一种基于Wi-Fi无线通信技术的抗干扰方法与流程

本发明属于物联网及无线通信领域，具体为一种基于wi-fi无线通信技术的抗干扰方法。

背景技术：

1、wi-fi技术是一种短距离，高速率，高稳定性的无线通信技术，发展至今已经衍生了多种无线通信协议，通信频段包括2.4ghz以及5ghz频段，wi-fi通信技术包含两种基本通信设备，一种称为无线热点(ap)，另一种称为站点，站点基本作为终端，而ap点可以作为网关或网桥，一般一个wi-fi网络中包括一个无线热点和多个无线站点，随着wi-fi技术的发展，无线热点与路由器集合在了一起，同时也包含了网关的功能。在物联网领域中，wi-fi技术广泛用于各个终端设备的信息传输，有较好的稳定性和经济性。

2、在一些高密度物联网终端的场景中，大量的wi-fi设备间的通信面临两个主要问题，其一是信道资源分配的问题，由于wi-fi通信过程中每个信道带宽较大，而且信道数量有限，因此信道资源分配是密集终端场景中wi-fi通信稳定性的重要研究方向，其次是网络传输速率以及网络吞吐量的问题，直接影响物联网中的功能实现。

3、影响数据传输的速率有很多因素，如数据编码方式、调制方式和带宽大小等，同时使用bpsk、qpsk、16qam以及64qam四种编码方式以及ofdm调制方式的不同都会影响数据速率，数据传输速率是无线传感器网络的吞吐量的重要影响因素。

4、根据文献描述，在存在持续干扰的物联网场景中，wi-fi传输在不同的信噪比下传输特性不同，并且存在最优传输速率，使用该传输速率，可以使网络具有一个较大的吞吐量以及有较为稳定的信息传输。

5、针对较多终端场景下单热点场景中的信道资源分配问题，以及考虑多个影响因素对wi-fi通信吞吐量的影响问题，设计了一种信道退避策略以及一种可变传输速率的抗干扰策略，来避免干扰的影响。这些影响因素这个最主要的是站点数据传输过程中内部串扰导致的传输失败的情况。针对这个问题，目前常见的速率调整算法有自动速率回退算法，碰撞感知速率自适应算法，鲁棒速率适应算法等，除此之外，还有rts/cts访问机制的自适应控制等等，这些算法主要是是在网络运行过程当中对传输数据的情况进行统计，然后根据其传输数据的成功率、丢包率和时延等信息来对网络的传输速率进行调整。

技术实现思路

1、针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种基于wi-fi无线通信技术的抗干扰方法，通过合理的方法来分配信道，避免装置内部产生干扰，有效提高装置的稳定性；通过设置不同的传输速率，来有效降低同频段其他信号源产生的干扰，有效提高装置信息传输速率，提高在复杂环境中wi-fi通信的稳定性，降低同频段其他信道或其他wi-fi装置产生的干扰，使网络具有更好的抗干扰特性以及更大的吞吐量。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于wi-fi无线通信技术的抗干扰方法，包括信道选择和数据传输速率调整；首先是信道退避策略，该策略用于热点和站点通信时选择较优的无线通信信道；其次是可变速率抗干扰策略，根据基础实验评估了不同干扰下网络的吞吐量性能；并对不同传输速率下网络吞吐量进行计算，得到不同速率下网络的吞吐量，并将所设计的可变速率抗干扰策略应用于这类场景中。

3、优选地，信道退避策略以及可变速率抗干扰策略主要包括以下几个步骤：

4、步骤一、首先将不同信噪比下网络的最佳传输速率算出，并将其存入到站点中，以供站点在不同信噪比环境下选择最佳的信息传输速率；

5、步骤二、站点完成初始化后，选择信道并与热点通信，当信道已经被占用时，选择信道退避策略，更换其他信道，否则继续进行无线通信；

6、步骤三、信道退避策略主要采用一种hash算法，用于进行单热点环境中的信道资源分配；

7、步骤四、站点在与热点建立连接，进行数据传输时，会先对应用场景中的信噪比进行感测，并每间隔一段时间t进行重复感测，以保证可以较好的控制信息传输速率，然后根据存储的不同信噪比下的最佳传输速率设置本站点的数据传输速率，并开始信息传输过程；

8、步骤五、在感测场景中的信噪比的周期内，会保持预设的传输速率进行数据传输。

9、优选地，信道退避策略主要是通过合理设置，使所有wi-fi网络中的站点使用的信道维护相同的一致性hash环形空间([0,232-1])，有效避免了同步分配结果时的复杂通信过程，同时，对不同的设备的信道资源分配设置权重，保证网络中重要的站点获得更好的网络通信质量。

