CN103179663A - 接入点选择作业信道的方法及选择作业信道的接入点 - Google Patents

Abstract

一种用于接入点（AP）选择作业信道的方法及一种被配置成选择作业信道的接入点（AP）。所述方法包括：AP从至少一个邻近AP接收统计数值和性能信息；所述AP基于所述信息选择所述AP的作业信道；以及所述AP切换作业信道至所选择的信道。所述AP包括：用于从至少一个邻近AP接收统计数值和性能信息的装置；用于基于所述信息选择所述AP的作业信道的装置；以及用于切换作业信道至所选择的信道的装置。

Description

接入点选择作业信道的方法及选择作业信道的接入点

本申请是申请号为200480028023.8、申请日为2004年11月23日、名称为“最佳化存取点信道选择的无线通信方法及装置”的中国发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明有关一种无线通信系统。更具体说，本发明有关为一接入点（AP）选择最适合的作业信道。

背景技术

一无线通信系统运作所在的一无线电链路的条件可能在任何时间改变。由于一无线发射/接收单元（WTRU）是移动的，该WTRU视其位置而定可能脱离或是在一或多个AP的范围内。

一通信系统的容量有时会因为频宽考量而受限。可供通信系统联络数据使用的通信信道的频宽容量是有限的，且必须分摊于多个AP及可携式WTRU。

当今有多种架构被用来提高无线通信系统的容量。信道（亦即频率）选择是这种架构中的一种，借以让一网络内的一个或多个AP选择一个或多个信道以与其它相关WTRU通信。AP信道选择的协调一般是以手动方式进行。但是，要响应于网络配置中的每一小变化以手动方式协调信道选择是非常不切实际的，因为这可能导致所有AP的一重新设计和重新配置。未经许可的频谱和外部干扰源也会造成手动协调无法充分解决的问题。此外，难以借助手动信道选择方式分配信道以使得相邻AP的业务负载以一最大化整体系统容量的方式在可用信道中共享。

现有架构在有多个AP试图同时开机之时会遭遇另一问题。当一网络内发生此情况，所有AP尝试在相同时间做出一信道选择。因此，AP的信道选择不会是最佳的，因为每一AP并未将邻近AP的信道选择考虑在内。

自动地最佳化信道选择以避免与现有手动信道选择过程相关的前述问题的方法及装置会是极为有利的。

发明内容

本发明有关一种最佳化一AP的信道选择的无线通信方法及装置。该装置可为一AP和/或一集成电路（IC）。

信道选择最佳化过程包含四个子过程：1）一测量过程；2）一候选信道确定过程；3）一信道选择过程；及4）一信道更新过程。确定用于支持由该AP执行的通信的候选信道。如果每一候选信道的测得干扰小于一已确定最大容许干扰，则该候选信道选自一可容许信道集合（ACS）。

附图说明

以下将以举例方式提结合附图对本发明进行详细说明已对于本发明能更为清楚的了解，附图中：

图1是一依据本发明的一无线通信系统的方块图；

图2是一依据本发明一实施例的一信道最佳化过程的流程图；以及

图3A和图3B是连在一起的，其为一依据本发明另一实施例的一信道选择过程的详细流程图。

具体实施方式

在下文中，术语“WTRU”包含但非局限于一用户设备（UE）、一移动站、固定或移动用户单元、寻呼机、或任何其它类型的能够在一无线环境中运作的装置。

在下文中，术语“AP”包含但非局限于一接入点、一基站、B节点、站点控制器、或在无线环境中任何其它类型的接口装置。

本发明的特征可被并入一IC内或被建构在一包括多个互连组件的电路内。

如下所述，本发明大体上可应用于无线局域网络（WLAN）技术，譬如大体上应用于IEEE802.11及ETSI HyperLAN规范，然而还可将其应用在其它限制干扰的无线系统（譬如IEEE802.15及IEEE802.16）。

图1是一依据本发明的无线通信系统100的方块图。无线通信系统100包括一AP105及多个WTRU110a-110n。AP105经由一天线120通过一无线链路115与WTRU110a-110n通信。AP105包含一收发信机125、一信道选择器130、一测量单元135、一功率控制器140、一定时器145及一存储器150。收发信机125经由天线120向WTRU110a-110n传送信号115a-115n，以及从该WTRU110a-110n接收信号115a-115n。

