无线局域网中抗干扰的新方法研究

无线局域网中抗干扰的新方法研究
许广南
摘要：本文结合无线局域网目前干扰检测和避免主要的两类方法分析，提出了一种分布式动态抗干扰新方法，并通过实例验证该方法的正确性，以供大家参考。
关键词：无线局域网; IEEE802.11;同频干扰；抗干扰

1 前言
近年来，由于无线局域网的应用越来越多，对其抗干扰性要求也逐渐增高，传统的抗干扰机制已经不能很好的解决这个问题。因此，我们需要一个更加合适的抗干扰机制来增强无线局域网设备的抗干扰性能。本文结合无线局域网目前干扰检测和避免主要的两类方法分析，提出了一种分布式动态抗干扰新方法，并通过实例验证该方法的正确性，以供大家参考。

2 目前无线局域网干扰检测和避免方法分析
（1）静态法。各接入点工作频率固定，通过技术手段再辅以工程建设规划来规避干扰。这是干扰避免中不可或缺的一环，但是不能避免动态的干扰；
（2）动态法。即根据实际的干扰情况，动态的切换信道以避开干扰。现有的动态干扰避免方法多数引入了一个接入控制器（AC），通过AC定期的探测AP的状态来发现干扰，同时由AC 协调整个WLAN 信道分配。而且，信道的重新分配，需要考虑整个WLAN 的信道分配情况，容易导致牵一发而动全身，造成WLAN的不稳定和频繁信道切换。

3 分布式同频抗干扰新方法分析
无线设备（包括AP）采用载波检测机制和虚拟的载波检测机制判断信道繁忙与否。载波检测机制通过CCA实现，CCA是IEEE802.11 物理层根据接收端能量是否高于一个阈值来判断当前无线介质是处于忙还是空闲状态，如果检测到超过阈值的任何能量，CCA都将报告介质当前状态为忙。而最终避免的结果,会让整个系统很快收敛和稳定，不会对整个WLAN 造成震荡。
3.1 适用范围
CCA 范围，处于该范围内的无线设备发出的信号到达AP时信号强度高于AP 设定的CCA门限值。本方法的定位在于当无线局域网投入使用后，动态的检测干扰，合理的信道切换以避开干扰，保证WLAN正确和稳定的运行。
3.2 状态机
本方法由六个状态构成：空闲，干扰检测，抑制，信道质量评估，信道选择和信道切换，如图1所示。

图1 状态机

3.2.1 空闲状态
处于该状态的AP正常的工作，同时启动一个定时器，当定时器超时后，启动当前信道质量评估。
3.2.2 干扰检测状态
当存在干扰时，AP会依据IEEE802.11规范，延迟任何包的发送。如果干扰持续存在的话,AP就不再能发出任何包来.而干扰的检测需要在AP有流量和没有流量的时候都能稳定工作.那么这个检测的方法就不能像传统的做法那样基于数据流量。只需在AP 上启动一个记数器，记录beacon延迟的次数，并且定期的统计一定时间内，
beacon帧的延迟次数，当达到一个阀值时，即认为干扰发生了。该干扰检测算法对AP的性能和吞吐量不会有任何影响。而且检测的方法本身简单有效,结果也很准确可靠。
3.2.3 信道质量评估
本文采用信道的空闲率和检测到的AP数量来评价信道的质量。信道质量评估为信道选择提供素材。一般说来，空闲率越高，则信道质量也好。AP 数量：通过监听信道上的beacon帧来统计信道的上工作的AP数量。
3.2.4 抑制状态
当检测到干扰时，AP首先选择一个随机时间，然后进入抑制状态。处于抑制状态的AP,仍然正常工作，只是对新的干扰发现通知不再处理，并等待抑制时间结束。为什么要引入抑制过程，而不是直接进入信道质量评估阶段。抑制时间的粒度需要根据AP从开始切换信道到信道切换完成并能正常工作所需要的时间确定。AP的抑制时间可以是下列时间的任一值：0*抑制时间的粒度，1*抑制时间的粒度，2*抑制时间的粒度，……，最大可能被干扰的AP 数量＊抑制时间的粒度
3.2.5 信道选择
由于工作在相同信道上的无线设备越多，发送数据时碰撞的几率越大，反而造成信道的利用率低，所以单纯用信道的空闲率作为挑选信道的依据，难免有失偏颇。在实际实现中，还可以指定优先选择的信道，使干扰避免后的WLAN按照预期的信道工作。

4 效果测试
本文根据惯例，仅将1，6，11 作为可用的信道。我们用四台无线路由器，一个干扰源和四台笔记本搭建了测试平台,四台笔记本分别与四台无线路由器关联。干扰设备WD采用连续的单窄波，工作在信道1所在的频率上，处于AP2和
AP4的CCA范围，对其构成干扰。如图2所示。

图2 测试模型
我们采用各AP的可以达到的最大吞吐量，及被干扰后，所有AP能够提供服务所需要的时间来展示WLAN的性能。实验结果如表1和表2所示。

表1 未应用本文方法测试结果

从上述数据可以看出：（1）应用本文方法前：被干扰的AP已经被干扰到瘫痪，无法提供服务；（2）应用本文方法后：WLAN中被干扰的AP能动态的检测并避开干扰，并且相同WLAN中的未被干扰的其他AP的工作频率没有改变（只是吞吐量有所下降，对有限的信道资源来说，这也是不可避免的），能将干扰的影响局限在一个很小的范围，不会导致整个WLAN的动荡。同时能够根据信道上AP的密集情况来合理的选择信道。从干扰发生到整个WLAN 能够再次提供服务总耗时：12 秒（其中，假定最多有5个AP被干扰），能实现快速收敛。

5 结语
本文针对WLAN中普遍存在的干扰问题，提出了分布式动态干扰检测和避免方法，该方法无须中心集中控制器的干预，各被干扰的AP只根据自身所处的环境合理的选择切换信道，同时将干扰的影响局限在一个很小的范围，特别适用于AP密集，严重干扰的情况。

参考文献
[1] 魏克军,赵洋,侯自强.基IEEE802.1协议的WLAN无线资源管理浅析[J].电信科学,2006(08):11-13.

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