CN110545544B - 一种适用于多芯片WiFi探针设备的信道扫描方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于多芯片WiFi探针设备的信道扫描方法，全部包括以下步骤：S1、通过信道分配模块向各WiFi芯片输出扫描信道队列、扫描时长队列；S2、WiFi芯片循环从扫描信道队列里获取待扫描信道，从扫描时长队列里获取扫描时长；S3、Timer1超时，计算各信道的采集效率；S4、根据步长调整策略调整各信道的扫描时长；S5、对每个WiFi芯片重复步骤S2～步骤S4的过程；S6、Timer2超时，根据本周期的数据扫描结果，自动学习周围WiFi信道分布情况，重新调整各个信道的权重；S7、重复以上步骤。本发明方法具有一定的学习能力，可自动实现场景化参数设置，可以最大化提升设备的WiFi数据采集率，方法效果的衡量指标稳定性好，提高了方法鲁棒性。

Description

一种适用于多芯片WiFi探针设备的信道扫描方法
技术领域
本发明涉及安防行业应用技术领域，尤其涉及一种适用于多芯片WiFi探针设备的信道扫描方法。
背景技术
随着信息技术的发展，WiFi已经成为了一项具有超高普及率的技术，因此，采用WiFi探针设备，对目标区域的WiFi设备进行扫描追踪，无论在安防领域还是在商业推广领域都有一定的市场需求。
在目前的WiFi探针设备设计方案中，使用多个WiFi芯片同时进行数据扫描采集是主流方案，以期获得更高的数据捕获率。由于WiFi技术支持多个信道，在多芯片方案中，在芯片数量少于WiFi信道的前提下，一个WiFi芯片必然需要扫描多个信道，既要避免有信道不被扫描，也要避免某个信道同时被多个WiFi芯片扫描，因此，如何高效地在不同WiFi芯片之间分配信道以及如何设置每个信道的扫描时间，将直接影响探针设备的性能表现。
经典的信道扫描分配方案中，周期性统计各个信道的扫描结果，以及全信道的扫描结果，计算出每个信道的数据量占比，结合WiFi芯片数和统计周期，分配出下个周期每个信道的扫描时间，也就是本周期扫描数据更多的信道下个周期占用更多的时间。
公告号为CN107094315A的中国专利公开了一种“信道扫描配置方法及装置”，其采用的方法是：在扫描周期内按照已有信道扫描配置进行全信道扫描；根据全信道扫描结果、扫描周期的长度、WIFI探针设备包括的芯片的数量和优先级得到最新信道扫描配置；将最新信道扫描配置替换已有信道扫描配置。
公告号为CN106550345A的中国专利公开了一种“具有自我学习和优化能力的Wifi信号智能扫描系统”，分析同类产品的技术方案，可以发现，现有的技术方案虽然实现简单，但是缺点也很明显：
1、将各个信道同等看待，忽视了WiFi信道在实际使用中，有些信道的实际使用频率很低，将不常用的信道与常用信道同等看待，会降低常用信道的时间占比，降低数据采集率；
2、统计周期内时间占比高的信道也更容易扫描到更多的数据，从而获得更高的数据量占比，在下个周期的时间分配中，也更容易占用更多的时间，但是这种方法并没有考虑某个信道时间占比的增加是否带来了对等的数据量占比增加，也没有考虑到实际环境中各个WiFi信道的使用频率并不一致，也没有考虑到统计周期内WiFi终端的突然增多对信道扫描分配方案的影响，因此单一的数据量占比并不能得到最优的信道扫描分配方案。
3、如果使用后台系统协调多台WiFi设备的信道分配，增加了方案复杂度，带来稳定性风险，而且多台设备共同完成全部WiFi信道的扫描，浪费了单台设备的性能，性价比差。
发明内容
本发明针对上述现有技术的不足，提供了一种适用于多芯片WiFi探针设备的信道扫描方法，其兼顾了信道权重、当前周期数据采集量增长率和当前周期时间占比三个因素，可以有效解决现有技术方案的缺陷。
为解决现有技术中存在的问题，采用的具体技术方案是：
一种适用于多芯片WiFi探针设备的信道扫描方法，其包括以下步骤：
