无线系统防护时间参数自动探测方法与流程

本发明属于无线路由器防护时间技术领域，具体是无线系统防护时间参数自动探测方法。

背景技术：

目前市场上的无线路由器无线工作站具有丰富的参数配置。基于ofdm调制技术的802.11a、802.11n、802.11ac、802.11ax都有一个称为防护时间(gi-guardinterval)的参数。802.11a使用固定的防护时间为800ns；802.11n、802.11ac具有两个可选的防护时间400ns和800ns。最新推出的802.11ax标准(也称为wifi6)则具有三个可选的防护时间，分别为800ns、1.6μs和3.2μs。

不同的防护时间与无线信道利用率有直接关系。理论上，防护时间越短，信道利用效率越高。反之，防护时间越长，信道利用率越低。然而防护时间的选择还受到环境的影响。在开放空间环境下，使用短的防护时间对符号间干扰较低。在狭小的房间办公室环境下，使用短的防护时间可能引起严重的符号间干扰，导致最早错包率提升反而降低信道利用率。

大多数无线路由器提供防护时间配置，一旦配置，无线系统使用固定的用户设置的防护时间。而且这种设置往往是全局的，对各个无线工作站都有效。实际环境中无线工作站相对于无线路由器的位置，两者之间的无线电波路径各部相同。这种全局的设置不能带来灵活的，最优的结果。

现有技术面临的问题是：不具备专业知识的用户不清楚防护时间的概念，更无法对实际环境做出有效评估而做出正确的防护时间选择。在环境发生变化时，无线系统也无法自动的适配环境调整无线系统所使用的防护时间。即便是具有无线知识的工程师，也无法对环境做出评估，也难以使用仪器测量和观察防护时间选择对无线调制信号的符号间干扰造成的影响。工程师往往本能的选择短的防护时间，以期许获得高的信道利用率和吞吐量，而忽略了短的防护时间可能引起严重的符号间干扰导致帧损毁。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供无线系统防护时间参数自动探测方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种无线系统防护时间参数自动探测方法，具体步骤如下：

步骤1：发送端和接收端发生无线关联，通过认证；

步骤2：发送端向接收端发送一连串固定速率，固定帧长度的探测数据报文；接收端对收到的报文进行应答；发送端记录每个探测数据报文的应答信息；发送端然后统计错包率；发送端遍历收发双方均支持的防护时间，重复上述步骤，收集各个防护时间对应的错包率；最后选择错包率最低的防护时间，作为后续的发送正常数据报文的防护时间设定；如果各防护时间所探测得到的错包率一致，则选用较短的防护时间，获得最佳防护时间设置；

步骤3：发送端启动自动探测定时器；清除常规数据报文错包率统计计数；

步骤4：自动探测定时器到期，如果期间发送的常规数据报文的错包率高于预设阈值，则调转到步骤2，进行重新探测以获得最优的防护时间；如果期间发送的常规数据报文的错包率低于预设阈值，则调转到步骤3，无需重新探测，进入下一周期的错包率统计。

作为本发明的进一步方案：所述步骤2中自动探测处理中，探测数据报文的帧长度提供默认值，同时也可提供配置接口；探测数据报文的发送速率采用固定速率。

作为本发明的进一步方案：针对所连接的各个无线终端，本发明维护独立的探测定时器

作为本发明的再进一步方案：提供用户接口进行调整错包率阈值。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1.本发明在建立无线连接时进行探测，也可以在运行阶段探测，提供动态的、无需用户干预，并且使用正确防护时间参数。

2.本发明不需要真正的评估环境对电磁波的时延和调制信号中符号间的干扰造成的影响。

3.本发明能够动态的调整防护时间的选用，具有环境自适应功能；根据环境变化，总能选择较优的防护时间配置，降低错包率和数据报文重发可能性，进而封包降低时延并提升整体吞吐量性能。

4.本发明对各个无线终端的无线链路上所使用的防护时间是独立维护和探测的，具有很好的灵活性和适用性。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为自动探测操作的流程图。

