一种基于前导码的WiFi信道干扰方法及系统
阅读说明：本技术 一种基于前导码的WiFi信道干扰方法及系统 (Lead code based WiFi channel interference method and system ) 是由 李涛 朱瑞驰 俞佳宝 彭林宁 于 2021-09-13 设计创作，主要内容包括：本申请公开了一种基于前导码的WiFi信道干扰方法与系统,该方法通过在指定信道连续发送IEEE802.11协议前导码中的短训练字段(L-STF),使该信道的所有无线局域网设备判断当前信道为忙从而无法利用WiFi进行网络通信。干扰系统可以实现对指定信道进行精确干扰,以及在2.4G或5GWiFi频段下的全频段干扰。指定信道的精确干扰通过扫描当前网络环境中的无线局域网参数,选择干扰目标所在的信道,最后通过功率放大模块放大干扰信号,对该信道进行攻击,使附近该信道的所有无线局域网设备无法进行正常的网络通信,从而有效地消他人利用WiFi窃取隐私安全的可能性。(The method continuously sends a short training field (L-STF) in the preamble of an IEEE802.11 protocol on a designated channel, so that all wireless local area network equipment of the channel judges that the current channel is busy and cannot utilize WiFi to carry out network communication. The interference system can realize accurate interference on a specified channel and full-band interference under a 2.4G or 5GWIFi frequency band. The precise interference of the appointed channel selects the channel where the interference target is located by scanning the wireless local area network parameters in the current network environment, and finally amplifies the interference signal through the power amplification module to attack the channel, so that all the wireless local area network devices nearby the channel can not carry out normal network communication, and the possibility that others steal privacy security by utilizing WiFi is effectively eliminated.)
技术领域
本申请涉及无线网络技术领域，具体涉及一种基于前导码的WiFi信道干扰方法及系统。
背景技术
随着移动互联网的发展与终端数量的持续增多，物联网、人工智能、大数据、边缘计算等技术的应用，无线网络承载力面临着前所未有的需求。同时新冠疫情在世界范围内造成影响的同时，也从另一方面提升了ICT建设的步伐，各主流行业如教育、医疗、制造、金融等都在加快数字化转型的步伐以应对这突如其来的巨大变化，远程办公、线上教育、数字平台、智慧医疗等项目也需要强大的无线网络支撑，而最新一代WiFi设备具有划时代的产品特质，能够面对高速率，智能化，高并发的新型业务需求。
目前消费级WiFi6路由器已然占到14.7％的路由器市场份额，疫情也同样推动了娱乐游戏产业以及数字电视的网络需求，WiFi6也同样为消费级用户提供优质的网络体验。IDC预测，2021年，消费级路由器WiFi 6产品将继续扩大市场份额，在中国市场将达到近8.5亿美元的市场规模。
然而随着WiFi的普及与推广，其暴露出的安全隐患也越来越严重。例如，不法分子会利用WiFi网络连接事先安装的窃听设备，并且不断传输侵犯个人隐私，影响社会安全的保密信息。