S1、信道分配模块向各WiFi芯片输出扫描信道队列和扫描时长队列，其中扫描信道队列表示该WiFi芯片需要扫描的信道，扫描时长队列则指示了各信道的初始扫描时长；
S2、WiFi芯片循环从扫描信道队列里获取待扫描信道，然后从扫描时长队列里获取扫描时长；
S3、Timer1超时，按照如下公式计算各信道的采集效率：
其中，Ei表示信道i的采集效率，αi表示信道i的权重，Ri表示信道i的扫描时长占比，Ni表示本周期信道i上扫描到的WiFi数据量，表示信道i上扫描到的WiFi数据量的历史平均值；
S4、依据各信道的采集效率，根据步长调整策略调整各信道的扫描时长；
S5、对每个WiFi芯片重复步骤S2～步骤S4的过程；
S6、Timer2超时，根据本周期的数据扫描结果，自动学习周围WiFi信道分布情况，重新调整各个信道的权重；
S7、重复步骤S1～步骤S6。
其中：Timer1和Timer2是方法开始时启动的两个定时器，用来触发方法的操作。
优选的方案，所述信道i上扫描到的WiFi数据量的历史平均值每周更新一次，其更新方式为：
其中，βi表示更新因子。
进一步优选的方案，步骤S4中各信道的扫描时长的具体调整方法为：对采集效率最大的信道，对其扫描时长增加一个步长ΔR，对采集效率最小的信道，对其扫描时长减小一个步长ΔR，进行自适应变步长调整。该步骤也可以通过固定步长调整策略调整。
更进一步优选的方案，步骤S6中各个信道的权重的调整方法为：将所有WiFi信道分三个等级，每个等级的信道具有相同的权重；调整信道权重级别的依据依次是：工作于该信道的WiFi热点数量、在该信道下存在连接关系的WiFi终端数量、该信道的扫描数据量。
通过采用上述方案，本发明的一种适用于多芯片WiFi探针设备的信道扫描方法与现有技术相比，其技术效果在于：
1、本发明方法具有一定的学习能力，能够根据实际扫描结果自动调整信道权重系数，自动实现场景化参数设置；
2、方法采用效率指标度量信道扫描分配方法效果，指标设计兼顾信道权重、信道扫描时间占比、即时信道扫描数据量、历史信道扫描数据量，衡量指标稳定性好；
3、本发明设计了一套周期性在各Wi-Fi之间调整信道分配结果的策略，该策略可以最大化提升设备的Wi-Fi数据采集率；
4、本发明采用按步长调整策略，避免数据突发波动带来的方法性能恶化，提高了方法鲁棒性。
附图说明
图1为本发明一种适用于多芯片WiFi探针设备的信道扫描方法的流程图；
图2为本发明一种适用于多芯片WiFi探针设备的信道扫描方法的架构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实例并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
WiFi探针设备的信道扫描分配方法，需要使用过去一个周期的扫描结果决定下一个周期的信道扫描时间分配，本发明针对经典方案的缺陷，提出了一种新的基于效率度量的信道扫描分配方法，在新方法中，兼顾了信道权重、当前周期数据采集量增长率和当前周期时间占比三个因素，可以有效解决现有技术方案的缺陷。
根据WiFi技术的特点，虽然WiFi支持很多信道，但是在实际环境中，不同WiFi信道被使用的频率是不同，这反应在本发明的方法里，体现为不同的信道有不同的权重和初始扫描时长。
详细的方法流程设计如图1所示，具体而言，方法步骤如下：
步骤1：信道分配模块向各WiFi芯片输出扫描信道队列、扫描时长队列，其中扫描信道队列表示该WiFi芯片需要扫描的信道，扫描时长队列则指示了各信道的初始扫描时长；
步骤2：WiFi芯片循环从扫描信道队列里获取待扫描信道，然后从扫描时长队列里获取扫描时长；
步骤3：Timer1超时，按照如下公式计算各信道的采集效率：
其中，Ei表示信道i的采集效率，αi表示信道i的权重，Ri表示信道i的扫描时长占比，Ni表示本周期信道i上扫描到的WiFi数据量，表示信道i上扫描到的WiFi数据量的历史平均值，每周期更新一次，更新方式如下：
