CN101902264B - 802.11无线通信中智能天线的控制方法 - Google Patents
802.11无线通信中智能天线的控制方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及802.11无线通信中智能天线的控制方法。该方法包括如下步骤：1、侦测端将被侦测端设为待侦测状态，并将侦测端的其中一个天线组设为待测天线组，通过该待测天线组发送数据包至被侦测端，根据被侦测端反馈的确认信息包得知该待测天线组对于该被侦测端的信号强度；2、侦测端依次测得所有天线组对于该被侦测端的平均信号强度；3、根据各组天线组的平均信号强度，侦测端选定对于被侦测端的最佳天线组，且将被侦测端设为已侦测状态。本发明还提供了一套方法来确保侦测端与被侦测端的相对位置或其他环境改变时能再次选择最佳天线组。本发明通过动态选择侦测端对于被侦测端的最佳天线组，来提高中远距离的传输效率并扩大信号覆盖范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种通讯控制方法，尤其涉及802.11无线通信中智能天线的控制方法。
背景技术
传统应用于802.11无线网络通信设备的天线一般都是使用全向天线。全向天线在水平方向上表现为360°都均匀辐射，也就是平常所说的无方向性，在垂直方向上表现为有一定宽度的波束(如图1a所示是全向天线的辐射模型的水平方向的示意图；图1b所示是全向天线的辐射模型的垂直方向的示意图)。全向天线在通信系统中一般应用距离近，覆盖范围大。从应用面来看，它的好处是可以有更多的使用者都能接收到信号，但是由于天线的增益不高，无线通讯距离和信号质量受到很大限制。
为了要让增益提高，可以使用定向天线。定向天线在水平方向上表现为一定角度范围辐射，也就是平常所说的有方向性，在垂直方向上表现为有一定宽度的波束(如图2a所示是定向天线的辐射模型的水平方向的示意图；图2b所示是定向天线的辐射模型的垂直方向的示意图)。定向天线增益较高，可以让传输距离增加，但缺点则是，辐射范围以外的用户无法有良好的传输效率。
因此，能依照用户所在的区域，自动切换辐射范围的智能天线因应而生，智能天线一般由几根(组)定向天线组成(如图3所示是组合天线的辐射模型的水平方向的示意图)，通过软件的控制来切换不同的天线，从而改变设备的辐射范围，使设备具有更大的覆盖范围和更高的增益，广泛的应用于无线通信中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种802.11无线通信中智能天线的控制方法，通过动态选择最佳的天线组来提高中远距离的传输效率和扩大信号覆盖范围。
为了达到上述的目的，本发明采用如下技术方案：
一种802.11无线通信中智能天线的控制方法，其包括如下步骤：
第1步骤，侦测端将被侦测端设为待侦测状态，并将侦测端的其中一个天线组设为待测天线组，所述待测天线组为第一组，通过该待测天线组发送数据包至该被侦测端，根据该被侦测端反馈的确认信息包得知该待测天线组对于该被侦测端的信号强度；
第2步骤，侦测端依次测得所有天线组对于该被侦测端的平均信号强度；
第3步骤，根据各组天线组的平均信号强度，侦测端选定对于被侦测端的最佳天线组，且侦测端将被侦测端设为已侦测状态。
在上述的802.11无线通信中智能天线的控制方法中，所述第3步骤后，侦测端到该被侦测端的所有数据包都将经由选定的最佳天线组发送。
在上述的802.11无线通信中智能天线的控制方法中，所述第2步骤依次经过如下步骤：判断所有天线组是否已经被测完，若判断结果为否的话，则将待测天线组设为下一组，若已经是最后一组则设为第一组，直至每个天线组被测试10次，之后计算出各个天线组的平均信号强度；若判断结果为是，进入所述第3步骤。