信道选择器130选择一用来与每一WTRU110a-110n通信的信道。测量单元135测量用于支持AP105的作业参数。测量单元135负责收集、处理并存储信道测量值，该测量值包含但非局限于：信道使用率（亦即信道繁忙的时间百分率），外部（非802.11）干扰的位准，从接收的分组测得的接收信号强度，及类似测量值。功率控制器140控制AP105的传输功率。定时器145设定AP105执行特定作业的一个或多个预定周期。存储器150为AP105提供储存能力，包括记录诸如测量结果的数据。

图2是一依据本发明的信道最佳化过程200的流程图。信道最佳化是指选择一特定AP或AP网络在特定数据传输条件下使用的最佳信道（亦即频率）的过程。信道最佳化可以手动方式或自动方式实行，且可以在部署时就开始进行或是在作业中动态进行。信道最佳化过程200可结合无线局域网络（WLAN）应用（例如依据IEEE802.11）实行。

如图2所示，信道最佳化过程200始于步骤205。信道最佳化过程200在正常系统作业中动态地确定最佳作业信道，不会让BSS内的相关WTRU经历到一服务中断。在步骤210中，AP105周期性地在短时期扫描多个信道当中每一信道以避免对其相关用户造成服务中断，并且在这些信道上进行测量。在步骤215中，如果经判定AP正在一低负载周期、亦即没有BSS业务和/或没有相关用户期间运作，AP105引动该信道最佳化过程，借助以在一高系统负载期间取得的测量值为基础算出每一信道的“预测信道负载”的方式判断是否一新信道会更适合（步骤220）。在步骤225中，AP105将其作业信道换成具备最低预测信道负载的信道。

在当今IEEE802.11网络中，不存在由AP105通知相关WTRU110作业信道有一变化的机制（至少在基础标准中没有）。如果一AP105改变信道，其每一相关WTRU110最终会理解到已丧失与AP105的通信，且最终会开始搜索一新AP。其很有可能在同一个AP的新作业信道上重新选择该AP。然而，问题在于WTRU会从其丧失与AP的通信之时到其在新信道上与该AP重新关联之时感觉到一服务中断。为避免服务中断，信道最佳化过程200会等到BSS（小区）内没有业务时才改变信道。另一方面，IEEE802.11标准当中的一些版本（即IEEE802.11h及很可能会有的该标准的一未来版本）可能允许AP对其WTRU用信号通知改变信道。在此情况中，信道最佳化过程200不必等到没有BSS业务才进行。因此，信道最佳化过程200得以周期性地运行并且只要有需要就改变作业信道。

在所有情况中，信道最佳化过程200扫描信道的一序列（例如信道1-11的一列表）以检测可用的最佳信道。可以一预定顺序扫描该信道，或者该信道可被随机地扫描。在此要强调的重点是信道扫描不是在没有BSS业务的时候开始。信道扫描自始至终连续地发生于AP105的正常作业中。举例来说，AP105可能每0.5秒就花5毫秒侦听一不同信道。AP可能周期性地重复该操作，每次扫描一不同信道。借助这样做，AP105偷用媒体时间的1％（每500毫秒用5毫秒）来扫描其它信道，这对于相关用户造成极小的影响。信道序列不一定要包含所有可用信道。记录在每一信道上检测到的与每一AP有关的信息。此信息可包含（但不限于）在被扫描信道上运作的其它AP的身份、其它AP是否是同一ESS的一部分的指示、AP的信号强度、信道上的业务量、以及信道上是否有任何其它干扰源。

对于每一被扫描信道，该过程判断：1）有哪些其它AP在该信道上运作；2）该AP是否是同一系统的一部分（亦即依据ESS）；3）该AP的信号强度；4）该信道上的业务量；及5）该信道上是否有任何其它干扰源（例如非802.11干扰）。信道上的业务量通常根据信道使用率来测量，该信道使用率相当于接收机被一WLAN信号载波锁定的时间百分率。

