CN101795483B - 用于确定频道质量的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用于确定第二频道的频道质量的方法，其中，所述第二频道与第一频道重叠，该方法包括以下步骤：通过所述第一频道发送请求消息；响应于所述第一频道发送的所述请求消息，通过所述第一频道接收在所述第二频道上传送的请求响应；以及基于接收的在所述第二频道上传送的响应消息确定所述第二频道的频道质量。本发明中，可通过在所述第一频道上发送消息来确定至少一个频道的频道质量。

Description

用于确定频道质量的方法

技术领域

本发明涉及数据通信，具体而言，涉及一种用于确定频道质量的方法和设备。 

背景技术

IEEE 802.11标准中定义了两种操作模式：特别模式(ad hoc mode)和基础架构模式(infrastructure mode)。在特别模式中，两个或多个站(station，STA)之间能够互相识别，而且不需要使用接入点(accesspoint，AP)就可以建立对等通信。但是，在基础架构模式中，则至少需要一个AP。AP和所有与之相连的站被统称为一个基本服务集(basicservice set，BSS)，该BSS是IEEE 802.11标准的无线局域网(LAN)的基本构件块。同一个BSS中，一个STA与其他STA之间通过AP进行通信。一组多个相互连接的BSS和综合局域网一起构成一个扩展服务集(extended service set，ESS)，该ESS由一个服务集标识符(serivce setidentifier，SSID)来标识。所述的一组相互连接的BSS必须具有一个共同网络名或SSID。此外，它们能够在同一频道中运行，或者在不同频道中运行，从而增加总流量。 

一个AP的覆盖区域被称为基本服务区(basic service area，BSA)。有时，几个AP的特定安置方式可以使它们的BSA重叠，从而形成一个特定范围的全覆盖。这种情况下，当STA从一个AP的BSA移到另一个AP的 BSA时，则会进行切换操作。 

切换过程是指在STA和相邻AP之间进行的一系列的动作指令和消息交换，其导致该STA与服务AP的连接切换为与新AP的连接。在这里，切换过程中STA和AP之间的连接的建立通常包括删除、检测、验证、连接过程。当STA想要切断与原AP的连接时，则需要执行删除过程。通过检测过程，所述STA确定一个AP所在运行频道的频道质量。通过验证过程，AP接受或拒绝STA的无线网络接口卡(network interface card，NIC)的标识。连接过程使AP向无线NIC分配资源并与其同步。NIC通过向AP发送一个连接请求来启动连接过程，该请求中携带所述NIC以及其想要连接的网络的SSID的信息。在AP接收到连接请求之后，该AP考虑是否与NIC连接；如果接受请求，则预留存储空间、建立所述NIC的连接ID，并向所述无线NIC发送一个包含接受通知的连接响应。此外，在切换过程中，通常需要使用探测请求帧和探测响应帧。当STA需要从一个AP获取信息时，该STA发送一个探测请求帧。例如：该STA的无线NIC发送一个探测请求以确定哪些AP在范围之内。一个探测响应帧则是响应于一个探测请求帧而发送的。有关上述帧/消息的详细内容，可参见《IEEE标准802.11-2007》(IEEE标准802.11-1999的修订版，2007年6月12日)中的“信息技术-系统间的通信和信息交换-局域网和城域网-具体要求-第十一部分：无线LAN媒体接入控制(MAC)层和物理层(PHY)说明书”一节中给出的IEEE 802.11标准。 

切换过程中，断开STA与正在服务AP之间的连接，使得该STA只有在与新AP建立连接时才能发送和接收数据包。所以，从断开已有连接的 时刻到建立新连接的时刻之间，存在一个通信中断时期。通常，通信中断时期包括扫描过程、验证和再连接过程。在扫描过程中，该STA需要切换到每一个备选无线频率(频道)来搜索是否有一个AP在该频道中运行。该扫描过程通常耗时几百毫秒，占用了整个切换等待时间的90％以上。该验证和再连接过程只占用几毫秒。 

目前，频道扫描过程既可以在被动模式下进行也可以在主动模式下进行。在被动频道扫描模式下，STA切换到每个备选频道，听取来自AP的周期性信标帧。信标帧被AP用于表示其自身的存在、运行频道、BSSID、以及其他用于STA接入的参数。该AP周期性地广播其信标帧(通常每隔100毫秒一次)。因此，为了获取一个特定频道中AP的信息，该STA需要在该频道内停留至少一个信标周期。在主动频道扫描模式下，该STA在每一个备选频道中发送探测请求，等待在该频道中运行的相邻AP的探测响应。AP在接收到探测请求后向该STA发送一个探测响应。该探测响应的探测响应帧携带的参数与信标帧中的参数相同。在两种模式中，STA都是在扫描了所有备选频道之后基于从众多AP中接收的信息来选择最佳AP，然后再执行验证和再连接过程。但是，无论是在主动模式还是被动模式下，频道质量检测过程通常都会占用大约100～300毫秒。 