在上述的802.11无线通信中智能天线的控制方法中，所述侦测端选定对于被侦测端的最佳天线组后，还进行如下步骤：侦测端发送数据包至被侦测端时继续记录该天线组对于被侦测端的信号强度；若某次的信号强度与之前记录的信号强度的差异大于一阀值；则侦测端将按所述第1步骤至第3步骤的方法重新侦测对于被侦测端的最佳天线组。
在上述的802.11无线通信中智能天线的控制方法中，所述阈值是动态阈值，另预先根据侦测端的天线组的敏感度定义最大阀值和初始阀值，所述动态阀值的初始值为所述初始阀值；在侦测端按所述第1步骤至第3步骤的方法重新侦测对于被侦测端的最佳天线组之前，若某次的信号强度与之前记录的信号强度的差异大于所述动态阀值，则侦测端会比较该动态阀值与最大阀值的大小并查看侦测端什么时候侦测过对于被侦测端的最佳天线组，若侦测端刚在一秒前侦测过对于被侦测端的最佳天线组且动态阀值小于最大阀值，则动态阀值将自动加一。
在上述的802.11无线通信中智能天线的控制方法中，所述侦测端选定对于被侦测端的最佳天线组后，若对于被侦测端的最佳天线组已有一段时间没有更新，则侦测端将按照所述第1步骤至第3步骤的方法重新侦测对于被侦测端的最佳天线组。
在上述的802.11无线通信中智能天线的控制方法中，预先根据侦测端的待测天线组的敏感度设定最大阀值、最小阀值、初始阀值和动态阀值，所述固定阀值有最大阀值、最小阀值和初始阀值，所述动态阀值的初始值为所述初始阀值；在侦测端选定对于被侦测端的最佳天线组后，一方面，侦测端发送数据包至被侦测端时继续记录该天线组对于被侦测端的信号强度，若某次的信号强度与之前记录的信号强度的差异大于该动态阀值，则侦测端会比较该动态阀值与最大阀值的大小并查看侦测端什么时候侦测过对于被侦测端的最佳天线组；若侦测端刚在一秒前侦测过对于被侦测端的最佳天线组且动态阀值小于最大阀值，则动态阀值将自动加一，然后，侦测端依次按照所述第1步骤至第3步骤的方法重新侦测对于被侦测端的最佳天线组；另一方面，若对于被侦测端的最佳天线组已有一段时间没有更新，则侦测端会比较动态阀值与最小阀值的大小，若动态阀值大于最小阀值，则动态阀值将自动减一，然后，侦测端依次按照所述第1步骤至第3步骤的方法重新侦测对于被侦测端的最佳天线组。
在上述的802.11无线通信中智能天线的控制方法中，为了防止一次发送数个具有不同天线组信息的数据包，在每次数据包发送前，检测每次所发数据包的天线组信息。
在上述的802.11无线通信中智能天线的控制方法中，所述检测每次所发数据包的天线组信息的方法如下：首先，将第一个具有实际天线组信息的数据包的天线组设为本次发送的天线组；然后，确定实际天线组信息与第一个数据包的实际天线组信息相同的数据包以及没有实际的天线组信息的数据包在本次发送中一起发送，除此之外的其他数据包在下次发送前再行检测。
在上述的802.11无线通信中智能天线的控制方法中，所述侦测端与多个被侦测端连接。
本发明还公开了一种802.11无线通信中智能天线的控制方法，用于在侦测端选定对于被侦测端的最佳天线组后，当侦测端和被侦测端的相对位置改变或侦测端和被侦测端之间加入了障碍物时，可以重新侦测对于被侦测端的最佳天线组。这种802.11无线通信中智能天线的控制方法，在所述侦测端选定对于被侦测端的最佳天线组后，还进行如下步骤：侦测端发送数据包至被侦测端时继续记录该天线组对于被侦测端的信号强度；若某次的信号强度与之前记录的信号强度的差异大于一阀值；则侦测端按照上述的方法重新侦测对于被侦测端的最佳天线组。
在上述802.11无线通信中智能天线的控制方法中，所述阈值是动态阈值，并且预先根据侦测端的天线组的敏感度定义最大阀值、最小阀值和初始阀值，所述动态阀值的初始值为所述初始阀值；在侦测端将按照上述的方法重新侦测对于被侦测端的最佳天线组之前，若某次的信号强度与之前记录的信号强度的差异大于所述动态阀值，则侦测端会比较该动态阀值与最大阀值的大小并查看侦测端什么时候侦测过对于被侦测端的最佳天线组，若侦测端刚在一秒前侦测过对于被侦测端的最佳天线组且动态阀值小于最大阀值，则动态阀值将自动加一。
