专利名称：一种无线局域网干扰器及其实现方法
技术领域：
本发明涉及一种干扰无线局域网通信的设备及其方法，尤其涉及一种对无线信道进行监测分析，通过发射干扰信号提高无线局域网接收设备的误帧率，从而达到干扰效果的无线局域网干扰器及其实现方法，属于无线通信安全技术领域。
背景技术：
随着无线通信技术的高速发展，无线局域网(WLAN)的使用已广为普及。无线通信在给人们带来方便的同时，也给通信安全和保密工作提出了新的挑战。近几年，在我国已发生多起利用无线局域网进行窃听、泄密、考场作弊等不法行为，其危害程度和严重性已引起有关部门的高度重视。因此，在适当的场所，对于无线局域网的正常通信实施合法和必要的干扰，已成为实践中迫切的需要。
目前，IEEE 802. llb/g/n已经成为当今主流的无线局域网技术标准。IEEE 802. llb/g/n在2. 412 2. 462GHz频段上定义了 11个信道，每两个相邻信道的中心频率相差5MHz，在中心频率±11MH z处，发射信号功率至少衰减30dB，因此每个信道的宽度大约为 22MHzο 以 IEEE 802.1lb 为例，物理层支持 lMbit/s、2Mbit/s、5. 5Mbit/s llMbit/s 多种速率。在使用IMbit/s的传输速率时，使用直接序列扩频技术和DBPSK调制方式。相应的干扰方法大致分为两种。一种方法是以射频在合适的频段连续发送干扰信号，使受干扰设备在接收时的信干比降低，提高接收时的误帧率；并减小受干扰设备在尝试发送时成功执行空闲信道评估的概率，使其向外发送帧的速率降低。另外一种方法是依据IEEE 802. 11 的MAC协议，监听无线局域网设备的通信，并在适当的时机发送干扰信号，以破坏MAC协议要求的通信流程。
实现上述两种干扰方法，都需要发送干扰信号，通常的做法是以同样的无线局域网收发器发送干扰信号。但是，现在符合IEEE802. llb/g/n标准的无线收发器的芯片开放程度较低，外部难以做到对无线收发器芯片的完全控制。具体地说，在上述第一种方法中， 难以控制无线收发器芯片连续发送干扰信号；在上述第二种方法中，难以控制无线收发器芯片在适当时机发送适当的干扰信号。因此，如何适当地控制无线收发器芯片对无线局域网进行干扰已成为当前亟待解决的技术问题。
在申请号为201010604926. 3的中国专利申请中，公开了一种节能的无线局域网全频道屏蔽方法，包括启动屏蔽器扫描无线局域网的信道，记录在每个工作信道RSSI的最大值；计算屏蔽器端到各个信道上RSSI最大的通信设备端的无线传播损耗PL ;确定工作在 i信道上的屏蔽器使j信道的吞吐量降为零的最小发射功率Yu ;找出屏蔽器工作在不同信道时Yu的最大值，并从中找出最小值Yk，对应的信道k为屏蔽器的最佳工作信道；将屏蔽器的工作信道设定为k，以Yk功率发射屏蔽信号。该技术方案对全部信道同时干扰，保证信道吞吐量同时降低，避免了信道跳转导致原信道吞吐量回升和跳转期间不能发射干扰信号的问题，提闻了干扰效率。
另外，在申请号为200810102157. X的中国专利申请中，公开了一种无线局域网中的通信干扰方法。该干扰方法包括如下步骤进行初始化设置，设置工作信道以及工作模式；按照所述设置的工作模式，对所述工作信道内的无线局域网设备的通信进行干扰。该专利申请同时公开了一种无线局域网中的通信干扰设备。应用该方法和设备，能够有效地监测到一定范围内处于活动状态的无线局域网设备，并对指定的无线局域网设备实施干扰。发明内容
针对现有技术的不足，本发明所要解决的技术问题在于提供一种干扰无线局域网通信的设备及其方法。
为实现上述的发明目的，本发明采用下述的技术方案
一种无线局域网干扰器，其特征在于包括处理器、无线局域网收发器、IEEE 802. 15. 4收发器、射频功率放大器、无线局域网监测天线和干扰信号发送天线；
所述无线局域网收发器一方面连接所述无线局域网监测天线，另一方面与所述处理器相连；
所述处理器的输出端分别与所述IEEE 802. 15. 4收发器、所述射频功率放大器相连；
所述IEEE 802. 15. 4收发器与所述射频功率放大器相连；
所述射频功率放大器的输出端与干扰信号发送天线相连。
其中较优地，所述处理器包括主控模块、无线局域网控制模块、干扰信号生成模块和干扰信号功率控制模块，所述主控模块分别连接所述无线局域网控制模块、所述干扰信号生成模块和所述干扰信号功率控制模块。
