一种基于跳频的无线局域网通信信道控制方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于跳频的无线局域网通信信道控制方法。本方法为：1）信道控制单元扫描周围的无线局域网环境，选取待控制的信道；2）信道控制单元采用跳频方法控制无线网卡的工作频点在所选多个信道间循环跳转；其中，该无线网卡在每一所选信道上发送一信道控制信号，跳频的时间间隔小于信道中接入点AP和通信终端STA通信连接建立时间。本发明方法利用跳频技术可以使单块无线网卡同时有效控制多个无线局域网通信信道，显著提高了无线局域网通信的信道控制效率，且解决了多块无线网卡协同时产生的相互干扰，为由性能较低的无线网卡构成的多卡系统实施2.4GHz频段无线局域网全频段信道控制提供了解决方案。
【专利说明】一种基于跳频的无线局域网通信信道控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种无线局域网的信道控制方法，尤其涉及一种基于IEEE802.11系列标准无线局域网2.4GHz频段的信道控制方法，提高了对无线局域网通信信道控制的效率和可靠性，属于无线局域网安全【技术领域】。
【背景技术】
[0002]无线局域网络由无线网络卡(NIC)、无线接点(AP)、个人工作平台(Station)及其他网络设备组成。无线网卡可以将PC机或其他设备与无线网络进行连接，而无线接入点是将多个无线的接入站聚合到有线的网络上。无线局域网络采用电磁波作为载体，是采用射频技术进行网络连接及传输的开放式物理系统，这种开放性质决定了它在提供了联网的便利性的同时，也使得它难以限制网络资源的物理访问，所以它比有线网络在安全性能上更加脆弱。无线局域网络具有移动性，使得移动网络中的各节点没有足够的物理防护，攻击者可能在任何位置通过移动设备实施攻击，安全管理难度大，必须采用一定的安全防护技术保障应用安全。
[0003]对于普通的无线网络用户来说，无线网络的使用需要同时兼顾便携、高速、安全的特性，针对无线局域网进行优化的IDS (入侵检测)类设备是一个重要的发展方向。对于安全保密要求更高的应用场合，需要更加可靠稳妥的解决方案，一般都采用基于扫频的电磁干扰技术，达到全部或有选择性的阻断无线局域网中无线接收器(AP)或个人工作平台(Station)无线信道。
[0004]但是目前针对无线通信(包括无线局域网)的基于扫频的电磁干扰阻断方式均存在一定缺点，由于通常采取的都是将类似白噪声等噪声源进行频谱处理并放大输出的干扰方式，其干扰效果与干扰器发出信号的场强正相关，即干扰信号场强越大，干扰效果越好，反之，则达不到理想效果。因此干扰器发出的信号场强需要远大于被干扰设备的信号场强，才能达到较好的阻断效果，但又不能违反国家电磁辐射相关规定，干扰距离受限。
【发明内容】
[0005]针对现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种无线局域网的信道控制方法。本发明是一种针对IEEE802.11系列标准无线局域网2.4GHz频段的信道控制方法，该方法基于跳频技术控制无线网卡以一定时隙在无线局域网2.4GHz频段通信信道间跳转发射干扰阻断信号，可同时控制多个无线局域网2.4GHz通信信道，效果可靠。较其他现有方法射频发射功率低、控制范围大。
[0006]本发明的技术方案为:
[0007]一种基于跳频的无线局域网通信信道控制方法，其步骤为:
[0008]I)信道控制单元扫描周围的无线局域网环境，选取待控制的信道；
[0009]2)信道控制单元采用跳频方法控制无线网卡的工作频点在所选多个信道间循环跳转；其中，该无线网卡在每一所选信道上发送一信道控制信号，跳频的时间间隔小于信道中接入点AP和通信终端STA通信连接建立时间。
[0010]进一步的，所述无线网卡跳频的时间间隔小于接入点AP发送用于通信终端STA建立连接的广播发送信标帧的时间间隔。