IP电话(Voice over IP，VoIP)及其他实时服务(如：视频会议)对切换中断周期提出了严格的要求，例如：VoIP应用中的最大中断周期应少于20毫秒。 

因此，我们需要一种新的频道质量检测方法，以减少用于频道质量检测的时间周期。 

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用于确定第二频道的频道质量的方法，其中，所述第二频道重叠于第一频道，该方法包括以下步骤：通过所述第一频道发送请求消息；响应于所述第一频道发送的所述请求消息，通过所述第一频道接收在所述第二频道中上传送的响应消息；以及，基于接收的在所述第二频道上传送的所述响应消息，确定所述第二频道的频道质量。 

根据本发明的一个方面，提供了一种无线设备中用于在一组接入点设备之间进行切换的方法，该一组接入点设备包括至少两个接入点设备，其中每个接入点设备在一个不同的频道上运行，该方法包括以下步骤：通过一个所选频道发送至少一个请求消息，其中所选频道重叠于所述一组接入点设备的任何一个频道；通过该所选频道从所述一组接入点设备的每一个接收至少一个响应消息，其中，响应消息由每个接入点设备通过其相应的频道发送；基于所述至少一个响应消息，确定所述一组接入点设备的每个频道的频道质量；基于确定的频道质量，选择一个接入点设备，其中，所选接入点设备提供的频道质量至少优于当前接入点设备提供的频道质量；以及，执行当前接入点设备到所选接入点设备的切换操作。 

根据本发明的一个方面，通过在一个重叠于至少一个频道中的每一个频道的频道上发送请求消息，来确定所述至少一个频道的每一个频道的频道质量，这样则可以提高确定频道质量的效率。 

可以明确，下文中详细描述了本发明的更多方面及优势所在。 

附图说明

发明中包含的附图有助于对本发明进行深入理解，附图被包含在本申请中并构成本申请的一部分。如说明书中所描述，使用附图阐述本发明的一个具体实施例。本发明不仅限于本具体实施例。 

附图中： 

图1示出了现有技术中的频道频率重叠图。 

图2的流程图中根据本发明的具体实施例示出了用于检测一组频道的频道质量的方法。 

图3的流程图中根据本发明的具体实施例示出了在AP之间进行切换操作的方法。 

图4中根据本发明的具体实施例示意性地示出了所述站的结构图。 

具体实施方式

现将结合附图对本发明中的实施例进行具体描述。在下文的描述中，出于简洁明了的目的，可能不再对已知的功能和结构进行详细描述。 

图1示出了802.11标准下的频道频率重叠图。具体来说，在802.11b和802.11g标准中，存在11个可供使用的频道。频道编号(1、2、3……11)代表了可供无线电工作的中心频率(如：频道1的中心频率为2.412GHz)，每个频道具有一个最低值和一个最高值。相邻频道的中心频率间隔5MHz，而每个频道围绕中心频率具有22MHz的频率范围。 

根据本发明的具体实施例，提出了一种重叠频道探测(overlappingchannel probing，OCP)方法，以减少通信中断期间进行扫描过程所占用 的时间。该方法中，根据STA的当前运行频道，将11个频道自动分成三组，本发明中把这样的组称为‘POCG’(partially overlapping channelgroup，局部重叠频道组)。对于每个POCG，从该组的多个频道中指定一个探测频道。因此，每个POCG包括一个探测频道和至少一个局部重叠频道。优选地，该STA的当前运行频道被选为其所属的POCG的探测频道。为了获得一个POCG中的所有频道质量信息，该STA只通过该POCG的所选频道发送一个探测请求。在STA接收到来自AP(该AP的运行频道重叠于该所选频道)的探测响应以后，该STA进一步对从该POCG的频道中接收的所述探测响应进行信号强度补偿。补偿后的信号强度值用于表示所述相邻AP的频道质量，且用作是否做出切换决定的参考。图2的流程图中根据本发明的具体实施例示出了用于检测一组相互重叠的相邻频道的频道质量的方法。 