其中较优地，所述无线局域网收发器控制模块执行网络发现流程，并解析接收到的无线局域网帧。
其中较优地，所述干扰信号生成模块控制所述IEEE 802. 15. 4收发器的工作状态，以便连续发送干扰信号。
其中较优地，所述干扰信号功率控制模块控制所述射频功率放大器的工作状态。
一种干扰无线局域网通信的方法，基于上述的无线局域网干扰器实现，其特征在于
(I)无线局域网收发器控制模块操作无线局域网收发器扫描无线信道，获取待干扰设备的工作信道；
(2)干扰信号功率控制模块控制射频功率放大器，设置干扰信号的发射功率；
(3)干扰信号生成模块设置IEEE 802. 15. 4收发器使用中心频率为fintefe,enc;e的信道，其中fintCTfCT· = fwlan —信道频率差，fwlan为所述工作信道的中心频率；并控制所述 IEEE 802. 15. 4收发器发送干扰信号。
其中较优地，在步骤(I)中，所述无线局域网收发控制模块通过对无线局域网帧的解析处理，确定无线局域网的基础信息，并将所述基础信息输入到主控模块中；所述主控模块据此同时触发所述干扰信号生成模块和所述干扰信号功率控制模块。
其中较优地，在步骤(3)中，所述信道频率差为相邻的IEEE802. 15. 4信道和IEEE 802. llb/g/n信道之间的中心频率差。
其中较优地， 在步骤(3)中，所述IEEE 802. 15. 4收发器采用连续发送方式发送所述干扰信号。
本发明通过对无线信道的监测分析，获取无线局域网的信息，再针对性地发射一定功率的干扰信号，提高无线局域网接收设备的误帧率，从而达到干扰正常通信的效果。本发明采用符合IEEE 802. 15. 4标准的无线收发器芯片实现，解决了 IEEE 802. llb/g/n标准的无线收发器芯片开放程度低，外部开发者难以完全控制的技术难题。
图1为本发明所提供的无线局域网干扰器的工作场景示意图2为图1所示无线局域网干扰器的硬件结构示意图3为图1所示无线局域网干扰器的功能模块示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步的详细说明。
参见图1所示的无线局域网干扰器的工作场景，该无线局域网干扰器置于被干扰设备一定距离之外，被干扰设备可以是无线接入点(Access Point)或普通的无线局域网接收设备。在未实施干扰时，无线局域网干扰器能够接收到被干扰设备发出的无线局域网帧， 并在适当的时机向被干扰设备连续发送相应的干扰信号。
在IEEE 802. llb/g/n网络中，基础结构式网络(Infrastructure WLAN)是最普遍的无线局域网构建方式。此类网络中，无线接入点为中心设备，任意站点之间的通信都需要经过无线接入点转发或处理。因此，在对基础结构式网络实施干扰时，可以优先选择干扰无线接入点，这样就可以实现干扰整个无线局域网通信的效果。
图2中描述了整个无线局域网干扰器的硬件结构。该无线局域网干扰器由六部分组成处理器、无线局域网收发器、IEEE 802. 15. 4收发器、射频功率放大器、无线局域网监测天线和干扰信号发送天线。其中，无线局域网监测天线将无线信号输入到无线局域网收发器，无线局域网收发器与处理器相连。处理器的输出端同时连接IEEE802. 15. 4收发器和射频功率放大器。IEEE 802. 15. 4收发器一方面连接处理器，另一方面连接射频功率放大器。射频功率放大器的输出端与干扰信号发送天线相连接。上述处理器、无线局域网收发器、IEEE802. 15. 4收发器和射频功率放大器可以采用现有的成熟集成电路芯片实现，也可以在FPGA (现场可编程门阵列)基础上通过编程予以实现。作为本领域技术人员都能掌握的常规技术，在此就不详细说明了。
在本发明所提供的无线局域网干扰器中，一个显著的技术特点在于采用了专门的 IEEE 802. 15. 4收发器。IEEE 802. 15. 4是IEEE用于低速无线个人区域网(LR-WPAN)的物理层和媒体接入控制层标准。它在2. 405 2. 480GHz频段上定义了 14个信道，每两个相邻信道的中心频率相差5MHz，每个信道的宽度为2MHz，物理层最大传输速率250kbit/s，使用直接序列扩频技术和O-QPSK调制方式。IEEE 802. 15. 4的工作频段与采用IEEE 802.1lb/ g/n标准的无线局域网设备相同 ，但其无线收发器芯片的开放程度很高，可以由开发者实现完全控制。因此，本发明中利用该IEEE 802. 15. 4收发器来解决采用IEEE 802. llb/g/n标准的无线收发器芯片开放程度低，外部开发者难以完全控制的技术难题。
