CN111586572B - 一种保证网络设备稳定性的散热方法及系统 - Google Patents

一种保证网络设备稳定性的散热方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种保证网络设备稳定性的散热方法及系统，属于网络设备技术领域。本发明散热方法包括如下步骤：建立CPU主控和周边外围元器件、无线收发芯片及周围外围元器件的温度关系；实时监测网络设备各个元器件的温度；当网络设备内任一元器件温度超过各自的第一设定阈值，判断网络设备与客户端之间的通信距离；根据网络设备与客户端之间通信距离采用相应的降温策略，直至温度恢复到第一设定阈值以下。本发明的有益效果为：未增加硬件成本，成本低廉，并从源头做处理，散热效果显著。

Description

一种保证网络设备稳定性的散热方法及系统
技术领域
本发明涉及网络设备技术领域，尤其涉及一种保证网络设备稳定性的散热方法及系统。
背景技术
对于支持802.11b/g/a/n/ac/ax网络制式的双频路由器、AP、信号放大器、MESH，甚至同时存在两个同频的5GHz的三频路由器和AP产品以及CPE等网络设备，当设备满负荷工作时，或者工作环境处于高温环境下，设备的主要工作元器件CPU、WIFI芯片、放大器、内存发热较大、温度较高，会导致PCB主板温度过高，周围元器件如：Flash、晶振时钟、DC-DC电源等器件温度过高，从而超出上述元器件的正常工作温度，设备长时间工作会导致器件性能下降，甚至会导致系统不正常工作，影响设备寿命。
目前，现有的散热方案有增加散热片、增加风扇、采用散热更好更昂贵的散热材料、增大机壳、增大PCB板面积等成本昂贵的传统散热，也有降低发射占空比的从而降低整机功耗的散热处理，但是上述第一种方案会导致成本较高，产品体积过大，影响美观，并且有时散热效果也并不显著，第二种方案，虽然不影响远距离覆盖，但是会导致近距离或者中间距离的用户极限性能下降等缺点，也有方案通过降低CPU主频方式获得良好的散热，但是这样势必会降低产品的cpu处理能力，从而降低产品的性能。
发明内容
为解决现有技术中的问题，本发明提供一种从发热源头器件去做相关的处理，保证网络设备稳定性的散热方法及系统。
本发明保证网络设备稳定性的散热方法包括如下步骤：
S1：建立CPU主控和周边外围元器件、无线收发芯片及周围外围元器件的温度关系；
S2：实时监测网络设备各个元器件的温度；
S3：当网络设备内任一元器件温度超过各自的第一设定阈值，判断网络设备与客户端之间的通信距离；
S4：根据网络设备与客户端之间通信距离采用相应的降温策略，直至温度恢复到第一设定阈值以下，其中，所述降温策略为：
当网络设备与客户端之间通信距离超过第一设定值时，判别为远距离通信，则降低发包占空比，
当网络设备与客户端之间通信距离小于第二设定值时，判别为近距离通信，则调节发射功率，
当网络设备与客户端之间通信距离在第一设定值和第二设定值之间时，判别为中间距离通信，则自适应选择降低发包占空比或调节发射功率。
本发明作进一步改进，还包括步骤S5：当所述网络设备元器件温度降低至第二设定阈值时，恢复初始工作状态。
本发明作进一步改进，在步骤S3中，所述网络设备根据客户端STA的信号强度判别通信距离，识别客户端STA处于近距离、中间距离或远距离。
本发明作进一步改进，在步骤S4中，所述信号强度与通信距离呈反比，当信号强度高于-35dBm时，判别为近距离通信；当信号强度高于-60dBm同时低于-35dBm时，判别为中间距离通信，当信号强度低于-60dBm时，判别为远距离通信。
本发明作进一步改进，当客户端处于远距离时，网络设备的处理方法为：
A1：降低发包占空比，监测和换算主控或者待调整的器件温度变化；
A2：预估温度变化和占空比的对应关系，做发包占空比粗调；
A3：根据实时温度做发包占空比微调；
A4：在步骤A2的发包占空比微调和步骤A3中的发包占空比微调过程中，学习训练得到温度测试和发包占空比之间的真实准确关系；
A5：当温度降到一定的温度区间，停止发包占空比的调整。
本发明作进一步改进，当客户端处于近距离时，所述网络设备的处理方法为：