其中βi表示更新因子。
步骤4：调整各信道的扫描时长，本发明采用按步长调整策略，对采集效率最大的信道，对其扫描时长增加一个步长ΔR，对采集效率最小的信道，对其扫描时长减小一个步长ΔR，该策略的实际运行效果等同于自适应变步长调整策略；
步骤5：对每个WiFi芯片重复步骤2～步骤4的过程；
步骤6：Timer2超时，根据本周期的数据扫描结果，自动学习周围WiFi信道分布情况，重新调整各个信道的权重，调整策略是将所有WiFi信道分三个等级，每个等级的信道具有相同的权重，调整信道权重级别的依据依次是：工作于该信道的WiFi热点数量、在该信道下存在连接关系的WiFi终端数量、该信道的扫描数据量(利用其历史值进行归一化)；
步骤7：重复步骤1～步骤6；
本发明的主体结构流程如图2所示，其采用双循环迭代架构，其中，外循环采用长周期策略，完成对各WiFi芯片扫描信道以及初始信道扫描时间的分配，内循环采用短周期策略，根据WiFi芯片的数据采集结果进行信道扫描时间的自适应调整，调整过程采用固定步长调整策略。
本发明中信道扫描时间的调整采用固定步长的策略，该策略也可以使用变步长调整策略，变步长调整策略长期使用效果与本实施例中使用的固定步长基本相同。
本发明中设计的采集效率指标，也可以使用其他指标来代替，例如，可以在效率指标的设计中，为不同的芯片分配不同的权重(优先级)等。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种适用于多芯片WiFi探针设备的信道扫描方法，其特征在于，其包括以下步骤：
S1、信道分配模块向各WiFi芯片输出扫描信道队列和扫描时长队列，其中扫描信道队列表示该WiFi芯片需要扫描的信道，扫描时长队列则指示了各信道的初始扫描时长；
S2、WiFi芯片循环从扫描信道队列里获取待扫描信道，然后从扫描时长队列里获取扫描时长；
S3、Timer1超时，按照如下公式计算各信道的采集效率：
其中，Ei表示信道i的采集效率，αi表示信道i的权重，Ri表示信道i的扫描时长占比，Ni表示本周期信道i上扫描到的WiFi数据量，表示信道i上扫描到的WiFi数据量的历史平均值；
S4、依据各信道的采集效率，根据步长调整策略调整各信道的扫描时长，各信道的扫描时长的具体调整方法为自适应变步长调整策略：对采集效率最大的信道，对其扫描时长增加一个步长ΔR，对采集效率最小的信道，对其扫描时长减小一个步长ΔR；
S5、对每个WiFi芯片重复步骤S2～步骤S4的过程；
S6、Timer2超时，根据本周期的数据扫描结果，自动学习周围WiFi信道分布情况，重新调整各个信道的权重，各个信道的权重的调整方法为：将所有WiFi信道分三个等级，每个等级的信道具有相同的权重；调整信道权重级别的依据依次是：工作于该信道的WiFi热点数量、在该信道下存在连接关系的WiFi终端数量、该信道的扫描数据量；
S7、重复步骤S1～步骤S6。
2.根据权利要求1所述的一种适用于多芯片WiFi探针设备的信道扫描方法，其特征在于，所述信道i上扫描到的WiFi数据量的历史平均值每周更新一次，其更新方式为：
其中，βi表示更新因子。
3.根据权利要求1所述的一种适用于多芯片WiFi探针设备的信道扫描方法，其特征在于，步骤S4中各信道的扫描时长的具体调整方法为固定步长调整策略。
4.一种采用如权利要求1-3任一项所述的适用于多芯片WiFi探针设备的信道扫描方法的信道扫描架构，其包括信道分配模块和信道扫描时间调整模块，其采用双循环迭代的方式，外循环采用长周期策略，完成对各WiFi芯片扫描信道以及初始信道扫描时间的分配，内循环采用短周期策略，根据WiFi芯片的数据采集结果进行信道扫描时间的自适应调整。
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