具有自适应频道选择的无线路由器操作方法与流程

本发明涉及网络信号处理领域，尤其涉及具有自适应频道选择的无线路由器操作方法。

背景技术：

1、随着现代社会信息技术的不断发展，无线网络在现代社会中得到了越来越多的使用，为了将无线数据传输到人们居住的环境中，通常需要使用到无线路由器，无线路由器是连接两个或多个网络的硬件设备，在网络间起网关的作用，是读取每一个数据包中的地址然后决定如何传送的专用智能性的网络设备。

2、在当前的无线网络环境中，无线路由器可能会遭遇信号干扰问题，这主要是由于无线路由器在固定频道工作，而周围的设备可能会在相同或者相邻频道进行工作，从而导致信号冲突和互相干扰。传统无线路由器的频道选择技术缺乏灵活性和自适应性，不能有效地适应复杂的网络环境，因此，我们急需发展一种新的无线路由器操作方法，以提高网络性能和用户体验。

技术实现思路

1、为了解决上述问题，本发明提出具有自适应频道选择的无线路由器操作方法，以更加确切地解决所述传统无线路由器的频道选择技术缺乏灵活性和自适应性，不能有效地适应复杂的网络环境的问题。

2、本发明通过以下技术方案实现的：具有自适应频道选择的无线路由器操作方法，其特征在于，包括以下步骤：

3、对无线路由器进行监控，包括但不限于无线环境的信号强度、网络干扰等级、设备数量及频道使用状况；

4、将收集到的数据建立无线传播模型，模拟各种频道选择与切换的可能场景；

5、设定奖励函数并利用q-learning算法进行模型强化训练；

6、使用未涉及的数据对强化后的模型进行验证和测试；

7、将验证和测试后的模型部署到无线路由器中；

8、定期对模型进行更新和维护，包括重新收集数据及再次训练。

9、进一步的，所述对无线路由器进行监控，包括但不限于无线环境的信号强度、网络干扰等级、设备数量及频道使用状况的具体操作为：通过无线路由器的接口(如web界面或api)查看连接设备的信号强度；通过监听802.11无线网络的管理帧或者使用无线网络分析工具(如wi-fi analyzer)来测试网络干扰等级；通过检查路由器的dhcp客户端列表或arp表来得知与路由器连接的设备数量；通过路由器的管理界面获取频道使用状况。

10、进一步的，所述将收集到的数据建立无线传播模型，模拟各种频道选择与切换的可能场景的具体操作为：收集来自无线传播设备的相关数据，包括但不限于传输强度、频道的使用情况、噪音等级，根据收集的数据使用matlab或python的scipy库建立无线传播模型，使用已收集的数据对模型进行验证，模型验证无误后，根据无线信号环境和无线设备性能模拟无线频道的切换场景，对模拟得出的结果进行分析和解释，进一步优化无线传播模型或者无线设备的频道选择。

11、进一步的，所述使用未涉及的数据对强化后的模型进行验证和测试的具体操作为：在收集的总数据中选择80％的数据作为训练数据集，另外20％作为测试数据集，所述测试数据集即为未涉及的数据，使用训练数据集对强化后的模型进行训练，并通过损失函数来评估模型的表现，使用交叉验证的方式进行模型有效性的初步检验，如k-fold交叉验证，完成模型训练后，使用测试数据集来进行模型的最终验证，根据测试结果，进行模型调整和优化。

12、进一步的，所述将验证和测试后的模型部署到无线路由器中的具体操作如下：转换模型:将模型转换为路由器能够理解并运行的格式；创建固件:创建一个包含模型的自定义固件；固件测试:在将新固件上传到路由器之前，首先在控制环境中进行测试；上传固件:将新的固件通过路由器的管理界面上传到路由器；应用和重启:应用新的固件并重启路由器，确保新的设置生效；优化和更新固件:根据实际效果调整模型，更新固件。

13、进一步的，所述设定奖励函数的具体步骤为：设定奖励函数r(s,a,s')，其中s代表当前状态，a代表路由器的动作，s'代表新的状态，根据s，a和s'的善后情况制定以下奖励策略：

14、r(s,a,s')＝w1*δsnr+w2*δnli-w3*c

15、其中：

16、δsnr＝snr(s')-snr(s)代表在行动a后信噪比的变化量；

17、δnli＝nli(s)-nli(s')代表在行动a后网络干扰水平的变化量；

18、c为切换频道可能产生的成本；

19、w1,w2,w3为权重因子。

20、进一步的，所述q-learning算法的公式如下：

21、q(s,a)←q(s,a)+α*[r+γ*max q(s',a')-q(s,a)]