10、优选地，信道退避策略按某一方向查找，并为wi-fi设备分配相应权重的信道；信道退避策略严格遵守避让冲突的原则，相邻wi-fi站点严格保持安全的信道中心频点距离；相邻信道的同频占用和临频使用都被视为分配冲突。

11、优选地，所述步骤二中站点完成初始化后，选择信道并尝试与热点通信，当出现信道被干扰或者信道被其他wi-fi设备占用时，信道3同时被wi-fi装置1和wi-fi装置2使用，站点运行信道退避策略，按照顺时针方向更换其他信道，即wi-fi装置2会进行调换，从信道4开始尝试，直至有无干扰或干扰较小的信道供使用；若没有干扰或者占用则继续在该信道工作，继续进行无线通信。

12、优选地，所述步骤五中经过时间t后，重复感测场景中的信噪比，并根据信噪比数据和站点中存储的数据重新设置无线传输速率，在两次信噪比数据获取的时间内，wi-fi通信会保持预设的传输速率进行数据传输。

13、本发明通过合理的方法来分配信道，避免装置内部产生干扰，有效提高装置的稳定性；通过设置不同的传输速率，来有效降低同频段其他信号源产生的干扰，有效提高装置信息传输速率，提高在复杂环境中wi-fi通信的稳定性，降低同频段其他信道或其他wi-fi装置产生的干扰，使网络具有更好的抗干扰特性以及更大的吞吐量。

技术特征：

1.一种基于wi-fi无线通信技术的抗干扰方法，其特征在于：包括信道选择和数据传输速率调整；首先是信道退避策略，该策略用于热点和站点通信时选择较优的无线通信信道；其次是可变速率抗干扰策略，根据基础实验评估了不同干扰下网络的吞吐量性能；并对不同传输速率下网络吞吐量进行计算，得到不同速率下网络的吞吐量，并将所设计的可变速率抗干扰策略应用于这类场景中。

2.根据权利要求1所述的一种基于wi-fi无线通信技术的抗干扰方法，其特征在于：信道退避策略以及可变速率抗干扰策略主要包括以下几个步骤：

3.根据权利要求1所述的一种基于wi-fi无线通信技术的抗干扰方法，其特征在于：信道退避策略主要是通过合理设置，使所有wi-fi网络中的站点使用的信道维护相同的一致性hash环形空间([0,232-1])，有效避免了同步分配结果时的复杂通信过程，同时，对不同的设备的信道资源分配设置权重，保证网络中重要的站点获得更好的网络通信质量。

4.根据权利要求1所述的一种基于wi-fi无线通信技术的抗干扰方法，其特征在于：信道退避策略按某一方向查找，并为wi-fi设备分配相应权重的信道；信道退避策略严格遵守避让冲突的原则，相邻wi-fi站点严格保持安全的信道中心频点距离；相邻信道的同频占用和临频使用都被视为分配冲突。

5.根据权利要求1所述的一种基于wi-fi无线通信技术的抗干扰方法，其特征在于：所述步骤二中站点完成初始化后，选择信道并尝试与热点通信，当出现信道被干扰或者信道被其他wi-fi设备占用时，信道3同时被wi-fi装置1和wi-fi装置2使用，站点运行信道退避策略，按照顺时针方向更换其他信道，即wi-fi装置2会进行调换，从信道4开始尝试，直至有无干扰或干扰较小的信道供使用；若没有干扰或者占用则继续在该信道工作，继续进行无线通信。

6.根据权利要求1所述的一种基于wi-fi无线通信技术的抗干扰方法，其特征在于：所述步骤五中经过时间t后，重复感测场景中的信噪比，并根据信噪比数据和站点中存储的数据重新设置无线传输速率，在两次信噪比数据获取的时间内，wi-fi通信会保持预设的传输速率进行数据传输。

技术总结
本发明公开了一种基于Wi‑Fi无线通信技术的抗干扰方法，包括信道选择和数据传输速率调整；首先是信道退避策略，该策略用于热点和站点通信时选择较优的无线通信信道；其次是可变速率抗干扰策略，根据基础实验评估了不同干扰下网络的吞吐量性能；并对不同传输速率下网络吞吐量进行计算，得到不同速率下网络的吞吐量。本发明通过合理的方法来分配信道，避免装置内部产生干扰，有效提高装置的稳定性；通过设置不同的传输速率，来有效降低同频段其他信号源产生的干扰，有效提高装置信息传输速率，提高在复杂环境中Wi‑Fi通信的稳定性，降低同频段其他信道或其他Wi‑Fi装置产生的干扰，使网络具有更好的抗干扰特性以及更大的吞吐量。

技术研发人员：唐志鹏,姚海燕,魏佳栋,顾越,丁力,张寒静,卢金铖
受保护的技术使用者：杭州电力设备制造有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15