在上述802.11无线通信中智能天线的控制方法中，在侦测端将按照上述的方法重新侦测对于被侦测端的最佳天线组之前，若对于被侦测端的最佳天线组已有一段时间没有更新，则侦测端会比较动态阀值与最小阀值的大小，若动态阀值大于最小阀值，则动态阀值将自动减一，然后，侦测端按照上述的方法重新侦测对于被侦测端的最佳天线组。
本发明的有益效果如下：
本发明802.11无线通信中智能天线的控制方法，可以动态选择侦测端对于被侦测端的最佳天线组，而且，当侦测端和被侦测端的相对位置改变或侦测端和被侦测端之间加入了障碍物时，也可以重新侦测并动态选择对于被侦测端的最佳天线组，侦测端通过其对于被侦测端的最佳天线组向被侦测端发送数据包，可以有效提高中远距离的传输效率并扩大信号覆盖范围。
附图说明
本发明的802.11无线通信中智能天线的控制方法由以下的实施例及附图给出。
图1a是全向天线的辐射模型的水平方向的示意图；
图1b是全向天线的辐射模型的垂直方向的示意图；
图2a是定向天线的辐射模型的水平方向的示意图；
图2b是定向天线的辐射模型的垂直方向的示意图；
图3是是组合天线的辐射模型的水平方向的示意图；
图4是本发明的802.11无线通信中智能天线的控制方法的实施例1的流程图；
图5是本发明的802.11无线通信中智能天线的控制方法的实施例2的流程图；
图中，1-天线组。
具体实施方式
以下将对本发明的802.11无线通信中智能天线的控制方法作进一步的详细描述。
下面将参照附图对本发明进行更详细的描述，其中表示了本发明的优选实施例，应该理解本领域技术人员可以修改在此描述的本发明而仍然实现本发明的有利效果。因此，下列描述应当被理解为对于本领域技术人员的广泛知道，而并不作为对本发明的限制。
为了清楚，不描述实际实施例的全部特征。在下列描述中，不详细描述公知的功能和结构，因为它们会使本发明由于不必要的细节而混乱。应当认为在任何实际实施例的开发中，必须作出大量实施细节以实现开发者的特定目标，例如按照有关系统或有关商业的限制，由一个实施例改变为另一个实施例。另外，应当认为这种开发工作可能是复杂和耗费时间的，但是对于本领域技术人员来说仅仅是常规工作。
为使本发明的目的、特征更明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的说明。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比率，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
实施例1
请参阅图4，图4所示是本发明的802.11无线通信中智能天线的控制方法的实施例1的流程图。这种802.11无线通信中智能天线的控制方法，用于为接入侦测端(AP，全称Access Point，又称为无线接入点)的被侦测端(STA，全称Station，如接入AP的无线网卡或无线网桥)选择最佳的天线组来发送数据包。该控制方法包括如下步骤：
第1步骤，侦测端将被侦测端设为待侦测状态，并将侦测端的其中一个天线组设为待测天线组，所述待测天线组为第一组天线组，通过该待测天线组发送数据包至该被侦测端，根据该被侦测端反馈的确认信息包获知并记录该待测天线组对于该被侦测端的信号强度(即RSSI，全称为Received Signal StrengthIndication)；
第2步骤，侦测端依次测得所有天线组对于该被侦测端的平均信号强度。