检测客户端是否具备传输功率控制TPC功能，如果是，直接获取TPC管理帧的STA相关信号信息，调节发射功率，使其达到最优的系统RX链路增益；如果否，以网络设备的RX链路最优增益作为判别，调节发射功率。
本发明作进一步改进，当以网络设备的RX链路最优增益作为判别时，实时统计当前通信的误包率PER，当误包率PER超过定值，则调整AP的发射功率。
本发明作进一步改进，当客户端处于中间距离时，网络设备的处理方法为：
C1：所述网络设备在基于最优性能的原则，动态选择其一；
C2：通过通讯过程学习训练，建立数据库，用于存储客户端STA最优选择及相关通信信息；
C3：每隔间隔时间检测客户端STA的信号强度，当波动小于第三设定阈值，不做调整，当大于第三设定阈值，重新针对相关的客户端STA做学习训练。
本发明还提供一种保证网络设备稳定性的散热方法的系统，包括：
温度关系建立模块：用于建立CPU主控和周边外围元器件、无线收发芯片及周围外围元器件的温度关系；
温度监测模块：用于实时监测网络设备各个元器件的温度；
通信距离判断模块：用于当网络设备内任一元器件温度超过各自的第一设定阈值，判断网络设备与客户端之间的通信距离；
降温策略执行模块：用于根据网络设备与客户端之间通信距离采用相应的降温策略，直至温度恢复到第一设定阈值以下，其中，所述降温策略为：
当网络设备与客户端之间通信距离超过第一设定值时，判别为远距离通信，则降低发包占空比，
当网络设备与客户端之间通信距离小于第二设定值时，判别为近距离通信，则调节发射功率，
当网络设备与客户端之间通信距离在第一设定值和第二设定值之间时，判别为中间距离通信，则自适应选择降低发包占空比或调节发射功率。
本发明作进一步改进，还包括恢复通信模块：用于当所述网络设备元器件温度降低至第二设定阈值时，恢复初始工作状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：所有处理未增加硬件成本，成本低廉，并从源头做处理，散热效果显著；远距离既可以保证覆盖性能，也可以保证产品的稳定性；近距离以及中间距离的STA技能最大限度保证无线性能，也可以保证产品稳定性。
附图说明
图1为本发明一实施例网络设备硬件框图；
图2为本发明方法流程图；
图3为主控与DDR拟合的温度关系曲线；
图4为主控与flash拟合的温度关系曲线；
图5为本发明降温策略示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细说明。
如图1所示，本发明应用于WIFI无线通信领域的保证网络产品稳定性的低成本散热解决方案，作为本发明的一个实施例，本发明的网络设备为WIFI无线通信设备，其主要工作器件有：CPU主控、内存、Flash、电源模块、时钟模块、无线收发芯片、射频模块等组成，由于一般的wifi芯片方案厂家，CPU主控和无线收发芯片一般自带温度监测模块，而其他外围器件大多都没有温度检测模块，这样整个产品系统更多的是检测CPU主控和无线收发芯片，用于保证芯片的工作稳定性，但是本例可以在研发实验室高低温测试过程中记录-20～70℃的各个元器件的温度。
如图3所示，本例的从发热源头器件去做相关的处理，通过远距离降低发射机的发包占空比保证覆盖性能，近距离自动调节发射功率保证功耗以及最优的极限性能，中间距离优先保证最大吞吐量性能为判定原则，自动选择降低发射机占空比，还是降低发射功率，并记录当前连接的STA的选择信息，并通过2～5分钟的短暂训练，做出最优的处理，并时刻监听STA的信号强度，做下一次的判别训练。本例的详细散热方法介绍如下。
如表1所示，为了更精确的拟合温度曲线，本例测试了详细的温度测试数据，本例取多个测试样本，通过这些数据通过Matlab进行非线性数据拟合对应函数，从而建立起CPU主控和周边外围器件的温度关系曲线，以及wifi收发芯片与周围外围器件的温度函数关系，如图3和图4所示，其中拟合的函数可以采用分段的线性函数，也可以采用非线性函数，比如sigmoid函数等等，根据实际拟合函数的效果做选择。从而本发明产品在高低温或者其他恶劣环境下工作可以达到实时监控整个wifi设备的关键器件的温度，通过设置每个关键元器件的温度阈值判断每个关键元器件的温度是否异常，从而做相应的处理，保证产品的工作稳定性。
环境温度 主控 DDR FLASH 晶振 射频FEM
30 103 99 103 104 110