[0011]进一步的，所述信道控制单元包括多块无线网卡，并为每一无线网卡分配一组待控制信道；每一无线网卡均采用跳频方法控制其工作频点在所选多个信道间循环跳转。
[0012]进一步的，所述信道控制单元协调多块所述无线网卡的工作频点跳转；即当一块所述无线网卡发送完信道控制信号后发送一发送完毕信息给所述信道控制单元，所述信道控制单元在接收到所有无线网卡的发送完毕信号后统一控制所有无线网卡进行信道跳转并控制网卡再次发射信道控制信号。
[0013]进一步的，所述信道控制单元控制各无线网卡同时发射、同时停止、同时跳转信道频点。
[0014]进一步的，所述无线网卡跳频的时间间隔为小于或等于10ms。
[0015]进一步的，所述信道控制单元按照预定的时间间隙通过底层驱动直接对所述无线网卡的寄存器进行配置，实现所述无线网卡的工作频点在所选多个信道间循环跳转。
[0016]与现有技术相比，本发明具有以下有益效果:
[0017](I)本发明方法利用跳频技术可以使单块无线网卡同时有效控制多个无线局域网通信信道，显著提高了无线局域网通信的信道控制效率。
[0018](2)当采用多块无线网卡协同工作同时对较多无线局域网信道实施控制时，由于CSMA/CA机制的原因，网卡之间会产生相互干扰影响，导致部分网卡无法正常发射信号。本发明方法可以解决多块无线网卡协同时产生的相互干扰，为由性能较低的无线网卡构成的多卡系统实施2.4GHz频段无线局域网全频段信道控制提供了解决方案。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1为IEEE802.11系列标准2.4GHz频段信道图；
[0020]图2为单信道控制效果示意图；
[0021]图3为跳频控制信道工作过程示意图；
[0022]图4为跳频控制信道时隙示意图；
[0023]图5为临近信道工作网卡的相互干扰示意图；
[0024]图6为控制单元统一控制多块网卡协同工作示意图。
【具体实施方式】
[0025]本发明的技术方案从实施一个或多个WLAN2.4GHz通信信道的信道控制步骤上，包括信道控制信号的生成、信道频点跳转、多块信道控制网卡协同三个部分。
[0026](I)为了起到控制无线局域网2.4GHz通信的目的，需要产生特定信道控制信号。信道的控制信号可以由实施信道控制的标准无线网卡产生。控制信号为符合IEEE802.11系列标准的有意义帧信号(例如Beacon帧信号)，能够有效触发无线局域网的CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)机制，达到持续占用有限信道资源、控制信道的目的。
[0027](2) IEEE802.11系列标准在2.4GHz频段共有14个信道，所在频点从2.412GHz-2.484GHz,相互间隔5MHz，信道带宽为22MHz，如图1所示。在单个信道频点发射信道控制信号可以控制该信道通信，并且还可影响附近信道的正常通信。由于无线局域网的CSMA/CA机制采用了能量检测(ED)、载波检测(CS)和能量载波混合检测三种检测信道空闲的方式。此种影响将随离所控制信道频点的距离而迅速减弱。根据普遍工程经验，此种影响范围仅包括待控制信道的相邻两信道，如图2所示。
[0028](3)由于采用标准无线网卡发射标准无线局域网信号作为信道控制信号，其带宽较窄，只能有效控制单个无线局域网信道。为了能够仅使用单块网卡或少量网卡同时控制多个无线局域网信道，本发明采用跳频的方式实现。即控制无线网卡的工作频点在多个信道循环跳转，在每一个需要实施控制的信道发射信道控制信号后立即跳转到下一信道，循环往复，达到利用一块无线网卡同时有效阻断干扰多个信道的目的，其过程如图3所示。无线网卡工作频点的跳转，通过一信道控制单元实现。该信道控制单元可以按照预定的时间间隙通过底层驱动直接对无线网卡的寄存器进行配置，从而快速完成工作信道频点的跳转。