扫描是周期的且持续地发生。一旦信道最佳化过程被触发（亦即在没有BSS业务和/或相关用户，或者单纯是一周期触发机制、例如每5分钟），AP105确定哪个信道提供最佳性能。举例来说，这可以通过测量哪个信道具有最少量干扰或者其它AP是否是同一ESS的一部分的方式来确定。视检测到的该其它AP是否是同一系统的一部分而定，AP能在选择使用哪个信道时更积极或较不积极。

在一替代实施例中，协调的信道选择可借助以下方式完成：1）使AP相互交换有关其性能（例如负载、容量或位置）的信息；或2）有一能从每一AP获取信息且设定网络内所有AP的信道的集中式架构。就第一种情况来说，每一AP仍会自主地做出决定，但是交换的信息能允许有一较好决定（例如其可包含难以被另一AP从外部观测到的统计数值）。就第二种情况来说，从不同AP收集信息且该信息被传达至一集中单元或装置，此集中单元在收到信息后做出一决定且将此决定传达回不同AP。

在一当前信道（current channel）正被使用的同时，信道最佳化过程200被执行以选择一最佳信道（例如一低负载信道）。信道最佳化过程200可由下述条件中的一个条件触发：1）上次执行最佳化信道选择的发生时间至少是T_Last秒以前；2）当前没有与AP相关联的WTRU之时；或3）在最近T_Free秒内都没有与AP往来的BSS业务之时。据此，T_Last是从用于触发信道最佳化过程200的任何信道选择过程的上次引动开始的最小流逝时间；且T_Free是从用于触发信道最佳化过程200的到AP的上次BSS分组传递或来自AP的上次BSS分组传递开始的最小流逝时间。

通过确保在前述触发条件中在触发最佳化信道选择之前会有至少T_Free秒没有BSS业务且当时没有与AP105关联的WTRU，信道最佳化过程200不会打断任何进行中的数据传递譬如一语音呼叫、网络下载、和/或FTP传递。另一方面，如果存在AP105用信号发送信道的一变化至其相关WTRU110的方式，则最佳化信道选择过程200可周期性地运行而不必等待BSS业务不存在。

图3A和图3B是连在一起的，其为一依据本发明的一信道最佳化过程300的详细流程图。信道选择最佳化300包含四个子过程：1）一测量过程305；2）一候选信道确定过程310；3）一信道选择过程355；及4）一信道更新过程380。

在测量过程305中，计算每一邻近BSS的平均负载

在一实施例中，测量单元135定期估计每一邻近BSS的负载。如果一BSS的任何负载估计值大于L_MIN，则将该估算周期的所有邻近BSS的负载记录到存储器150内。如果所有BSS具有小于LMIN的负载估计值，则忽略这些负载估计值。存储器150内只保留最新近的负载估计值的N_{load_est}集合。

依据较佳实施例，AP105在每一静音测量周期（SMP）侦听一ACS的一特定信道。AP105在连续SMP内轮流侦听每一信道，且测量ACS内每一信道的一个别测量集合。测量集合含有与ACS内的信道数量一样多的SMP。在一给定SMP内，由测量单元135测量信道的信道使用率（CU）。CU相当于收发信机125被载波锁定的时间百分率。由于在一SMP期间观测CU，导致AP105载波锁定的所有分组是源自邻近BSS。CU测量值代表着BSS外信道使用率。处理个别CU测量值以便获得每一检测到的BSS的一平均BSS负载B。要注意到信道上所有BSS的BSS ID会连同每一信道使用率测量值被记录下来。

仅高负载测量值被记录以便避免不必要的记录（logging）。记录相当于测量值的记录或存储。如之前所述，信道最佳化过程300仅在没有BSS业务（亦即系统未被加载）之时运行。为减少记录的测量值的数量，信道最佳化过程300仅存储预定数量的高负载测量值。

CU小于C_MIN的测量值被排除以便确保信道最佳化是以在一显著系统负载状态下取得的测量值为基础的。换句话说，如果在一个测量集合中呈现的CU测量值中的任一个大于C_MIN，则记录这整个测量集合。另一方面，所有信道都是CU＜C_MIN的测量集合则被略去。测量集合可为每一信道的CU以及信道上所有BSS的BSS ID。