针对此类问题，传统的处理方法使用两种干扰信号，第一种干扰信号被称为持续性干扰，干扰的链路层信号由随机的比特流构成，经过物理层调制以及功率放大模块处理后发送出去，第二种干扰信号发被称为欺骗性干扰，干扰信号遵守IEEE802.11协议，通过不间断地发送使干扰帧使发送方设备误以为信道忙碌而无法发送数据，最终起到阻塞信道的效果。然而这两种方法都具有功耗大，干扰效果不明显，无法实现对全频段覆盖的缺点。
因此，存在对于指定信道的有效干扰方法以及针对2.4G或5G全频段干扰的总体需求，存在对较低功耗、实现稳定持续WiFi信道干扰的完整系统的总体需求。
发明内容
为解决上述问题，本发明公开了一种基于前导码的WiFi信道干扰方法，分为获取当前环境WiFi网络参数，生成L-STF干扰信号，在目标信道持续发送干扰信号三个步骤，其中：
获取当前环境WiFi网络参数包括扫描WiFi信道，获取becon帧，解析becon帧，获取WiFi设备的相关信息。
生成L-STF干扰信号包括生成L-STF时域信号，将生成的信号放入存储器中。
在目标信道发送干扰信号包括在指定信道发送干扰信号、在全频段发送干扰信号。
本发明进一步改进在于：所述获取当前环境WiFi网络参数具体步骤为：使用无线网卡扫描周围的无线网络环境，对每个信道轮流进行扫描，获取不同WiFi设备发送的becon帧，遵循IEEE802.11协议解析becon帧，获取不同WiFi设备的SSID以及所在信道。
本发明进一步改进在于：所述生成L-STF干扰信号具体方法为：遵循IEEE802.11协议，使用到OFDM中的12个子载波，使用逆傅里叶变换函数生成时域信号，生成的时域信号重复10次构成前导码中的L-STF帧，持续时间为8us。
本发明进一步改进在于：对指定频段进行干扰的具体方法为：通过获取附近目标WiFi设备所在信道，在目标信道上持续发送干扰信号。
本发明进一步改进在于：对全频段进行干扰具体方法为：在2.4g频段中，需要在3、7、11三个信道上发送L-STF干扰信号即可实现全频段的信号覆盖。在5g频段中，需要在13个信道上发送L-STF干扰信号即可实现全频段的信号覆盖。
一种基于前导码的WiFi信道干扰系统，包括：
输入单元：用于选择需要发送干扰的目标，在干扰目标所在的信道发送干扰信号；用于选择全频段干扰。
显示单元：用于显示扫描到无线设备的SSID以及所在信道。
存储器：用于存储完整的干扰程序以及干扰信号的时域采样值，干扰程序实现了基于前导码的WiFi信道干扰方法，包括获取当前环境WiFi网络参数，生成L-STF干扰信号，在目标信道持续发送干扰信号三个步骤。
处理器：与各个模块进行通信，执行存储器中的干扰程序。
WiFi信号捕获模块：用于扫描并捕获空间中不同信道上无线设备发送的becon帧，并且将解析后的becon帧传送到处理器。
干扰信号输出模块：用于在指定信道输出L-STF干扰信号，多个输出模块可以在多个信道并行输出干扰信号。
干扰信号放大模块：用于放大干扰信号功率，提升干扰效果、干扰范围，实现穿墙干扰，放大模块与输出模块数量一致。
本发明的有益效果：
相对于传统的WiFi干扰方法，能够以更低的信号能量阈值触发无线设备的CCA机制，使无线设备判断信道忙碌从而无法正常通信，因此对干扰信号强度要求较低，对干扰设备功耗要求大幅下降，干扰效果明显以及具备一定的穿墙干扰效果。
附图说明
图1为基于前导码的WiFi信道干扰方法流程框图；
图2为干扰方法具体实现流程框图；
图3为基于前导码的WiFi信道干扰系统结构框图；
图4为L-STF干扰信号时域波形图；
图5为2.4GWiFi信道干扰覆盖示意图；
图6为IEEE802.11ac物理层分组结构图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。需要说明的是，下面描述中使用的词语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”和“下”指的是附图中的方向，词语“内”和“外”分别指的是朝向或远离特定部件几何中心的方向。
如图1所示，一种基于前导码的WiFi信道干扰方法，分为获取当前环境WiFi网络参数，生成L-STF干扰信号，在目标信道持续发送干扰信号三个步骤。
获取当前环境WiFi网络参数包括扫描WiFi信道，获取becon帧，解析becon帧，获取WiFi设备的相关信息。
生成L-STF干扰信号包括生成L-STF时域信号，用10个重复序列构成完整信号。