因为信号强度是一个非常敏感的值，所以为了得到相对正确的值，这个测试过程将重复多次，然后取各组天线组对于被侦测端的信号强度的平均值。所述第2步骤具体经过如下步骤：判断所有天线组是否已经被测完，若判断结果为否，则将待测天线组设为下一组，若已经是最后一组则设为第一组，直至每个天线组被测试10次，之后计算出各个天线组的平均信号强度；若判断结果为是，进入所述第3步骤。
第3步骤，根据各组天线组的平均信号强度，侦测端选定对于被侦测端的最佳天线组，且侦测端将被侦测端设为已侦测状态。所述第3步骤以后，侦测端到该被侦测端的所有数据包都将经由选定的最佳天线组发送，以提高传输效率。
需要注意的是，在802.11中为了提高发送效率，往往都是一次性发送一组数据包，即数个数据包。为了防止具有不同天线组号的数据包被同一天线组一次性发送，必须使用一定方法加以限制。驱动从发送队列中取出数据包放直接存储器(DMA，全称Direct Memory Access)真正发送之前，它将检查待发数据包的天线组信息。即需要在每次数据包发送前，检测每次所发数据包的天线组信息。
所述检测每次所发数据包的天线组信息的方法如下：首先，将第一个具有实际天线组信息的数据包的天线组设为本次发送的天线组；然后，确定实际天线组信息与第一个数据包的实际天线组信息相同的数据包以及没有实际的天线组信息的数据包在本次发送中一起发送，除此之外的其他数据包在下次发送前再行检测。
上述检测每次所发数据包的天线组信息的方法具体如下：首先，将第一个具有实际天线组信息的数据包的天线组设为本次发送的天线组；接下来的数据包若没有实际的天线组信息(某些控制数据包Control packet是没有实际天线组信息的，也就是说可以通过任意一组天线发送)或其实际天线组信息与第一个数据包的实际天线组信息相同的数据包，都可以在本次发送中一起发送。当遇到一个具有实际天线组信息且其实际天线组信息与第一个具有实际天线组信息的数据包的实际天线组信息不同时，本次发送结束，剩下的数据包将在第二次调度时发送。第二次调度从发送队列中取出数据包放DMA真正发送之前也将用同样的方法防止一次发送两个或两个以上具有不同天线组信息的数据包。经实际测试证明，加入这个限制后没有对发送效率产生什么影响。
本802.11无线通信中智能天线的控制方法不管是当只有一个被侦测端连上被侦测端时有效，当有多个被侦测端连上被侦测端是也是适用的。即所述侦测端可以与多个被侦测端连接。但是，在只有一个被侦测端时，效果是最佳。因为当有多个被侦测端时，每个被侦测端对应的最佳天线组可能不一样，在侦测端与各个被侦测端通信时会设置不同的天线组，侦测端发送数据包至被侦测端时的影响不大，因为本控制方法会用对于每个被侦测端的最佳天线组去发送数据包。但当被侦测端发送数据包至侦测端时可能会有一定影响，因为被侦测端发送数据包至侦测端时侦测端并不一定是用最佳天线来接收的，若只有一个被侦测端的话，因为天线一直都被固定在对于这个被侦测端最佳的天线上，所以不管是侦测端发送数据包至被侦测端还是被侦测端发送数据包至侦测端都是由最佳天线完成的。
实施例2
请参阅图5，图5所示是本发明的802.11无线通信中智能天线的控制方法的实施例2的流程图。这种802.11无线通信中智能天线的控制方法，用于在所述侦测端选定对于被侦测端的最佳天线组后，一旦侦测端和被侦测端的相对位置有改变或侦测端和被侦测端之间加入了障碍物时，能够重新侦测对于被侦测端的最佳天线组。本实施例包括如下步骤：
首先，预先根据侦测端的待测天线组的敏感度设定最大阀值、最小阀值、初始阀值和动态阀值，最大阀值、最小阀值和初始阀值是固定阀值，所述动态阀值的初始值为所述初始阀值。