信道最佳化过程300基于个别信道使用率测量值来确定其自身的BSS的最佳信道。虽说信道最佳化应当是以在显著系统负载状态下取得的测量值为基础的，但信道最佳化过程300可仅在系统负载已减轻之时执行。为避免大量的测量记录，只有最新近的测量窗口N_SET被保留在存储器内。

返回参照图3A，在测量过程305中，以一BSS的个别负载为基础计算每一BSS的平均负载。在测量集合j期间于信道k上运作的BSS i的瞬时负载是以如下公式（1）为基础：

$L(i,j)=\frac{C(k,j)}{N_{\mathrm{BSS}}(k,j)}$ 公式（1）

其中C(i,j)代表信道使用率，而N_BSS(k,j)代表在测量集合j期间于信道k上的BSS的数量。BSS i的平均负载依据如下公式（2）被计算成所有被记录测量集合内的瞬时负载的平均值：

$\stackrel{\‾}{L}\left(i\right)=\max [1\%,\frac{1}{N_{\mathrm{SET}}}\underset{j=1}{\overset{N_{\mathrm{SET}}}{\mathrm{\Σ}}}L(i,j)]$ 公式（2）

其中N_SET代表被记录测量集合的总数。加上1％的最小平均BSS负载。计算每一BSS的平均负载的方法不局限于上述实例。

替代测量方式的示例参数列于下表2。熟悉本技艺的人员会理解到可在这些参数和数值之外还使用其它参数和数值或是以其它参数和数值取代。

表2

在候选信道确定过程310中，AP105检索最大容许干扰I_MAX(步骤315），其为任何给定信道上基于一AP的基线范围确定的最大容许干扰。优选地，用于候选信道确定过程310的I_MAX是依据公式（3）计算的：

I_MAX＝P_mAX-(RNG_base+RNB_adj)-(C/I)_{req_high}-M_I    公式（3）

其中（RNG_base＋RNG_adj）表示AP105覆盖的范围，而(C/I)_{req_high}被设定为一高速率分组（例如11Mbps）的必要载波功率干扰比。减去一裕量（margin）M_I以消除信道所具备的太过接近实际最大容许位准的干扰位准的可能。

从一ACS选择一第一信道（步骤320）。然后测量该信道的干扰I且将其与最大容许干扰I_MAX进行比较（步骤325）。如果该信道的干扰I小于最大容许干扰I_MAX，则AP105将该信道记录到存储器150内一候选列表中（步骤330）。如果该信道干扰I不小于最大容许干扰I_MAX，则AP105检查ACS内是否还有任何信道存在（步骤335）。如果ACS内尚有信道存在，则AP105从ACS选择下一个信道（步骤340）且过程300回到步骤325。如果ACS内不再有信道，则AP105检查是否有任何可用候选信道（步骤345）。如果在步骤345中确定没有可用候选信道，则AP105将I_MAX增加△dB（步骤350），且信道最佳化过程300回到步骤320。如果在步骤345中确定至少有一候选信道存在，则进行信道选择过程355，如图3B所示。

信道选择过程355是以每一检测到的BSS的平均负载

以及当前BSS与信道映射β(k)为基础。对所有信道计算出一预测信道使用率C_PRED(k)（步骤360）。C_PRED(k)代表利用来自高负载条件的负载估计值预测的信道k上的预测信道使用率。C_PRED(k)可能显著不同于信道k的最新近信道使用率测量值。优选的是以C_PRED而非仅利用最新近信道使用率测量值为基础选择信道，因为信道选择应当针对高负载条件被最佳化。

就每一信道k来说，依据公式（4）对信道k上所有检测到的BSS的平均负载求和：

$C_{\mathrm{PRED}}\left(k\right)=\underset{\∀i\∈\mathrm{\β}\left(k\right)}{\mathrm{\Σ}}\stackrel{\‾}{L}\left(k\right)$ 公式（4）

一旦计算出所有候选信道的C_PRED，依据公式（5）选择具备最小预测信道使用率的信道k：

K＝arg_kmin[C_PRED(k)]    公式（5）

此时AP105检查所选择的信道k是否不同于一当前信道（步骤370）。如果具备最小预测信道使用率的选择信道k与当前信道相同，则信道选择过程355结束。如果选择信道k不同于当前信道，则确定改变信道是否会有明显利益（步骤375）。一滞后标准