图2为无线系统防护时间参数自动探测方法的流程图。

图3为图2探测过程的逻辑图。

图4为自动探测报文格式示意图。

图5为framecontrol字段的格式图。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。

请参阅图1-2，一种无线系统防护时间参数自动探测方法，具体步骤如下：

步骤1：发送端和接收端发生无线关联，通过认证；

步骤2：发送端执行自动探测操作，获得最佳防护时间设置；

步骤3：发送端启动自动探测定时器；定时器默认时长为1分钟，清除常规数据报文错包率统计计数；针对所连接的各个无线终端，本发明维护独立的探测定时器；

步骤4：自动探测定时器到期，如果期间发送的常规数据报文的错包率高于预设阈值，则调转到步骤2，进行重新探测以获得最优的防护时间；如果期间发送的常规数据报文的错包率低于预设阈值，则调转到步骤3，无需重新探测，进入下一周期的错包率统计。

本发明默认的错包率阈值为30％。提供用户接口进行调整错包率阈值。

所述自动探测的核心处理如下：

(a)无线发送端向接收端发送一连串固定速率，固定帧长度的探测数据报文；接收端对收到的报文进行应答；发送端记录每个探测数据报文的应答信息；发送端然后统计错包率；本实施例中一组探测数据报文个数默认为20，且提供用户接口，以便于进行调整探测组报文个数；

(b)发送端遍历收发双方均支持的防护时间，重复上述步骤，收集各个防护时间对应的错包率；最后选择错包率最低的防护时间，作为后续的发送正常数据报文的防护时间设定；如果各防护时间所探测得到的错包率一致，则选用较短的防护时间。

上述自动探测的核心处理中，探测数据报文的帧长度提供默认值，同时也可提供配置接口。

探测数据报文的发送速率采用固定速率，参数为：16qam编码，编码率r为1/2，一个空间流。此速率条件下，一个ofdm符号可以编码13bytes，由于协议规定要求11ax、11ac向后兼容于11n，因此发送探测数据报文的模式统一使用11n模式，以简化本实施例的实现。

本实施例中的自动探测过程逻辑如图3所示。

自动探测报文格式如图4所示，自动探测报文格式的各个字段具体是：

framecontrol字段：格式如图5所示，本实施例使用dataframe(type和subtype分别为00’b和0000’b)，根据协议要求，接收方收到该探测报文之后需要回送ack，探测报文仅用于是两个无线节点之间，因此tods＝fromds＝0’b；探测报文不分片，不重试，不改变节电模式，不使用加密。

duration字段：表示发送帧所需要的无线媒介时间，发送时由硬件填充。

address1字段：无线接收端的物理地址。即被探测对象的物理地址。

address2字段：无线发送端的物理地址。即主动探测者的物理地址。

sequencecontrol字段：借由无线驱动程序自行维护的序列号。

framebody字段：该字段值填充理论上可以随机。为了保持一致，本发明填充为全0。

fcs字段：由发送者硬件模块计算填充。

由于，从正面的去估计环境对符号间干扰的影响在实际运用中困难重重，并且无线站点具有移动性进一步加重这种难度。因此，本发明使用探测的方法，通过不同防护时间的选择对，造成的错包率结果不同进行评估，利用反馈的机制避开了正面评估环境对符号间干扰的困难；在探测操作中，使用了基本满足唯一变量原则，通过变化防护时间的设定，是短时间内，发送固定速率固定帧长的探测数据报文。如果接收端正确接收了发送端发送的探测报文，接收端将作出应答。如果接收端无法正确接收探测报文，说明设定的防护时间增加了符号间干扰，导致接收端收到错包，接收端将不会回送应答信号。

本发明是发送端的一种主动优化行为，借助802.11协议并选择需要接收端作出应答的数据报文作为探测数据报文，因而不需要修改接收端软件功能，也就是说发送端实现本发明的功能对于接收端而言是透明的。

以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。