。
2)动态分配方式(Dynamic Allocation)，DHCP服务器给主机指定一个具有时间限制的IP地址，时间到期或主机明确表示放弃该地址时，该地址可以被其他主机使用。
3)手工分配方式(Manual Allocation)，客户端的IP地址是由网络管理员指定的，DHCP服务器只是将指定的IP地址告诉客户端主机。
三种地址分配方式中，只有动态分配可以重复使用客户端不再需要的地址。
用户设备接收所述控制报文协议消息，并根据IEEE 802.2协议发送控制报文协议响应消息至路由器。
IEEE 802.2是以IEEE 802标准，对数据链路层上层逻辑链路控制(LLC)连接的建立和管理的规范。LLC下层提出一个对数据链接服务的用户一致的接口，位于数据链路层下层的网络层依靠使用的特殊媒介(以太网,令牌环,FDDI,802.11等等)。
所述步骤S2中，通过马达驱动天线底座进行旋转。
新型Wi-Fi路由器内置一个定向天线模块：能够以一定的角度向一个方向集中发射无线信号。定向天线可以是外置天线，也可以是内置天线。
新型Wi-Fi路由器内置一个马达驱动模块：通过CPU来指令驱动天线的底座，达到转动定向天线的功能。可以实现360度的水平旋转。
所述步骤S2中，将天线沿顺时针方向旋转一度。
本实施例中设置第一次旋转为顺时针方向。
所述步骤S3中,对比第一往返时延、第二往返时延，对比结果包括：
S31.若第一往返时延大于第二往返时延，则将天线沿顺时针方向旋转一度，获取并记录第三往返时延，若第二往返时延小于第三往返时延，则将天线沿逆时针方向旋转一度。
步骤S31还包括：
若第二往返时延大于第三往返时延，则重复步骤S31，直至新获取的往返时延大于前一次获取的往返时延，即当Tm<Tm+1时，将天线沿逆时针方向旋转一度。
S32.若第一往返时延小于第二往返时延，则将天线沿逆时针方向旋转两度，获取第四往返时延，若第一往返时延小于第四往返时延，则将天线沿顺时针方向旋转一度。
步骤S32还包括：
若第一往返时延大于第四往返时延，则将天线沿逆时针方向旋转一度，并获取新的往返时延，直至新获取的往返时延大于前一次获取的往返时延，即当Tn<Tn+1时，将天线沿顺时针方向旋转一度。
如图2所示为本实施例中一种Wi-Fi路由器智能天线用户跟踪系统结构图，该系统包括：
接收模块100，用于接收用户设备发送的控制报文协议响应消息；
获取模块200，用于获取并记录往返时延；
对比模块300，用于将获取的往返时延进行对比；
驱动模块400，用于旋转天线。
发送模块500，用于当用户设备接入路由器后，向所述用户设备发送控制报文协议消息。
本系统在工作时，用户终端接入一个Wi-Fi路由器，通过DHCP获得IP地址；
当检测到用户设备接入路由器后，发送模块500向所述用户设备发送控制报文协议消息。目的IP地址为此用户终端获得的IP的地址；
用户终端收到ICMP消息，根据IEEE 802.2协议响应ICMP消息给Wi-Fi路由器
接收模块100接收用户设备发送的控制报文协议响应消息；
获取模块200根据接收模块100接收控制报文协议响应消息的时间，获取并记录第一往返时延；
路由器通过驱动模块400驱动天线沿顺时针方向旋转一度。
重复上述获取第一往返时延的步骤，获取并记录第二往返时延；
对比模块300对比第一往返时延、第二往返时延，并根据对比结果旋转天线。
如图3-图6所示为本实施例中旋转度数-往返时延实例数据图，四张图分别对应四中不同情况。
设定将天线沿顺时针方向旋转度数为正，将天线沿逆时针方向旋转度数为负。
设定往返时延符号为T。
如图3所示为实例一数据图，由图可知，旋转度数-往返时延对应数据如下：
旋转度数(单位：°) 往返时延(单位：ms)
0 65
1 60
2 70
本实例中，得到T1为65ms；
将天线沿顺时针方向旋转一度，得到T2为60ms；
T1>T2，所以继续将天线沿顺时针方向旋转一度，得到T3为70ms；
T2<T3，所以此时停止旋转，可以确定T2对应的角度为最优发射角；
为了调整天线至最优发射角，故将天线沿逆时针方向旋转一度。
如图4所示为实例二数据图，由图可知，旋转度数-往返时延对应数据如下：
旋转度数(单位：°) 往返时延(单位：ms)
0 65
1 60
2 50
3 45
4 25
5 30
本实例中，得到T1为65ms；
将天线沿顺时针方向旋转一度，得到T2为60ms；
T1>T2，所以继续将天线沿顺时针方向旋转一度，得到T3为50ms；
