CN102497640A

CN102497640A - 密集局域网环境宽带信道的动态配置方法

Info

Publication number: CN102497640A
Application number: CN2011104106957A
Authority: CN
Inventors: 李红艳; 张华�; 李建东; 盛敏; 刘勤; 刘伟; 李昌席
Original assignee: Xidian University
Current assignee: Xidian University
Priority date: 2011-12-09
Filing date: 2011-12-09
Publication date: 2012-06-13
Anticipated expiration: 2031-12-09
Also published as: CN102497640B

Abstract

本发明公开了一种密集局域网环境宽带信道的动态配置方法，它属于移动通信技术领域，主要解决现有信道带宽分配方法不能动态调整，造成的频谱浪费和用户宽带业务需求的不满足。其实现步骤为：(1)选择不同的方式对接入点AP进行初始化信道选择；(2)对环境参数信息进行收集、归类和查看；(3)根据查看的环境信息参数判断AP是否需要进行带宽扩展，如果是则根据AP的环境信息参数进行决策判决，请求AP重新配置扩展信道；(4)AP根据不同的决策判决请求进行相应的重配置；(5)各AP下的接入用户根据各AP的请求，重新与AP进行关联，完成信道调整过程。本发明能在密集环境下满足用户的宽带业务需求，适应网络的动态变化，提高了频谱利用率、系统的吞吐量和性能。

Description

密集局域网环境宽带信道的动态配置方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别是大规模密集型无线局域网中各接入点AP和接入点覆盖范围内各工作站STA间动态调整信道和工作信道带宽的分配方法。

背景技术

无线局域网WLAN提供了一种局域网的无线连接服务，能在较小的范围内提供高速的数据传输，因为具有灵活性、吞吐量高、低成本以及能很好的和互联网结合等特点，WLAN的发展已经不是简单的应用在室内起到为蜂窝网分流的作用。随着咖啡厅、机场、酒店、会展中心、商贸广场、市民休闲广场等热点区域的出现，WLAN的应用区域变得越来越广泛；近年来，手提电脑、手机、ipad等无线电子设备的发展，尤其是智能手机的普及，使用户对WLAN的接入、办公、游戏、数据下载或上传等应用需求便得越来越紧迫，WLAN用户的数量和适用于无线接入的各种芯片设备数以迅猛的速度增长，这一结果也刺激了WLAN的飞速发展。毫无疑问，未来WLAN的覆盖范围将会变得越来越密集，应用范围也会变得越来越广泛，基于密集型业务的大规模WLAN网络环境将是一个不可阻挡的趋势。WLAN将会在未来的通信领域占有不可或缺的一席之地。AP是无线局域网的一个重要无线收发组成设备，是无线网和有线网之间沟通的桥梁，AP的出现完成了无线信号和有线网络之间的通信。

现存的网络环境，每个AP工作在固定带宽下，若AP可支持的带宽较小，而当AP下的业务量增加时，AP能够提供的带宽就不足以支持这些用户的业务需求，则有可能造成业务服务质量的下降，严重时甚至会导致业务中断，网络拥塞；若AP可支持的带宽较大，但当前接入的业务量很少或没有时，则不能够充分利用频带资源，甚至会产生闲置的资源。可以看出，这种静态的固定式资源分配方法，不能够适应网络需求的动态变化，不能够有效地利用频谱资源，严重的时候会造成频谱资源的浪费，鉴于WLAN的频谱资源是有限的，而未来的WLAN网络将是大规模的密集型的，宽带业务需求对于频谱的应用需求则更加迫切。

为了满足大规模密集业务区域用户的宽带业务需求，国际标准制定机构IEEE工作组规定，在802.11n协议中，WLAN既可以工作在20MHZ带宽也可以工作在40MHZ带宽来支持用户的宽带业务需求，当工作在40MHZ带宽时需要将两个相邻且独立的20MHZ信道进行捆绑。然而，目前的网络信道配置由于缺乏统一的集中管理和调度，常常无法找到一个可以直接进行捆绑的空闲且独立信道用来构成一个40MHZ信道，在密集环境业务中由于业务的突发性，20MHZ的工作带宽不能满足突然加重的用户业务需求，若不能适应网络变化对工作带宽进行动态的扩展，则会造成用户业务的中断或者丢弃，严重时甚至会造成整个网络的瘫痪。

发明内容

本发明目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种密集局域网环境宽带信道的动态配置方法，动态的将工作信道从20MHZ扩展至40MHZ，以满足突然加重的用户宽带业务需求和网络的动态变化，防止可能造成的用户业务中断或丢弃，提高了频谱利用率和网络的性能。

本发明的技术方案是：通过对AP初始化信道的选择方式来动态的分配40MHZ信道，主要步骤包括如下：

(1)选择初始信道步骤：若能找到一对空闲相邻且独立的20MHZ信道构成的一个40MHZ信道时，则接入点AP直接从中任意选择一个20MHZ信道作为初始信道，一个作为预留资源以备将来需要将信道扩展到40MHZ时使用；否则随意选择一个空闲的20MHZ信道作为初始化信道；