然后，在侦测端选定对于被侦测端的最佳天线组后前提下，一方面，侦测端发送数据包至被侦测端时继续记录该天线组对于被侦测端的信号强度，若某次的信号强度与之前记录的信号强度的差异大于一阀值，则侦测端将按前述(实施例1中的)第1步骤至第3步骤的方法重新侦测对于被侦测端的最佳天线组。其中，所述阈值可以是一固定阀值，所述固定阀值可以根据侦测端的待测天线组的敏感度来定义。所述阈值也可以是动态阈值。由于本控制方法是根据信号强度的变化是否大于某个阀值来判断侦测端和被侦测端的相对位置有无改变以及侦测端和被侦测端之间是否加入了障碍物，所以如何保证这个阀值的准确性就非常关键。若阀值太大，即使侦测端和被侦测端的相对位置有改变或侦测端和被侦测端之间加入了障碍物，侦测端也不会重新侦测对于被侦测端的最佳天线组，这个时候需要定时地强制进行重新侦测，并且把阀值减小。若阀值太小，信号强度合理的细微的变化会被误判为侦测端和被侦测端的相对位置有改变或侦测端和被侦测端之间加入了障碍物，侦测端就会频繁的侦测对于被侦测端的最佳天线，从而影响数据传输速率，这个时候需要把阀值增大。所以，本控制方法采用动态阀值，并让其并在最大阀值和最小阀值之间动态变化，以期找到最为合理的阀值。具体如下：侦测端发送数据包至被侦测端时继续记录该天线组对于被侦测端的信号强度，若某次的信号强度与上次记录的信号强度的差值大于所述动态阀值，则侦测端会比较该动态阀值与最大阀值的大小并查看侦测端什么时候侦测过对于被侦测端的最佳天线组，若侦测端刚在一秒前侦测过对于被侦测端的最佳天线组且动态阀值小于最大阀值，则动态阀值将自动加一，即在当前动态阀值的基础上自动加一。
另一方面，与第一方面同时进行，若对于被侦测端的最佳天线组已有一段时间没有更新，则侦测端会比较动态阀值与最小阀值的大小，若动态阀值大于最小阀值，则动态阀值将自动减一，然后，侦测端再按照上述(实施例1中的)第1步骤至第3步骤的方法重新侦测对于被侦测端的最佳天线组。本实施例中，所述一段时间为120秒。
在本实施例的802.11无线通信中智能天线的控制方法中，所述侦测端也可以有多个被侦测端与之连接。在本实施例的802.11无线通信中智能天线的控制方法中，在每次数据包发送前，分别检测每次所发数据包的天线组信息。
本发明802.11无线通信中智能天线的控制方法，可以动态选择侦测端对于被侦测端的最佳天线组，而且，当侦测端和被侦测端的相对位置改变或侦测端和被侦测端之间加入了障碍物时，也可以重新侦测并动态选择对于被侦测端的最佳天线组，侦测端通过其对于被侦测端的最佳天线组向被侦测端发送数据包，可以有效提高中远距离的传输效率并扩大信号覆盖范围。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (9)
1.一种802.11无线通信中智能天线的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
第1步骤，侦测端将被侦测端设为待侦测状态，并将侦测端的其中一个天线组设为待测天线组，所述待测天线组为第一组，通过该待测天线组发送数据包至该被侦测端，根据该被侦测端反馈的确认信息包得知该待测天线组对于该被侦测端的信号强度；
第2步骤，侦测端依次测得所有天线组对于该被侦测端的平均信号强度；
第3步骤，根据各组天线组的平均信号强度，侦测端选定对于被侦测端的最佳天线组，且侦测端将被侦测端设为已侦测状态，
所述侦测端选定对于被侦测端的最佳天线组后，还进行如下步骤：侦测端发送数据包至被侦测端时继续记录该最佳天线组对于被侦测端的信号强度；若某次的信号强度与之前记录的信号强度的差异大于一阀值；则侦测端将按所述第1步骤至第3步骤的方法重新侦测对于被侦测端的最佳天线组，
所述阀值是动态阀值，另预先根据侦测端的天线组的敏感度定义最大阀值和初始阀值，所述动态阀值的初始值为所述初始阀值；在侦测端按所述第1步骤至第3步骤的方法重新侦测对于被侦测端的最佳天线组之前，若某次的信号强度与之前记录的信号强度的差异大于所述动态阀值，则侦测端比较该动态阀值与最大阀值的大小并查看侦测端什么时候侦测过对于被侦测端的最佳天线组，若侦测端在一秒前侦测过对于被侦测端的最佳天线组且动态阀值小于最大阀值，则动态阀值将自动加一。