如图2所示，无线局域网监测天线用于接收无线信道中的网络信号。无线局域网收发器通过无线局域网监测天线对无线信道中传输的无线局域网帧进行监测。在监测过程中通过对无线信道的扫描，将无线局域网帧提供给处理器作为无线局域网干扰器工作的依据，并在需要时发送一些符合IEEE 802. 11协议的探测帧，用于确定待干扰的无线局域网的基本信息。
无线局域网收发器的收发控制是通过处理器进行的。如图3所示，在处理器中设置有主控模块、无线局域网收发控制模块、干扰信号生成模块以及干扰信号功率控制模块， 其中主控模块分别与上述无线局域网收发控制模块、干扰信号生成模块以及干扰信号功率控制模块进行连接。无线局域网收发器控制模块用于控制整个无线局域网收发器工作，执行IEEE 802. 11协议中规定的网络发现流程，并解析接收到的无线局域网帧。干扰信号生成模块用于控制前述IEEE 802. 15. 4收发器的工作状态，以便能够连续发送干扰信号。干扰信号功率控制模块用于控制射频功率放大器的工作状态。主控模块用于协调各模块工作，不仅控制对无线局域网帧的接收处理，还控制整个干扰信号生成以及实施的过程。上述主控模块、无线局域网收发控制模块、干扰信号生成模块以及干扰信号功率控制模块可以在处理器中以固件方式实现，也可以以软件方式实现。这是本领域技术人员都能掌握的惯用技术手段，在此就不详细说明了。
在本发明所提供的无线局域网干扰器中，无线局域网收发控制模块执行IEEE 802. 11协议中规定的网络发现流程，通过对无线局域网帧的解析处理，确定无线局域网的基础信息，并将相关的基础信息输入到主控模块中。主控模块不仅控制无线局域网收发控制模块，一旦无线局域网的基础信息确定完成，还将根据基础信息触发并控制干扰信号功率控制模块工作。干扰信号生成模块同时被触发，进行干扰信号的生成工作。上述干扰信号功率控制模块和干扰信号生成模块的同时触发，可以保证干扰信号生成与发射的时间上无间隔，使干扰更加迅速。
主控模块触发干扰信号 功率控制模块。该干扰信号功率控制模块用于控制射频功率放大器，设置干扰信号的发射功率。这样，干扰信号通过射频功率放大器将干扰信号的功率放大后，通过干扰发射天线辐射出去。干扰信号与无线局域网的当前被干扰信号重叠后， 使得接收端的信干比降低，误帧率大大提高，从而实现干扰无线局域网正常通信的目的。
下面，对本发明所提供的无线局域网干扰器实施干扰的具体过程描述如下
首先，无线局域网收发控制模块操作无线局域网收发器扫描无线信道，获取待干扰设备的工作信道等信息。此处假设该工作信道的中心频率为fwlan，单位为GHz。
其次，干扰信号功率控制模块控制射频功率放大器，设置干扰信号的发射功率。
再次，干扰信号生成模块设置IEEE 802. 15. 4收发器使用中心频率为fintCTfCTenc;e的信道，其中= fwlan —信道频率差；并控制IEEE802. 15. 4收发器连续发送干扰信号。在本发明的一个实施例中，该信道频率差为O. 002GHz，即为相邻的IEEE 802. 15. 4信道和IEEE802. llb/g/n信道之间的中心频率差。在其它的实施例中，该信道频率差也可以为其它无线局域网标准中的信道中心频率差。
在上述各步骤中，对于干扰信号的设置是本发明的关键。在本发明的一个实施例中，采用符合IEEE 802. 15. 4标准的无线网络信号对IEEE 802. llb/g/n的网络信号进行干扰。IEEE 802. llb/g/n标准在2. 412 2. 462GHz频段上定义了 11个信道，相邻信道的中心频率相差5MHz，每个信道的宽度大约为22MHz。但符合IEEE 802. llb/g/n标准的无线收发器芯片的开放程度较低，外部开发者难以做到对该无线收发器芯片的完全控制。而 IEEE802. 15. 4标准在2. 405 2. 480GHz频段上定义了 14个信道，相邻信道的中心频率相差5MHz，每个信道的宽度为2MHz。这就意味着IEEE802. 15. 4的工作频段与采用IEEE 802. llb/g/n标准的无线局域网设备相同，但其无线收发器芯片的开放程度高，可以由开发者完全控制。