--步骤201中，STA确定至少一个用于补偿信号强度值的补偿值。该补偿值可被预先确定并存储在该STA的存储模块中，也可在该STA与一个AP第一次建立连接之后计算得出，这意味着当该STA从一个AP切换到另一个AP时不需要重新计算该补偿值。比如说：该STA分别通过以下每个频道发送探测请求：STA的当前运行频道、具有频道间隔1的重叠频道、具有频道间隔2的重叠频道。本发明中，“频道间隔数”是指所述探测频道和所述重叠频道之间的间隔距离。例如：如果探测频道为频道3、频道间隔数为1，那么满足所述条件的重叠频道则为频道2和频道4；如果探测频道为频道3、频道间隔数为2，那么满足所述条件的重叠频道则为频道1和频道5。响应于所述探测请求，STA将从与其相连的AP中接收探 测响应，然后再基于所接收的探测响应分别计算频道间隔0、1、2的平均信号强度值。平均信号强度值的差值由该STA计算并存储，以作为补偿信号强度值的补偿值。具体而言，例如，STA与运行频道为3的AP建立连接之后，STA在频道3上发送若干探测请求(如：5个探测请求)。响应于所述探测请求，AP向STA发送探测响应。在STA从AP中接收到探测响应以后，STA计算平均信号强度值，并将其存储为S(3，3)。此处的S(i，j)中，参数i代表AP运行的频道，参数j代表进行探测请求发送和探测响应接收的频道。随后，STA将频道切换到频道4，并通过频道4发送若干探测请求。因为频道3和频道4相互重叠，所以运行在频道3上的AP能够探测到STA通过频道4发送的探测请求，不过AP却通过频道3发送探测响应。运行在频道4上的STA在接收到AP通过频道3发送的探测响应之后，STA计算并存储平均信号强度值S(3，4)。平均信号强度值S(3，5)也是以相同方法获得的。在获取三个平均信号强度值之后，计算S(3，3)和S(3，4)之间的差值S1，作为频道间隔1的补偿值，计算S(3，3)和S(3，5)之间的差值作为频道间隔2的补偿值。 

--步骤202中，STA在一个POCG的探测频道上发送一个探测请求。 

--步骤203中，该STA从每个AP中接收一个探测响应，所述AP的运行频道重叠所述探测频道。如果在探测频道3上发送探测请求，在重叠频道1、2、3、4、5、6、7中的任意一个上运行的AP能够检测探测请求并发送探测响应(尽管频道6和频道7上的探测响应较弱)。此处，当AP发送探测请求时，该AP在该响应的分发系统参数集(Distribution SystemParameter Set Field)中呈现其当前运行频道(当前频道序数)。因此， 该STA可以识别出该响应被发送的频道，然后将不是在探测频道所属的POCG的频道上发送的探测响应过滤出来。 

--步骤204中，STA通过步骤201中确定的补偿值来补偿探测响应的信号强度值，从而获得相对真实的AP运行的频道的频道质量。基于频道间隔数，通过补偿值中的一个来补偿所接收的探测响应的信号强度值，即是说，补偿值S1和S2分别用于具有频道间隔1和频道间隔2的频道，而具有频道间隔0的频道，其信号强度值通常不需要进行补偿。 

根据本实施例，我们可以明确：一个POCG的所有频道的频道质量可以通过一个信号探测请求进行确定，进而提高确定效率。 

本实施例中还描述了一种通过OCP方法在WLAN环境中提供快速链接层切换的方法，其旨在减少切换等待时间。图3的流程图中根据本发明的具体实施例示出了用于AP之间切换的方法。假定STA在频道3上运行，那么所述三个POCG可由该STA确定为{1，2，3，4}、{5，6，7，8}、{9，10，11}，且该STA选择频道3、频道7、频道10作为所述三个POCG的探测频道。 

--步骤301中，该STA周期性地测量服务AP的运行频道的信号强度值。可以明确的是，该信号强度值只是表示频道质量特征的一个可能参数，还可使用其他参数予以表示。 

--步骤302中，当确定信号强度值低于预定且存储在该STA中一个阈值时，该STA使用上述方法分别确定所述三个POCG的频道质量，从而获得可用AP的所有实际信号强度值。此处，利用所述探测响应的信号强度值和所述补偿值来确定可用AP的所有实际信号强度值。 

--步骤303中，如果当前服务AP的信号强度值不是最大的，那么STA从当前AP切换到对应于所有获得的实际信号强度值中的最大实际信号强度值的AP。该步骤中，在该STA确定执行切换操作以后，其断开与原始服务AP的当前连接，然后切换到对应于最大信号强度值的频道。此处，STA还可选择一个与原始AP相比能够提供更好的频道质量的AP，而并非是提供最好频道质量的AP。 