40 106 102 103 103 110
50 114 110 110 110 113
60 114 109 110 111 113
70 122 118 117 120 119
表1温度测试数据
当监测到某个元器件温度超过阈值(主控设定为105℃，DDR设定为95℃，晶振设置为100℃等可以根据项目类型以及产品的应用场景做微调)，首先根据客户端STA的信号强度做判别，识别STA是处于近距离(信号强度高于-35dBm)、中间距离(信号强度高于-60dBm，低于-35dBm)还是远距离(信号强度低于-60dBm)，然后根据距离远近确定相应的降温策略。
如图5所示，根据本发明的降温策略，对于远距离的客户端本例采取降低无线芯片发包占空比的方式，主芯片每1分钟实时检测主控和换算各个器件的实时温度，当监测到某个器件温度超过设定的温度阈值，首先将无线的发包占空比降低到80％，然后监测和换算主控或者待调整的器件温度变化，然后计算大概的温度变化和占空比的对应关系，做占空比粗调；然后做粗调操作以后根据实时温度再做每次5％的占空比微调，后台通过上述过程中的学习训练得到温度测试和发包占空比之间的真实准确关系，此时吞吐量性能会根据需要降低的温度做一定百分比的降低，当温度降到一定的温度区间(暂定90℃～100℃和80℃～90℃两个温度区间)，只要温度在相应的调节区间没有低于下限温度90℃/80℃或者高于上限温度100℃/90℃，就不继续调整占空比；以防反复调节温度占用CPU，当温度低于80℃不做占空比调节。
当检测到客户端信号强度属于近距离强信号，这时通过检测客户端是否具备TPC(传输功率控制)功能，如果具备TPC功能的客户端，直接获取TPC管理帧的STA相关信号信息，做出合理的功率调节，以达到最优的系统RX链路增益(本例暂定为-35dBm)，如果客户端不具备TPC功能，那么优先以AP的RX链路最有增益作为判别，调节AP的发射功率，此时，后台实时统计当前通信的误包率PER，当误包率PER过高，就适当调整AP的发射功率，防止PER在适度的范围内。
当监测到客户端属于中间距离的客户端，本例在上述两个方案中以最优性能做第一选择的原则下，动态选择其一，既保证温度降低，也保证最优的性能，通过上述通讯过程学习训练，建立好数据库，用于存储STA最优选择及相关通信信息，同时后台每隔一分钟检测STA的信号强度，当波动小于设定的阈值，就不做调整，本例设置为10dB，也可以根据需求设置为其他值，如果大于阈值，重新针对相关的STA做学习训练。
通过上述处理针对近距离、远距离、中间距离的STA用于不同的处理方案，当环境温度处于正常环境下，设备工作各个工作器件在正常工作温度下，也没有发生异常的情况下，那么此处理机制将不做处理，保持设备的最优性能，当环境温度较高，或者设备某个器件发热异常则激活当前处理机制，对设备进行降温处理，从而保证设备以最优的性能可靠稳定的工作，从而提升产品的稳定性。
本发明具有如下优点：
(1)所有处理未增加硬件成本，成本低廉，并从源头做处理，效果显著；
(2)远距离既可以保证覆盖性能，也可以保证产品的稳定性；
(3)近距离以及中间距离的STA技能最大限度保证无线性能，也可以保证产品稳定性；
(4)分成远、中、近距离进行参数设置即可以保证远距离覆盖性能稳定，也可以保证中距离信号强度和吞吐量性能进行平衡，以及近距离极致性能得到保证。分三级调试的优点是：避免不分级时频繁调整功率和占空比而浪费CPU资源。
以上所述之具体实施方式为本发明的较佳实施方式，并非以此限定本发明的具体实施范围，本发明的范围包括并不限于本具体实施方式，凡依照本发明所作的等效变化均在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种保证网络设备稳定性的散热方法，其特征在于,包括如下步骤：
S1：建立CPU主控和周边外围元器件、无线收发芯片及周围外围元器件的温度关系；
S2：实时监测网络设备各个元器件的温度；
S3：当网络设备内任一元器件温度超过各自的第一设定阈值，判断网络设备与客户端之间的通信距离；
S4：根据网络设备与客户端之间通信距离采用相应的降温策略，直至温度恢复到第一设定阈值以下，其中，所述降温策略为：
当网络设备与客户端之间通信距离超过第一设定值时，判别为远距离通信，则降低发包占空比，