确保改变信道会有一明显足够的利益。明确地说，只要是合乎以下条件的新信道就会被采用：

$C_{\mathrm{PRED}}(\mathrm{Current}\_\mathrm{channel})C_{\mathrm{PRED}}\left(K\right)>H_C^{\mathrm{opt}}$ 公式（6）

否则，就结束最佳化信道选择。

最佳化信道选择的示例参数列于下表3。熟悉本技术的人员会理解到可在这些参数和数值之外还使用其它参数和数值或是以其它参数和数值取代。

表3

一较简单的信道选择算法可能是仅仅依据有记录的信道使用率测量值（亦即通过选择在高负载条件下观测到的具有最低信道使用率的信道）。但是，很可能发生邻近AP在一给定AP处引动最佳化信道选择之前已经改变作业信道的情形。有记录的CU测量值无法准确表达在下一个高负载周期内的信道负载。因此，信道选择是以信道使用率的一预测值C_PRED为基础，而C_PEED是以估计的BSS负载及最新近的BSS与信道映射为基础。

一旦信道选择过程355完成，如果选择了一新信道则利用一信道更新过程380更新BSS信道。在信道更新过程380中，确定是否有任何WTRU110通过当前作业信道与AP105关联（步骤385）。如果是，AP105首先必须向每一相关WTRU110发送一解除关联消息（步骤390）。然后AP105将其作业信道改变为新信道（步骤395）。如果没有WTRU110通过当前作业信道与AP105关联，则AP105将其作业信道改变为新信道。

优选地是从上次执行信道最佳化过程300起算至少经过T_Last秒。否则就忽略触发标准。因此，T_Last的值将会与信道最佳化过程300的值相同。一旦从信道改变起算T_Last已经期满，则每T_MEAS周期性地评估二个触发条件。

虽然已在较佳实施例中就特定组合说明本发明的特征和组件，每一特征或组件得被单独使用或是以有或没有本发明其它特征和组件的多样组合使用。

Claims (12)

1.一种用于接入点（AP）选择作业信道的方法，该方法包括：

AP从至少一个邻近AP接收统计数值和性能信息；

所述AP基于所述信息选择所述AP的作业信道；以及

所述AP切换作业信道至所选择的信道。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述信息包括负载、容量和所述邻近AP的位置中的至少一者。

3.根据权利要求1所述的方法，其中在作业信道选择的上一次执行发生在预定时间周期之前的情况下，触发所述作业信道的选择。

4.根据权利要求1所述的方法，其中在当前不存在与所述AP相关联的无线发射/接收单元（WTRU）的情况下，触发所述作业信道的选择。

5.根据权利要求1所述的方法，其中在预定时间周期中已经没有至所述AP或来自所述AP的基础服务集（BSS）业务的情况下，触发所述作业信道的选择。

6.根据权利要求1所述的方法，该方法还包括：

所述AP在进行所述作业信道的切换之前发送解除关联消息至与所述AP相关联的无线发射/接收单元（WTRU）。

7.一种被配置成选择作业信道的接入点（AP），该AP包括：

用于从至少一个邻近AP接收统计数值和性能信息的装置；

用于基于所述信息选择所述AP的作业信道的装置；以及

用于切换作业信道至所选择的信道的装置。

8.根据权利要求7所述的AP，其中所述信息包括负载、容量和所述邻近AP的位置中的至少一者。

9.根据权利要求7所述的AP，其中在作业信道选择的上一次执行发生在预定时间周期之前的情况下，触发所述作业信道的选择。

10.根据权利要求7所述的AP，其中在当前不存在与所述AP相关联的无线发射/接收单元（WTRU）的情况下，触发所述作业信道的选择。

11.根据权利要求7所述的AP，其中在预定时间周期中已经没有至所述AP或来自所述AP的基础服务集（BSS）业务的情况下，触发所述作业信道的选择。

12.根据权利要求7所述的AP，该AP还包括：

用于在进行所述作业信道的切换之前发送解除关联消息至与所述AP相关联的无线发射/接收单元（WTRU）的装置。

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