此外，本实施例还提供了一个在频道探测期间尽量避免数据包丢失的特征。因为STA的当前运行频道被选为其所在POCG的探测频道，该STA不需要切换频道来发送探测请求和接收探测响应，以至于当前数据传输不会被中断。对于其他两个POCG，该STA需要从当前运行频道切换到POCG的探测频道，这就导致该STA与其原始服务AP之间的当前数据传输中止。为了降低频道探测引起的数据包丢失所带来的影响，该STA向为其提供服务AP发送一个能源节约模式(power saving mode，PSM)请求从而请求其缓冲入站(从AP到STA)流量，所述请求通常是一个具有能源管理比特集的空帧。此外，STA还进行缓冲出站(从STA到AP)流量。在STA从其服务AP接收到所述PSM响应之后，STA从其运行频道切换到其他两个POCG之一的探测频道中，在所述POCG的探测频道中发送探测请求、等待接收来自在重叠探测频道的频道上运行的AP的探测响应。在该STA通过探测频道接收到来自AP的所有探测响应之后，该STA补偿所接收的探测响应的信号强度值、从其频道切换回原始运行频道、继续一段时期的原始数据传输、并执行相同的动作指令来探测剩余POCG的频道质量。 

STA在两个POCG的频道探测之间切换回到与原始服务AP的正常数据 传输，而不是连续地探测所有的POCG。此外，在对一个POCG进行探测之前，该AP和STA尽量缓存更多数据，从而降低POCG的频道探测期间数据包丢失所产生的影响。然而，我们应该明确，该STA也能连续地探测所有POCG。同时，我们还应明确，本发明不需要对AP进行修正，这样就避免了AP中进行协议修正所耗费的成本。 

根据本实施例，可以明确的是，执行频道质量检测不需要中断STA与服务AP的数据连接。此外，通过在STA和服务AP中缓存数据，可以将每个POCG的检测所引起的当前数据流量的潜在影响最小化。 

图4中根据本实施例示出了一个STA的结构图。所述STA包括发送模块401、接收模块402、检测模块403、处理模块404、以及存储模块(图4中未示出)，其作用如下所述： 

--发送模块401被配置用于传输包括探测请求的消息。 

--接收模块402被配置用于从AP中接收包括探测响应的消息。 

--存储模块被配置用于长期或暂时存储一些参数。 

--检测模块403被配置用于检测一个特定组的频道质量。所述特定组的参数(如：哪个频道被分到哪一组、该组包括哪些频道、哪个频道是该组的探测频道)被预存储在所述存储模块中，和/或由所述处理模块404动态确定。具体而言，检测模块403通过所述发送模块401在该特定组的探测频道上发送至少一个探测请求，从其运行频道重叠于所述探测频道的AP中接收探测响应，滤除不属于该特定组的传送频道上的探测响应，利用补偿值来补偿滤除后的探测响应的信号强度值。可以利用上文中介绍的方法确定补偿值，并将其存储在存储模块中。 

--处理模块404被配置用于调用检测模块403根据其检测策略来检测频道质量，比如：以组为基础来检测一个组中的所有频道，或只是检测一个特定组。在从检测模块中获得补偿后的信号强度值以后，该处理模块404切换到与原始服务AP相比具有较大补偿信号强度值的AP，优选地，切换到对应于所有值中的最大补偿信号强度值的AP。 

另外，为了对低频道质量预先做出反应，将确定一个阈值、并将其存储在存储模块中，同时处理模块404定期请求检测模块403来检测当前使用频道的频道质量。如果所述当前使用频道的频道质量低于所述阈值，处理模块404将调用检测模块403以检测一个特定组的频道质量，甚至于检测所有频道的质量，从而找出能够提供更好频道质量的AP。此外可选地，不管处理模块404是否被配置用于监控当前使用频道的频道质量，该处理模块404都可以定期调用检测模块以检测一个特定组的频道质量。 

根据本发明的一个备选实施例，无论其服务AP的运行频道的信号强度是否低于一个预定阈值，该STA都定期确定一个频道组中的所有频道的频道质量。而一旦该STA检测出运行在另外频道上的另一个AP提供比当前AP更好的信号质量，该STA将执行到所述另一个AP的切换操作。 

根据本发明的一个备选实施例，不需要把频道划分成POCG，这意味着STA可以选择了若干频道作为探测频道，只要保证11个频道中的每一个都至少重叠于这些探测频道中的某一个，然后对所有接收的探测响应进行计算，而不需要进行过滤。虽然同一频道上可能传送重复的探测响应，但是STA能从这些代表频道质量的探测响应中选出一个，比如，与探测频道最接近的传送频道的探测响应，即，与对应的探测频道之间具有最小的频道 间隔数的频道。 