[0029](4)由于无线网卡在跳转到下一个信道频点工作时，在原先受控的信道上无线局域网接入点AP和通信终端STA之间会重新尝试建立连接，因此必须选择恰当的时间间隔进行跳转，在通信建立完成之前跳回重新控制信道。在接入点AP和通信终端STA建立连接前，接入点AP会以广播方式发送信标帧(beacon)供通信终端检测识别，通信终端STA接收到该信标帧后将根据协议与接入点AP协商下一步通信，其中接入点AP广播发送信标帧(beacon)的时间间隔为100ms，如图4所示。另外考虑到一个信道上可能有多台接入点AP工作，该时间间隔将进一步缩小，因此无线网卡控制信道的跳频间隔选取IOms量级较为安全。本方案采用的跳频时间间隔为小于或等于10ms。
[0030](5)由于不同无线网卡的性能不同，导致其频率跳转速率和信道控制信号发送速率产生差异。当需要对全部14个信道同时进行控制时，需要多块无线网卡协同工作。这种工作模式下各网卡需要不间断地在被控制信道上发送数据，以占用信道。由于无线网卡芯片在硬件上固化了 CCA (Clear Channel Assessment,即空闲信道评估)功能,该功能使物理层根据某种条件来判断无线介质的状态，如忙或空闲，若CCA判断信道处于“忙”状态，那么会延迟发射，等待一段时间，直到信道空闲后再发射，这就导致多块网卡间会产生干扰。即工作在相邻信道的两个网卡，其中一个会因检测到另一个先发出的信道控制信号而触发CCA机制，从而延迟发射或不发射，如图5所示。
[0031]本发明通过一控制单元来统一控制多块网卡协同工作，使多块无线网卡同时在对应信道上发射阻断干扰信号，具体过程是:当一块网卡发送完信道控制信号后告知控制单元，控制单元在接收到所有网卡的发送完毕信号后统一控制所有网卡进行信道跳转并控制网卡再次发射信道控制信号，各无线网卡同时发射，同时停止，同时跳转信道频点，从而实现多网卡的统一协同工作和避免CCA机制造成的网卡间干扰。此过程如图6所示。为了保证多块网卡工作的协同性，控制单元通过底层驱动直接对网卡的相应寄存器进行配置，有效提高了指令响应速度并降低了错误率。
【权利要求】
1.一种基于跳频的无线局域网通信信道控制方法，其步骤为: 1)信道控制单元扫描周围的无线局域网环境，选取待控制的信道； 2)信道控制单元采用跳频方法控制无线网卡的工作频点在所选多个信道间循环跳转；其中，该无线网卡在每一所选信道上发送一信道控制信号，跳频的时间间隔小于信道中接入点AP和通信终端STA通信连接建立时间。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述无线网卡跳频的时间间隔小于接入点AP发送用于通信终端STA建立连接的广播发送信标帧的时间间隔。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于所述信道控制单元包括多块无线网卡，并为每一无线网卡分配一组待控制信道；每一无线网卡均采用跳频方法控制其工作频点在所选多个信道间循环跳转。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于所述信道控制单元协调多块所述无线网卡的工作频点跳转；即当一块所述无线网卡发送完信道控制信号后发送一发送完毕信息给所述信道控制单元，所述信道控制单元在接收到所有无线网卡的发送完毕信号后统一控制所有无线网卡进行信道跳转并控制网卡再次发射信道控制信号。
5.如权利要求4所述的方法，其特征在于所述信道控制单元控制各无线网卡同时发射、同时停止、同时跳转信道频点。
6.如权利要求1?5任一所述的方法，其特征在于所述无线网卡跳频的时间间隔为小于或等于IOms0
7.如权利要求1?5任一所述的方法，其特征在于所述信道控制单元按照预定的时间间隙通过底层驱动直接对所述无线网卡的寄存器进行配置，实现所述无线网卡的工作频点在所选多个信道间循环跳转。
【文档编号】H04W76/02GK103607755SQ201310532904
【公开日】2014年2月26日 申请日期:2013年10月31日 优先权日:2013年10月31日
【发明者】祁峰, 朱大立, 朱海涛 申请人:中国科学院信息工程研究所