無(wú)線局域網(wǎng)中抗干擾的新方法研究
許廣南
摘 要：本文結(jié)合無(wú)線局域網(wǎng)目前干擾檢測(cè)和避免主要的兩類(lèi)方法分析，提出了一種分布式動(dòng)態(tài)抗干擾新方法，并通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證該方法的正確性，以供大家參考。
關(guān)鍵詞： 無(wú)線局域網(wǎng); IEEE802.11;同頻干擾；抗干擾

1 前 言
近年來(lái)，由于無(wú)線局域網(wǎng)的應(yīng)用越來(lái)越多，對(duì)其抗干擾性要求也逐漸增高，傳統(tǒng)的抗干擾機(jī)制已經(jīng)不能很好的解決這個(gè)問(wèn)題。因此，我們需要一個(gè)更加合適的抗干擾機(jī)制來(lái)增強(qiáng)無(wú)線局域網(wǎng)設(shè)備的抗干擾性能。本文結(jié)合無(wú)線局域網(wǎng)目前干擾檢測(cè)和避免主要的兩類(lèi)方法分析，提出了一種分布式動(dòng)態(tài)抗干擾新方法，并通過(guò)實(shí)例驗(yàn)證該方法的正確性，以供大家參考。

2 目前無(wú)線局域網(wǎng)干擾檢測(cè)和避免方法分析
（1）靜態(tài)法。各接入點(diǎn)工作頻率固定，通過(guò)技術(shù)手段再輔以工程建設(shè)規(guī)劃來(lái)規(guī)避干擾。這是干擾避免中不可或缺的一環(huán)，但是不能避免動(dòng)態(tài)的干擾；
（2）動(dòng)態(tài)法。即根據(jù)實(shí)際的干擾情況，動(dòng)態(tài)的切換信道以避開(kāi)干擾�，F(xiàn)有的動(dòng)態(tài)干擾避免方法多數(shù)引入了一個(gè)接入控制器（AC），通過(guò)AC定期的探測(cè)AP的狀態(tài)來(lái)發(fā)現(xiàn)干擾，同時(shí)由AC 協(xié)調(diào)整個(gè)WLAN 信道分配。而且，信道的重新分配，需要考慮整個(gè)WLAN 的信道分配情況，容易導(dǎo)致?tīng)恳话l(fā)而動(dòng)全身，造成WLAN的不穩(wěn)定和頻繁信道切換。

3 分布式同頻抗干擾新方法分析
無(wú)線設(shè)備（包括AP）采用載波檢測(cè)機(jī)制和虛擬的載波檢測(cè)機(jī)制判斷信道繁忙與否。載波檢測(cè)機(jī)制通過(guò)CCA實(shí)現(xiàn)，CCA是IEEE802.11 物理層根據(jù)接收端能量是否高于一個(gè)閾值來(lái)判斷當(dāng)前無(wú)線介質(zhì)是處于忙還是空閑狀態(tài)，如果檢測(cè)到超過(guò)閾值的任何能量，CCA都將報(bào)告介質(zhì)當(dāng)前狀態(tài)為忙。而最終避免的結(jié)果,會(huì)讓整個(gè)系統(tǒng)很快收斂和穩(wěn)定，不會(huì)對(duì)整個(gè)WLAN 造成震蕩。
3.1 適用范圍
CCA 范圍，處于該范圍內(nèi)的無(wú)線設(shè)備發(fā)出的信號(hào)到達(dá)AP時(shí)信號(hào)強(qiáng)度高于AP 設(shè)定的CCA門(mén)限值。本方法的定位在于當(dāng)無(wú)線局域網(wǎng)投入使用后，動(dòng)態(tài)的檢測(cè)干擾，合理的信道切換以避開(kāi)干擾，保證WLAN正確和穩(wěn)定的運(yùn)行。
3.2 狀態(tài)機(jī)
本方法由六個(gè)狀態(tài)構(gòu)成：空閑，干擾檢測(cè)，抑制，信道質(zhì)量評(píng)估，信道選擇和信道切換，如圖1所示。

圖1 狀態(tài)機(jī)

 