在目标信道发送干扰信号包括在指定信道发送干扰信号，在全频段发送干扰信号。
如图2所示，具体实现方法如下：
扫描周围无线网络环境，对每个信道进行扫描，获取不同WiFi设备发送的becon帧，解析becon帧获取不同WiFi设备的SSID和所在信道，具体步骤如下：
(1)首先使用无线网卡扫描周围的无线网络环境；
(2)对每个信道轮流进行扫描；
(3)获取不同WiFi设备发送的becon帧；
(4)遵循IEEE802.11协议解析becon帧；
(5)获取不同WiFi设备的SSID以及所在信道；
(6)通过显示单元输出SSID与所在信道。
如图6所示，L-STF干扰信号属于IEEE802.11物理层前导码的一部分，一般用来包检测，粗同步，自动增益控制，本发明利用该信号的CCA信道空闲检测机制，在载波监听中触发信道为忙碌状态。
生成L-STF干扰信号具体方法为：遵循IEEE802.11协议，使用到OFDM中的12个子载波，使用逆傅里叶变换函数生成时域信号，生成的时域信号重复10次构成前导码中的L-STF帧信号，干扰信号持续时间为8us,生成干扰信号的时域波形如图4所示，具体步骤如下：
(1)定义子载波序列L_STF＝[0,0,0,0,0,0,0,0,1+1i,0,0,0,-1-1i,0,0,0,1+1i,0,0,0,-1-1i,0,0,0,-1-1i,0,0,0,1+1i,0,0,0,0,0,0,0,-1-1i,0,0,0,-1-1i,0,0,0,1+1i,0,0,0,1+1i,0,0,0,1+1i,0,0,0,1+1i,0,0,0,0,0,0,0]；
(2)对其进行逆傅里叶运算，得到时域信号L_STF_time，L_STF_time为16个元素一重复长度为64的序列，即包含4个重复序列：
L_STF_time＝ifft(L_STF,64)；
(3)对这个序列进行拼接，得到含10个重复码元的序列，即为最终的L-STF序列：
L_STF_time＝[L_STF_time,L_STF_time,L_STF_time(1:32)]；
使用者通过输入单元选择对指定的信道进行干扰或者对全频段进行干扰。
对指定频段进行干扰具体方法为：以20Mhz的采样速率输出生成的干扰信号，中心频率为所在频段的中心频率。
对全频段进行干扰具体方法为：在2.4g频段中，如图5所示，需要在3、7、11三个信道上发送L-STF干扰信号即可实现全频段的信号覆盖。在5g频段中，以中国为例，需要在13个信道上发送L-STF干扰信号即可实现全频段的覆盖。
如图3所示，本发明还提供了一种基于前导码的WiFi信道干扰系统，包括：
输入单元：用于选择需要发送干扰的目标，在干扰目标所在的信道发送干扰信号；选择全频段干扰。
显示单元：用于显示扫描到的无线设备的SSID以及所在信道。
输入单元和显示单元采用电容触摸屏，处理器通过串口通信将需要显示的数据发送到触摸屏，通信流程遵循电容触摸屏的通信协议。当使用者选择需要干扰的信道时，触摸屏将选择的结果通过串口通信传送到处理器。
处理器：与各个模块进行通信，执行存储器中的干扰程序。
存储器：用于存储完整的干扰程序以及干扰信号的时域采样值，干扰程序实现了基于前导码的WiFi信道干扰方法，包括获取当前环境WiFi网络参数，生成L-STF干扰信号，在目标信道持续发送干扰信号三个步骤，干扰信号数据存储形式为160个单精度浮点数。
WiFi信号捕获模块：用于扫描并捕获空间中不同信道上无线设备发送的becon帧，并且将解析后的becon帧传送到处理器，本发明使用支持IEEE802.11ac协议的WiFi网卡用来捕获空间中的WiFi信号，网卡按照IEEE802.11协议对数据进行解析。
干扰信号输出模块：用于在指定信道输出L-STF干扰信号，多个输出模块可以在多个信道并行输出干扰信号，输出模块使用支持WiFi2.4g或5g频段的射频芯片，芯片的信号输出带宽至少为20MHz。
干扰信号放大模块：用于放大干扰信号功率，提升干扰效果、干扰范围，实现穿墙干扰，放大模块与输出模块数量一致，信号放大模块包括功率放大电路以及发射天线，功率放大电路实现对2.4g或5g频段高频信号功率放大，天线实现电路信号到电磁波信号的转化。
本发明方案所公开的技术手段不仅限于上述实施方式所公开的技术手段，还包括由以上技术特征任意组合所组成的技术方案。
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