(2)环境感知步骤：对工作站点STA和接入点AP进行扫描，获得周围的环境参数信息，该环境参数信息包括各AP标识号、工作信道、实时流量、工作的带宽模式以及用户的业务类型，将这些环境参数信息提交给中心控制器AC，AC对这些环境参数信息归类、查看AP的实时流量、工作带宽模式和用户业务类型，并记录查看的结果；

(3)决策判断步骤：AC根据步骤(2)记录的结果判断当前AP工作的带宽模式能否支持AP的实时流量大小，如果能则返回步骤(2)，如果不能，则AC根据步骤(1)中的不同信道初始方式选择不同的信道扩展方式：如果初始信道选择预留，则直接请求AP开启预留资源；如果初始信道没有进行预留，则AC根据步骤(2)中获得的AP的标识号、工作带宽模式和工作信道进行如下判决：

(3a)若网络中存在空闲的相邻且独立的20MHZ信道，则请求AP捆绑此空闲信道，否则转入步骤(3b)；

(3b)若网络中存在由一对空闲的相邻且独立的20MHZ信道构成的40MHZ信道，则请求AP跃迁至此信道对上，否则转入步骤(3c)；

(3c)若相邻AP占用的可捆绑的相邻且独立20MHZ信道能被借用，则请求对相邻AP进行重配置，让出此信道借给当前AP捆绑，否则根据用户的业务类型对延迟不敏感的业务进行业务推迟接入传输；

(4)信道重配置步骤：AP根据步骤(3)中的不同决策判决请求，进行信道迁移和带宽扩展，并请求接入用户做出相应的信道调整；

(5)用户调整步骤：AP下的接入用户根据AP发送的信道调整请求，进行相应的信道调整接入。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

(1)本发明充分考虑了用户的业务需求，能够根据用户业务流量的大小，动态的调整网络资源的分配，满足了用户的宽带业务需求，实现了网络资源的均衡利用，能够适应网络的动态变化。

(2)本发明采用集中管理器AC进行统一的管理、配置和调度，防止了网络中各AP独立进行配置而引起的干扰和网络混乱，防止由于干扰和混乱引起系统拥塞，造成用户业务中断或丢弃，提高了系统的可管理度和容忍度，提高了网络的性能。

附图说明

图1是本发明实施例的场景示意图；

图2是本发明的信道配置方法总流程图；

图3是本发明的决策判断子流程图。

具体实施方式

本发明适用于图1所示的密集局域网环境，场景中包含集中控制器AC、接入点AP和工作站点STA；STA与AP之间采用无线方式连接，AP与AC之间采用有线方式连接，AC负责对AP进行统一的管理、配置和调度，其中包括决策判决和信道重配置。

参照图2，本发明利用图1所示场景，进行动态配置的具体实现步骤如下：

步骤1，信道初始化

接入点AP在初始化选择信道时，若能找到一对空闲相邻且独立的20MHZ信道构成的一个40MHZ信道时，则接入点AP直接从中任意选择一个20MHZ信道作为初始信道，将另一个20MHZ信道作为预留资源，以备将来需要将信道扩展到40MHZ时使用；否则随意选择一个空闲的20MHZ信道作为初始化信道，空闲20MHZ信道是指没有被相邻AP占用的信道，执行步骤(2)；

步骤2，环境感知

工作站点STA和AP通过扫描获得周围的环境参数信息，该环境参数信息包括各AP标识号、工作信道、实时流量、工作的带宽模式以及用户的业务类型，将这些环境参数信息提交给中心控制器AC，AC对这些环境参数信息归类、查看AP的实时流量、工作带宽模式和用户业务类型，并记录查看的结果，以备将来对AP进行统一的管理、配置和调度。

工作站点STA和接入点AP的扫描可采用主动扫描或被动扫描，其中：

主动扫描：是将工作站点STA依次切换到不同的信道，先在每一个信道上广播一个探测请求帧；然后收集工作在各信道上的接入点AP发出的探测应答帧，探测应答帧中有AP的环境参数信息；

被动扫描，是将工作站点STA依次切换到不同的信道，并监听网络中接入点AP周期性发出的信标帧，信标帧中有AP的环境参数信息。

步骤3，决策判决

参照图3，AP在工作过程中，根据步骤(2)记录的结果判断当前AP工作的带宽模式能否支持AP的实时流量大小，如果能则返回步骤(2)，如果不能，则AC根据步骤(1)中的不同信道初始方式选择不同的信道扩展方式：如果初始信道选择预留，则直接请求AP开启预留资源；如果初始信道没有进行预留，则AC根据步骤(2)中获得的AP的标识号、工作带宽模式和工作信道进行如下判决：

(3a)若网络中存在空闲的相邻且独立的20MHZ信道，则请求AP捆绑此空闲信道，捆绑是指由两个相邻且独立的20MHZ构成一个40MHZ信道，否则执行步骤(3b)；