3.2.1 空閑狀態(tài)
處于該狀態(tài)的AP正常的工作，同時(shí)啟動(dòng)一個(gè)定時(shí)器，當(dāng)定時(shí)器超時(shí)后，啟動(dòng)當(dāng)前信道質(zhì)量評(píng)估。
3.2.2 干擾檢測(cè)狀態(tài)
當(dāng)存在干擾時(shí)，AP會(huì)依據(jù)IEEE802.11規(guī)范，延遲任何包的發(fā)送。如果干擾持續(xù)存在的話,AP就不再能發(fā)出任何包來(lái).而干擾的檢測(cè)需要在AP有流量和沒(méi)有流量的時(shí)候都能穩(wěn)定工作.那么這個(gè)檢測(cè)的方法就不能像傳統(tǒng)的做法那樣基于數(shù)據(jù)流量。 只需在AP 上啟動(dòng)一個(gè)記數(shù)器，記錄beacon延遲的次數(shù)，并且定期的統(tǒng)計(jì)一定時(shí)間內(nèi)，
beacon幀的延遲次數(shù)，當(dāng)達(dá)到一個(gè)閥值時(shí)，即認(rèn)為干擾發(fā)生了。該干擾檢測(cè)算法對(duì)AP的性能和吞吐量不會(huì)有任何影響。而且檢測(cè)的方法本身簡(jiǎn)單有效,結(jié)果也很準(zhǔn)確可靠。
3.2.3 信道質(zhì)量評(píng)估
本文采用信道的空閑率和檢測(cè)到的AP數(shù)量來(lái)評(píng)價(jià)信道的質(zhì)量。信道質(zhì)量評(píng)估為信道選擇提供素材。一般說(shuō)來(lái)，空閑率越高，則信道質(zhì)量也好。AP 數(shù)量：通過(guò)監(jiān)聽(tīng)信道上的beacon幀來(lái)統(tǒng)計(jì)信道的上工作的AP數(shù)量。
3.2.4 抑制狀態(tài)
當(dāng)檢測(cè)到干擾時(shí)，AP首先選擇一個(gè)隨機(jī)時(shí)間，然后進(jìn)入抑制狀態(tài)。處于抑制狀態(tài)的AP,仍然正常工作，只是對(duì)新的干擾發(fā)現(xiàn)通知不再處理，并等待抑制時(shí)間結(jié)束。為什么要引入抑制過(guò)程，而不是直接進(jìn)入信道質(zhì)量評(píng)估階段。抑制時(shí)間的粒度需要根據(jù)AP從開(kāi)始切換信道到信道切換完成并能正常工作所需要的時(shí)間確定。AP的抑制時(shí)間可以是下列時(shí)間的任一值：0*抑制時(shí)間的粒度，1*抑制時(shí)間的粒度，2*抑制時(shí)間的粒度，……，最大可能被干擾的AP 數(shù)量＊抑制時(shí)間的粒度
3.2.5 信道選擇
由于工作在相同信道上的無(wú)線設(shè)備越多，發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)碰撞的幾率越大，反而造成信道的利用率低，所以單純用信道的空閑率作為挑選信道的依據(jù)，難免有失偏頗。在實(shí)際實(shí)現(xiàn)中，還可以指定優(yōu)先選擇的信道，使干擾避免后的WLAN按照預(yù)期的信道工作。

4 效果測(cè)試
本文根據(jù)慣例，僅將1，6，11 作為可用的信道。我們用四臺(tái)無(wú)線路由器，一個(gè)干擾源和四臺(tái)筆記本搭建了測(cè)試平臺(tái),四臺(tái)筆記本分別與四臺(tái)無(wú)線路由器關(guān)聯(lián)。干擾設(shè)備WD采用連續(xù)的單窄波，工作在信道1所在的頻率上，處于AP2和
AP4的CCA范圍，對(duì)其構(gòu)成干擾。如圖2所示。
 

 

圖2 測(cè)試模型
我們采用各AP的可以達(dá)到的最大吞吐量，及被干擾后，所有AP能夠提供服務(wù)所需要的時(shí)間來(lái)展示W(wǎng)LAN的性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1和表2所示。

表1 未應(yīng)用本文方法測(cè)試結(jié)果
 

從上述數(shù)據(jù)可以看出：（1）應(yīng)用本文方法前：被干擾的AP已經(jīng)被干擾到癱瘓，無(wú)法提供服務(wù)；（2）應(yīng)用本文方法后：WLAN中被干擾的AP能動(dòng)態(tài)的檢測(cè)并避開(kāi)干擾，并且相同WLAN中的未被干擾的其他AP的工作頻率沒(méi)有改變（只是吞吐量有所下降，對(duì)有限的信道資源來(lái)說(shuō)，這也是不可避免的），能將干擾的影響局限在一個(gè)很小的范圍，不會(huì)導(dǎo)致整個(gè)WLAN的動(dòng)蕩。同時(shí)能夠根據(jù)信道上AP的密集情況來(lái)合理的選擇信道。從干擾發(fā)生到整個(gè)WLAN 能夠再次提供服務(wù)總耗時(shí)：12 秒（其中，假定最多有5個(gè)AP被干擾），能實(shí)現(xiàn)快速收斂。

5 結(jié) 語(yǔ)
本文針對(duì)WLAN中普遍存在的干擾問(wèn)題，提出了分布式動(dòng)態(tài)干擾檢測(cè)和避免方法，該方法無(wú)須中心集中控制器的干預(yù)，各被干擾的AP只根據(jù)自身所處的環(huán)境合理的選擇切換信道，同時(shí)將干擾的影響局限在一個(gè)很小的范圍，特別適用于AP密集，嚴(yán)重干擾的情況。

參考文獻(xiàn)
[1] 魏克軍,趙洋,侯自強(qiáng).基IEEE802.1協(xié)議的WLAN無(wú)線資源管理淺析[J].電信科學(xué),2006(08):11-13.

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