当网络设备与客户端之间通信距离小于第二设定值时，判别为近距离通信，则调节发射功率，
当网络设备与客户端之间通信距离在第一设定值和第二设定值之间时，判别为中间距离通信，则自适应选择降低发包占空比或调节发射功率，
当客户端处于远距离时，网络设备的处理方法为：
A1：降低发包占空比，监测和换算主控或者待调整的器件温度变化；
A2：预估温度变化和占空比的对应关系，做发包占空比粗调；
A3：根据实时温度做发包占空比微调；
A4：在步骤A2的发包占空比微调和步骤A3中的发包占空比微调过程中，学习训练得到温度测试和发包占空比之间的真实准确关系；
A5：当温度降到一定的温度区间，停止发包占空比的调整。
2.根据权利要求1所述的保证网络设备稳定性的散热方法，其特征在于：还包括步骤S5：当所述网络设备元器件温度降低至第二设定阈值时，恢复初始工作状态。
3.根据权利要求1所述的保证网络设备稳定性的散热方法，其特征在于：在步骤S3中，所述网络设备根据客户端STA的信号强度判别通信距离，识别客户端STA处于近距离、中间距离或远距离。
4.根据权利要求3所述的保证网络设备稳定性的散热方法，其特征在于：在步骤S4中，所述信号强度与通信距离呈反比，当信号强度高于-35dBm时，判别为近距离通信；当信号强度高于-60dBm同时低于-35dBm时，判别为中间距离通信，当信号强度低于-60dBm时，判别为远距离通信。
5.根据权利要求1-4任一项所述的保证网络设备稳定性的散热方法，其特征在于：当客户端处于近距离时，所述网络设备的处理方法为：
检测客户端是否具备传输功率控制TPC功能，如果是，直接获取TPC管理帧的STA相关信号信息，调节发射功率，使其达到最优的系统RX链路增益；如果否，以网络设备的RX链路最优增益作为判别，调节发射功率。
6.根据权利要求5所述的保证网络设备稳定性的散热方法，其特征在于：当以网络设备的RX链路最优增益作为判别时，实时统计当前通信的误包率PER，当误包率PER超过定值，则调整AP的发射功率。
7.根据权利要求1-4任一项所述的保证网络设备稳定性的散热方法，其特征在于：当客户端处于中间距离时，网络设备的处理方法为：
C1：所述网络设备在基于最优性能的原则，动态选择其一；
C2：通过通讯过程学习训练，建立数据库，用于存储客户端STA最优选择及相关通信信息；
C3：每隔间隔时间检测客户端STA的信号强度，当波动小于第三设定阈值，不做调整，当大于第三设定阈值，重新针对相关的客户端STA做学习训练。
8.一种实现权利要求1-7任一项所述的保证网络设备稳定性的散热方法的系统，其特征在于，包括：
温度关系建立模块：用于建立CPU主控和周边外围元器件、无线收发芯片及周围外围元器件的温度关系；
温度监测模块：用于实时监测网络设备各个元器件的温度；
通信距离判断模块：用于当网络设备内任一元器件温度超过各自的第一设定阈值，判断网络设备与客户端之间的通信距离；
降温策略执行模块：用于根据网络设备与客户端之间通信距离采用相应的降温策略，直至温度恢复到第一设定阈值以下，其中，所述降温策略为：
当网络设备与客户端之间通信距离超过第一设定值时，判别为远距离通信，则降低发包占空比，
当网络设备与客户端之间通信距离小于第二设定值时，判别为近距离通信，则调节发射功率，
当网络设备与客户端之间通信距离在第一设定值和第二设定值之间时，判别为中间距离通信，则自适应选择降低发包占空比或调节发射功率，
当客户端处于远距离时，网络设备的处理方法为：
A1：降低发包占空比，监测和换算主控或者待调整的器件温度变化；
A2：预估温度变化和占空比的对应关系，做发包占空比粗调；
A3：根据实时温度做发包占空比微调；
A4：在步骤A2的发包占空比微调和步骤A3中的发包占空比微调过程中，学习训练得到温度测试和发包占空比之间的真实准确关系；
A5：当温度降到一定的温度区间，停止发包占空比的调整。
9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于：还包括恢复通信模块：用于当所述网络设备元器件温度降低至第二设定阈值时，恢复初始工作状态。
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