(3b)若网络中存在由一对空闲的相邻且独立的20MHZ信道构成的40MHZ信道，则请求AP跃迁至此信道对上，否则执行步骤(3c)；

(3c)若相邻AP占用的可捆绑的相邻且独立20MHZ信道能被借用，相邻AP定义为AP的覆盖范围和当前AP覆盖范围产生重叠区域的AP，如图1中AP3和AP1就是AP2的相邻AP；在图1中，AP2初始时候配置在20MHZ的工作带宽，当AP2的业务流量突然增加，AP2初始配置的20MHZ带宽已不能够支持AP2增加的业务流量大小，这时就需要对AP2进行带宽扩展，但是AP2工作在信道36，可绑定的相邻且独立的信道40被AP3占用，则需要判断AP3占用的信道能否借给AP2使用，若相邻AP，本例指AP3传输的业务能进行暂时中断，重新配置到其它信道后能继续传输，而不影响用户的服务质量，则请求对相邻AP，本例中指AP3进行迁移，重新配置到其它空闲信道，让出此信道借给当前AP，本例中指AP2进行捆绑，将工作带宽扩展到40MHZ，否则根据用户的业务类型对延迟不敏感的业务进行业务推迟接入传输。

步骤4，信道重配置

AP收到信道扩展请求后对自己的信道进行重新配置，若初始信道选择预留，则开启预留资源进行信道捆绑，并发消息告知AP下的接入用户AP重配置后的带宽工作模式，并请求用户调整信道；否则AP根据步骤3中做出的决策判决进行相应的信道重配置：

(4a)若网络中存在空闲的相邻且独立的20MHZ信道，则当前AP直接和此空闲信道进行捆绑，并发消息告知AP下的接入用户AP重配置后的带宽工作模式，请求用户调整接入信道；

(4b)若网络中存在由一对空闲的相邻且独立的20MHZ信道构成的40MHZ信道，则当前AP首先发送消息告知给它下面的接入用户AP将要跃迁到此的信道对上，并请求用户在一段时间后接入此信道对；然后当前AP跃迁到此信道对上；最后发消息告知AP下的接入用户AP重配置后的带宽工作模式，并请求用户调整接入信道；

(4c)若相邻AP占用的可捆绑的相邻且独立20MHZ信道能被借用，则相邻AP首先发送消息告知它下面的用户将迁移到一个空闲的信道，并请求其下接入的用户在一段时间后接入此空闲信道；然后相邻AP迁移到此空闲信道上，让出占用的可捆绑的相邻且独立信道；接着当前AP将自己的工作信道和相邻AP让出的信道进行捆绑；最后当前AP发消息告知它下面的接入用户AP重配置后的带宽工作模式，并请求用户调整接入信道。

步骤5，用户调整

各AP信道重配置完成后，AP下的接入用户根据AP发送的信道调整请求，获得AP信道重配置后的带宽工作模式和工作信道，发送关联请求给AP，进行重新关联接入，完成信道调整过程。

Claims

1.一种用于密集局域网环境用户宽带业务需求的带宽配置方法，包括：

(3)决策判断步骤：AC根据步骤(1)记录的结果判断当前AP工作的带宽模式能否支持AP的实时流量大小，如果能则返回步骤(2)，如果不能，则AC根据步骤(1)中的不同信道初始方式选择不同的信道扩展方式：如果初始信道选择预留，则直接请求AP开启预留资源；如果初始信道没有进行预留，则AC根据步骤(2)中获得的AP的标识号、工作带宽模式和工作信道进行如下判决：

2.根据权利要求1所述的带宽配置方法，其中所述步骤(1)中的空闲20MHZ信道是指没有被相邻的AP占用的信道。

3.根据权利要求1所述的带宽配置方法，其中步骤(2)所述的对工作站点STA和接入点AP进行扫描，按如下方式之一进行：

主动扫描：将工作站点STA依次切换到不同的信道，先在每一个信道上广播一个探测请求帧；然后收集工作在各信道上的接入点AP发出的探测应答帧，探测应答帧中有AP的环境参数信息；

被动扫描，将工作站点STA依次切换到不同的信道，并监听网络中接入点AP周期性发出的信标帧，信标帧中有AP的环境参数信息。

4.根据权利要求1所述的带宽配置方法，其中所述步骤(3a)中的捆绑，是指由两个相邻且独立的20MHZ构成一个40MHZ信道。

5.根据权利要求1所述的带宽配置方法，其中所述步骤(3c)中的相邻AP，是指若某AP的覆盖范围和当前AP覆盖范围产生重叠区域，则将此AP定义为相邻AP。

6.根据权利要求1所述的带宽配置方法，其中步骤(3c)所述相邻AP占用的可绑定的相邻且独立20MHZ信道能被借用，是指相邻AP传输的业务能进行暂时中断，重新配置到其它信道后能继续传输，而不影响用户的服务质量。

7.根据权利要求1所述的带宽配置方法，其中所述步骤(4)中的进行信道迁移和带宽扩展，是将相邻AP重新配置到其它空闲信道，当前AP将两个相邻且独立的20MHZ信道进行捆绑。

8.根据权利要求1所述的带宽配置方法，其中所述步骤(4)中的请求接入用户做出相应的信道调整，是指AP下的接入用户依据AP信道配置的结果，发送关联请求给AP，进行重新关联接入。