基于上述的技术思路，本发明在干扰信号生成模块设置IEEE802. 15. 4收发器的干扰信号，其使用中心频率为finterferenc;e的信道，其中finterfCTenee = fwlan — O. 002，单位为GHz。 此处的O. 002GHz为相邻的IEEE 802. 15. 4信道和IEEE 802. llb/g/n信道之间的中心频率差。。干扰信号生成模块控制IEEE 802. 15. 4收发器生成并连续发送干扰信号。该干扰信号优选采用连续发送方 式发送，以达到持续干扰的技术效果。
应当注意，为了使本发明更容易理解，上面的描述省略了对于本领域的普通技术人员来说是公知的一些技术细节。
以上对本发明所提供的无线局域网干扰器及其实现方法进行了详细的说明。对本领域的技术人员而言，在不背离本发明实质精神的前提下对它所做的任何显而易见的改动，都将构成对本发明专利权的侵犯，经承担相应的法律责任。
权利要求
1.一种无线局域网干扰器，其特征在于包括处理器、无线局域网收发器、IEEE802. 15. 4收发器、射频功率放大器、无线局域网监测天线和干扰信号发送天线； 所述无线局域网收发器一方面连接所述无线局域网监测天线，另一方面与所述处理器相连； 所述处理器的输出端分别与所述IEEE 802. 15. 4收发器、所述射频功率放大器相连； 所述IEEE 802. 15. 4收发器与所述射频功率放大器相连； 所述射频功率放大器的输出端与干扰信号发送天线相连。
2.如权利要求1所述的无线局域网干扰器，其特征在于 所述处理器包括主控模块、无线局域网控制模块、干扰信号生成模块和干扰信号功率控制模块，所述主控模块分别连接所述无线局域网控制模块、所述干扰信号生成模块和所述干扰信号功率控制模块。
3.如权利要求2所述的无线局域网干扰器，其特征在于 所述无线局域网收发器控制模块执行网络发现流程，并解析接收到的无线局域网帧。
4.如权利要求2所述的无线局域网干扰器，其特征在于 所述干扰信号生成模块控制所述IEEE 802. 15. 4收发器的工作状态，以便连续发送干扰信号。
5.如权利要求2所述的无线局域网干扰器，其特征在于 所述干扰信号功率控制模块控制所述射频功率放大器的工作状态。
6.一种干扰无线局域网通信的方法，基于如权利要求1所述的无线局域网干扰器实现，其特征在于 (1)无线局域网收发器控制模块操作无线局域网收发器扫描无线信道，获取待干扰设备的工作信道； (2)干扰信号功率控制模块控制射频功率放大器，设置干扰信号的发射功率； (3)干扰信号生成模块设置IEEE802. 15. 4收发器使用中心频率为fintCTfe,enc;e的信道，其中fintCTfCTenc；e = fwian —信道频率差，fwim为所述工作信道的中心频率；并控制所述I EEE802. 15. 4收发器发送干扰信号。
7.如权利要求6所述的干扰无线局域网通信的方法，其特征在于 在步骤(I)中，所述无线局域网收发控制模块通过对无线局域网帧的解析处理，确定无线局域网的基础信息，并将所述基础信息输入到主控模块中；所述主控模块据此同时触发所述干扰信号生成模块和所述干扰信号功率控制模块。
8.如权利要求6所述的干扰无线局域网通信的方法，其特征在于 在步骤(3)中，所述信道频率差为相邻的IEEE 802. 15. 4信道和IEEE 802. llb/g/n信道之间的中心频率差。
9.如权利要求6所述的干扰无线局域网通信的方法，其特征在于 在步骤(3)中，所述I EEE 802. 15. 4收发器采用连续发送方式发送所述干扰信号。
全文摘要
本发明公开了一种无线局域网干扰器及其实现方法。该无线局域网干扰器包括处理器、无线局域网收发器、IEEE 802.15.4收发器、射频功率放大器、无线局域网监测天线和干扰信号发送天线。本发明通过对所要干扰的无线局域网的监测、分析，确定当前无线局域网的基础信息，相应设置干扰信号的发射功率和中心频率，通过干扰信号的发送提高无线局域网接收设备的误帧率，从而达到干扰正常通信的效果。
文档编号H04K3/00GK103051411SQ20121051831
公开日2013年4月17日 申请日期2012年12月5日 优先权日2012年12月5日
发明者裴旭明, 钱骅, 康凯 申请人:上海物联网有限公司