根据本发明的一个备选实施例，该STA可多次发送探测请求，从而获得一个频道的平均信号强度值，该平均信号强度值与单独使用一个探测请求相比能更准确地反映频道质量。 

该STA可以是一个具有无线网络接口的设备，比如：个人电脑、个人数字助理、智能电话等。 

除了应用于具体实施例中所述的频道之外，该方法还可以应用到在重叠的无线频道上运行的设备和网络。 

根据本发明的备选实施例，所述11个频道除了分成上述的组之外还可以分成其它不同的组(只要每个组的每一频道重叠于这个组的探测频道)，例如，所述11个频道被分成6个组，即：{1，2}，{3，4}，{5，6}，{7，8}，{9，10}，{11}.另外，也不一定必须显式地把11个频道划分成多个组。该STA可以在11个频道中的若干预定探测频道中分别发送探测请求，并从AP中接收探测响应，此处，该STA可基于探测频道和传送某个探测响应的频道之间的频道间隔数丢弃该探测响应，比如：丢弃与探测频道之间的频道间隔数大于3的频道所传送的探测响应。最后，该STA基于频道响应确定频道质量。 

虽然上文中描述了多种实施方案，但是我们应该明确的是：这些方案是可以进行各种改动的。例如，可以对不同实施方案进行组合、增补、修改、或移除，进而形成其他实施方案。此外，普通技术人员能够理解可以使用其他结构或方法替代已公开的结构和方法，而所得到的实施方案与已公开的实施方案相比，起到了基本相同的作用、采用基本相同的方法，并 获得了基本相同的结果。因此，本申请包含了上述及相关的实施方案，而所有实施方案都包含在所附权利要求书的发明范围内。 

Claims (7)

1.一种用于确定第二频道的频道质量的方法，其特征在于，所述第二频道在频率上重叠于第一频道，其中两个频道之间的频道间隔数指代两个频道的中央频率之间在频率上的间隔距离，所述方法包括以下步骤：

通过所述第一频道发送用于探测频道质量的请求消息；

响应于通过所述第一频道发送的所述请求消息，通过所述第一频道接收在所述第二频道上传送的响应消息；和

通过使用与所述第一频道和所述第二频道之间的频道间隔数对应的补偿值来补偿所述响应消息的信号强度值，确定所述第二频道的频道质量。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

响应于通过所述第一频道发送的所述请求消息，通过所述第一频道接收在第三频道上传送的响应消息，其中，所述第三频道在频率上重叠于所述第一频道；和

通过使用与所述第一频道和所述第二频道之间的频道间隔数对应的补偿值来补偿所述响应消息的信号强度值，确定所述第三频道的频道质量。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述请求消息至少发送两次，并且，基于响应消息的平均值来确定频道质量，每个响应消息对应于所发送的请求消息中的一个。

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

将所有频道划分成至少两个组，其中为每个组选择用于发送请求消息的频道，以及每个组中的所选择的频道在频率上与其组中的任何其它频道重叠；

为了确定所述第一频道所属于的并且被选择用来发送请求消息的特定组的频道质量，通过所述第一频道接收属于所述特定组的频道上传送的所有响应消息。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：

通过所述第一频道，接收在第四频道上传送的响应消息，所述第四频道在频率上重叠于所述第一频道，但不属于所述特定组；和

丢弃所述第四频道上传送的所述响应消息。

6.如权利要求1至5中的任何一个所述的方法，其特征在于，还包括以下步骤：

确定与至少一个频道间隔数对应的至少一个补偿值；

并且，确定频道质量的步骤还包括：

通过使用与第一频道和第二频道之间的频道间隔数对应的补偿值，补偿响应消息的信号强度值。

7.一种用于在包括至少两个接入点设备的一组接入点设备之间的无线设备的切换方法，其中，每个接入点设备在一个不同的频道上运行并且两个频道之间的频道间隔数指代两个频道的中央频率之间在频率上的间隔距离，所述方法的特征在于其还包括以下步骤：

通过一个所选频道发送至少一个用于探测频道质量的请求消息，所述所选频道在频率上重叠于所述一组接入点设备的频道中的任何一个；

通过所述所选频道从所述一组接入点设备中的每一个接收至少一个响应消息，其中，响应消息由每个接入点设备在其各自对应的运行频道上发送；

通过使用与所选频道和要确定其频道质量的频道之间的频道间隔数对应的补偿值来补偿在要确定的频道中传送的响应消息的信号强度值，确定所述一组接入点设备的每个频道的频道质量；

基于确定的频道质量选择一个接入点设备，其中，所选接入点设备提供的频道质量至少优于当前接入点设备的频道质量；和执行从当前接入点设备向所选接入点设备的切换。

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