T2>T3，所以继续将天线沿顺时针方向旋转一度，得到T4为45ms；
T3>T4，所以继续将天线沿顺时针方向旋转一度，得到T5为25ms；
T4>T5，所以继续将天线沿顺时针方向旋转一度，得到T6为30ms；
T5<T6，所以此时停止旋转，可以确定T5对应的角度为最优发射角；
为了调整天线至最优发射角，故将天线沿逆时针方向旋转一度。
如图5所示为实例三数据图，由图可知，旋转度数-往返时延对应数据如下：
旋转度数(单位：°) 往返时延(单位：ms)
0 50
1 60
-1 60
本实例中，得到T1为50ms；
将天线沿顺时针方向旋转一度，得到T2为60ms；
T1<T2，所以将天线沿逆时针方向旋转两度，得到T3为60ms；
T1<T3，所以此时停止旋转，可以确定T1对应的角度为最优发射角；
为了调整天线至最优发射角，故将天线沿顺时针方向旋转一度。
如图6所示为实例四数据图，由图可知，旋转度数-往返时延对应数据如下：
旋转度数(单位：°) 往返时延(单位：ms)
0 50
1 60
-1 40
-2 35
-3 30
-4 25
-5 40
本实例中，得到T1为50ms；
将天线沿顺时针方向旋转一度，得到T2为60ms；
T1<T2，所以继续将天线沿逆时针方向旋转两度，得到T3为40ms；
T1>T3，所以继续将天线沿逆时针方向旋转一度，得到T4为35ms；
T3>T4，所以继续将天线沿逆时针方向旋转一度，得到T5为30ms；
T4>T5，所以继续将天线沿逆时针方向旋转一度，得到T6为25ms；
T5>T6，所以继续将天线沿逆时针方向旋转一度，得到T7为40ms；
T6<T7，所以此时停止旋转，可以确定T6对应的角度为最优发射角；
为了调整天线至最优发射角，故将天线沿顺时针方向旋转一度。
本发明优点在于：
(1)本发明通过在Wi-Fi路由器装置上使用定向天线，根据用户设备与路由器的往返时延，自动计算并调整天线角度，从而达到最优的发射角，保持用户设备始终与路由器之间建立可靠、稳定的信号传输。
(2)本发明通过控制报文协议来测试路由器与用户设备的往返时延，从而规避了通过MAC层统计接收信号强度指示的多径问题，并且只需要通过无线路由器发送控制报文协议测试报文获得往返时延，不仅方法简单有效，而且非常实用。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种Wi-Fi路由器智能天线用户跟踪方法，其特征在于，包括：
S1.接收用户设备发送的控制报文协议响应消息，获取并记录第一往返时延；
S2.旋转天线，获取并记录第二往返时延；
S3.对比第一往返时延、第二往返时延，根据对比结果旋转天线，获取并记录新的往返时延，直至所述新获取的往返时延大于前一次获取的往返时延；所述步骤S3中包括：
S31.若第一往返时延大于第二往返时延，则将天线沿顺时针方向旋转一度，获取并记录第三往返时延，若第二往返时延小于第三往返时延，则将天线沿逆时针方向旋转一度。
2.如权利要求1所述的一种Wi-Fi路由器智能天线用户跟踪方法，其特征在于，所述步骤S1之前还包括：
用户设备接入路由器后，路由器向所述用户设备发送控制报文协议消息；
用户设备接收所述控制报文协议消息，并根据IEEE 802.2协议发送控制报文协议响应消息至路由器。
3.如权利要求1所述的一种Wi-Fi路由器智能天线用户跟踪方法，其特征在于，所述步骤S2中，通过马达驱动天线底座进行旋转。
4.如权利要求3所述的一种Wi-Fi路由器智能天线用户跟踪方法，其特征在于，所述步骤S2中，将天线沿顺时针方向旋转一度。
5.如权利要求1所述的一种Wi-Fi路由器智能天线用户跟踪方法，其特征在于，还包括：
若第二往返时延大于第三往返时延，则重复步骤S31，直至新获取的往返时延大于前一次获取的往返时延，将天线沿逆时针方向旋转一度。
6.如权利要求1所述的一种Wi-Fi路由器智能天线用户跟踪方法，其特征在于，所述步骤S3中还包括：
S32.若第一往返时延小于第二往返时延，则将天线沿逆时针方向旋转两度，获取第四往返时延，若第一往返时延小于第四往返时延，则将天线沿顺时针方向旋转一度。
7.如权利要求6所述的一种Wi-Fi路由器智能天线用户跟踪方法，其特征在于，还包括：
若第一往返时延大于第四往返时延，则将天线沿逆时针方向旋转一度，并获取新的往返时延，直至新获取的往返时延大于前一次获取的往返时延，将天线沿顺时针方向旋转一度。
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