22、其中：

23、s为当前状态；

24、a为基于当前状态的行动；

25、r为行动的立即奖励；

26、s'为行动后的新状态；

27、max q(s',a')为在新状态下，对所有可能行动a'的q值取最大，代表在新状态下可能获得的最大预期奖励；

28、α为学习率；

29、γ为折扣因子。

30、本发明的有益效果：本发明提出的具有自适应频道选择的无线路由器操作方法，可以根据无线环境的频道占用情况，结合无线路由器自身的信号处理能力、硬件配置信息，使用q-learning算法、训练和强化模型进行最佳频道的选择和切换，实现自适应频道选择，提供稳定、高效的无线网络服务，本发明方法不仅提高了无线网络的稳定性和网络质量，而且大大降低了无线路由器的人工维护需求和成本，提高用户的便利性，自适应选择与切换频道的实现，使得无线网络能在复杂的网络环境下自主并有效地运行。

技术特征：

1.具有自适应频道选择的无线路由器操作方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的具有自适应频道选择的无线路由器操作方法，其特征在于，所述对无线路由器进行监控，包括但不限于无线环境的信号强度、网络干扰等级、设备数量及频道使用状况的具体操作为：通过无线路由器的接口(如web界面或api)查看连接设备的信号强度；通过监听802.11无线网络的管理帧或者使用无线网络分析工具(如wi-fianalyzer)来测试网络干扰等级；通过检查路由器的dhcp客户端列表或arp表来得知与路由器连接的设备数量；通过路由器的管理界面获取频道使用状况。

3.根据权利要求1所述的具有自适应频道选择的无线路由器操作方法，其特征在于，所述将收集到的数据建立无线传播模型，模拟各种频道选择与切换的可能场景的具体操作为：收集来自无线传播设备的相关数据，包括但不限于传输强度、频道的使用情况、噪音等级，根据收集的数据使用matlab或python的scipy库建立无线传播模型，使用已收集的数据对模型进行验证，模型验证无误后，根据无线信号环境和无线设备性能模拟无线频道的切换场景，对模拟得出的结果进行分析和解释，进一步优化无线传播模型或者无线设备的频道选择。

4.根据权利要求1所述的具有自适应频道选择的无线路由器操作方法，其特征在于，所述使用未涉及的数据对强化后的模型进行验证和测试的具体操作为：在收集的总数据中选择80％的数据作为训练数据集，另外20％作为测试数据集，所述测试数据集即为未涉及的数据，使用训练数据集对强化后的模型进行训练，并通过损失函数来评估模型的表现，使用交叉验证的方式进行模型有效性的初步检验，如k-fold交叉验证，完成模型训练后，使用测试数据集来进行模型的最终验证，根据测试结果，进行模型调整和优化。

5.根据权利要求1所述的具有自适应频道选择的无线路由器操作方法，其特征在于，所述将验证和测试后的模型部署到无线路由器中的具体操作如下：转换模型:将模型转换为路由器能够理解并运行的格式；创建固件:创建一个包含模型的自定义固件；固件测试:在将新固件上传到路由器之前，首先在控制环境中进行测试；上传固件:将新的固件通过路由器的管理界面上传到路由器；应用和重启:应用新的固件并重启路由器，确保新的设置生效；优化和更新固件:根据实际效果调整模型，更新固件。

6.根据权利要求1所述的具有自适应频道选择的无线路由器操作方法，其特征在于，所述设定奖励函数的具体步骤为：设定奖励函数r(s,a,s')，其中s代表当前状态，a代表路由器的动作，s'代表新的状态，根据s，a和s'的善后情况制定以下奖励策略：

7.根据权利要求1所述的具有自适应频道选择的无线路由器操作方法，其特征在于，所述q-learning算法的公式如下：

技术总结
本发明提出具有自适应频道选择的无线路由器操作方法，通过以下技术方案实现：对无线路由器进行监控、将收集到的数据建立无线传播模型、设定奖励函数并利用Q‑Learning算法进行模型强化训练、使用未涉及的数据对强化后的模型进行验证和测试、将验证和测试后的模型部署到无线路由器中、定期对模型进行更新和维护，包括重新收集数据及再次训练；本发明提出的具有自适应频道选择的无线路由器操作方法，能够实现自适应频道选择，提供稳定、高效的无线网络服务，不仅提高了无线网络的稳定性和网络质量，而且大大降低了无线路由器的人工维护需求和成本，提高用户的便利性，自适应选择与切换频道的实现，使得无线网络能在复杂的网络环境下自主并有效地运行。

技术研发人员：沈贤明
受保护的技术使用者：深圳宏晟智联电子科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16