2.如权利要求1所述的802.11无线通信中智能天线的控制方法，其特征在于，所述第3步骤后，侦测端到该被侦测端的所有数据包都将经由选定的最佳天线组发送。
3.如权利要求1所述的802.11无线通信中智能天线的控制方法，其特征在于，所述第2步骤依次经过如下步骤：判断所有天线组是否已经被测完，若判断结果为否，则将待测天线组设为下一组，若已经是最后一组则设为第一组，直至每个天线组被测试10次，之后计算出各个天线组的平均信号强度；若判断结果为是，进入所述第3步骤。
4.如权利要求1所述的802.11无线通信中智能天线的控制方法，其特征在于，所述侦测端选定对于被侦测端的最佳天线组后，若对于被侦测端的最佳天线组已有一段时间没有更新，则侦测端将按照所述第1步骤至第3步骤的方法重新侦测对于被侦测端的最佳天线组。
5.如权利要求1或2或3所述的802.11无线通信中智能天线的控制方法，其特征在于，预先根据侦测端的待测天线组的敏感度设定最大阀值、最小阀值、初始阀值和动态阀值，所述动态阀值的初始值为所述初始阀值；在侦测端选定对于被侦测端的最佳天线组后，一方面，侦测端发送数据包至被侦测端时继续记录该最佳天线组对于被侦测端的信号强度，若某次的信号强度与之前记录的信号强度的差异大于该动态阀值，则侦测端会比较该动态阀值与最大阀值的大小并查看侦测端什么时候侦测过对于被侦测端的最佳天线组；若侦测端在一秒前侦测过对于被侦测端的最佳天线组且动态阀值小于最大阀值，则动态阀值将自动加一，然后，侦测端依次按照所述第1步骤至第3步骤的方法重新侦测对于被侦测端的最佳天线组；另一方面，若对于被侦测端的最佳天线组已有一段时间没有更新，则侦测端会比较动态阀值与最小阀值的大小，若动态阀值大于最小阀值，则动态阀值将自动减一，然后，侦测端依次按照所述第1步骤至第3步骤的方法重新侦测对于被侦测端的最佳天线组。
6.如权利要求1所述的802.11无线通信中智能天线的控制方法，其特征在于，为了防止一次发送数个具有不同天线组信息的数据包，在每次数据包发送前，检测每次所发数据包的天线组信息。
7.如权利要求1所述的802.11无线通信中智能天线的控制方法，其特征在于，所述侦测端与多个被侦测端连接。
8.一种802.11无线通信中智能天线的控制方法，其特征在于，侦测端选定对于被侦测端的最佳天线组后，还进行如下步骤：侦测端发送数据包至被侦测端时继续记录该最佳天线组对于被侦测端的信号强度；若某次的信号强度与之前记录的信号强度的差异大于一阀值；则侦测端将按照所述权利要求1所述的方法重新侦测对于被侦测端的最佳天线组，所述阀值是动态阀值，另预先根据侦测端的天线组的敏感度定义最大阀值、最小阀值和初始阀值，所述动态阀值的初始值为所述初始阀值；在侦测端将按照所述权利要求1所述的方法重新侦测对于被侦测端的最佳天线组之前，若某次的信号强度与之前记录的信号强度的差异大于所述动态阀值，则侦测端会比较该动态阀值与最大阀值的大小并查看侦测端什么时候侦测过对于被侦测端的最佳天线组，若侦测端刚在一秒前侦测过对于被侦测端的最佳天线组且动态阀值小于最大阀值，则动态阀值将自动加一。
9.如权利要求8所述的802.11无线通信中智能天线的控制方法，其特征在于，在侦测端将按照所述权利要求1所述的方法重新侦测对于被侦测端的最佳天线组之前，若对于被侦测端的最佳天线组已有一段时间没有更新，则侦测端会比较动态阀值与最小阀值的大小，若动态阀值大于最小阀值，则动态阀值将自动减一，然后，侦测端再按照所述权利要求1的方法重新侦测对于被侦测端的最佳天线组。
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