CN103067948A - 密集无线局域网站点传输模式的选择方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种密集无线局域网站点传输模式的选择方法，主要解决现有技术的速率异常和负载分布不均的问题。其实现步骤为：(1)无线接入点AP周期性广播网络信息，站点接收该网络信息并统计两种无线接入点AP集合；(2)站点根据获取的网络信息和两种无线接入点AP集合，计算单跳传输模式和两跳传输模式的最大业务通过量、无线接入点AP编号及中继站点编号，选择使业务通过量最大的传输模式；(3)站点根据选择的传输模式、无线接入点AP编号和中继站点编号，进行相应的传输模式配置。本发明通过充分利用密集无线局域网中的资源，合理选择站点的传输模式，减轻了网络中的干扰，提高了AP边缘用户的通信速率和业务通过量，实现了负载的均匀分布。

Description

密集无线局域网站点传输模式的选择方法

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，特别涉及一种站点传输模式的选择方法，适用于密集无线局域网环境。

背景技术

无线局域网（Wireless Local Area Network，简称WLAN）是通过无线媒介传输信息的网络，用户通过无线接入点AP可以获取各种网络服务，因其具有可移动性、使用免费频段、安装方便、成本低及传输带宽高等特点，被广泛应用于购物中心、临时会议、校园网络及安全监控等众多领域。特别是最近几年，随着iPhone和Android等便携式移动智能终端的迅速普及，移动互联网市场的快速发展，各种新型移动互联网应用业务的出现，用户越来越期望能够随时随地接入无线局域网，获取各种所需的网络服务。目前，越来越多的消费电子产品都把WLAN功能整合到其中，受到这种趋势的影响，WLAN芯片的市场也保持着快速的成长。根据NPD In-Stat最新的研究表明，WLAN芯片的营收在2015年将会达到61亿美金。这都极大的促进了无线局域网的快速发展，国内外的电信运营商在不断升级扩大3G和4G网络的同时，也在大力发展无线局域网，形成与蜂窝网络的优势互补，特别是在国内，三大电信运营商均在快速部署无线局域网的接入点。

然而，随着无线局域网的快速发展，无线接入点AP的部署越来越密集。与蜂窝网中的基站和无线网格网络中的路由器不同，无线局域网中AP的安装一般是无规划的，这导致了很多AP的覆盖范围相互重叠，由于缺少足够的正交信道，例如对于2.4GHz频段仅有3个相互独立的正交信道，造成了AP之间的相互干扰。根据现有的IEEE802.11协议，用户总是选择接收信号强度RSSI最大的AP通过单跳方式进行关联，由于用户和AP的分布是非均匀的，这就可能导致某些AP为很多邻近的用户提供服务，承担很重的业务负载，然而其它相邻的AP可能负载较轻，从而造成资源利用不均，不能很好的满足用户的需求，降低了资源利用率。同时，由于用户通过单跳方式与AP进行通信，对于处在AP边缘的用户，由于距离AP较远，信道质量比较差，用户需要使用更大的功率进行通信，这对其他用户造成了很大的干扰，而且用户不能得到很高的数据传输速率，无法满足宽带业务的需求，并且这样的用户也会降低AP内其他用户的业务通过量，这就是比较著名的速率异常问题。

为了解决密集无线局域网中存在的问题，已经提出了一些解决方案。例如，基于冲突检测的退避机制、基于集中控制的多AP时隙分配机制和基于多关联的链路选择机制就是其中的三种。

基于冲突检测的退避机制，这种方案是由每个用户检测周围用户对它的干扰，分别设定网络分配矢量NAV和重叠网络分配矢量ONAV，只有当NAV和ONAV均减为零时，用户才可以通信。此方案虽然可以减少用户之间的冲突，但是当用户数增多时，由于冲突导致的随机退避时间会大大增加。

基于集中控制的多AP时隙分配机制，此方案中包含一个网络操作中心，用于协调各个AP，每个AP只能在分配给它的时隙内轮询自己的用户。此方案虽然可确保各用户之间没有冲突干扰，但却增加了用户的通信时延，降低了网络业务通过量。

基于多关联的链路选择机制，这种方案是通过网络中存在的接入控制器，负责管理所有的AP，用户可以同时与多个AP建立关联，从中选择最优的链路进行通信。此方案虽说可提高单个用户通信的可靠性，但是由于需要与多个AP同时建立关联，占用了过多的网络资源，而无法提高处于边缘用户的数据传输速率。

发明内容

本发明的目的在于对上述已有技术的不足，提供一种用于密集无线局域网站点传输模式的选择方法。该方法通过合理选择站点的传输模式，以减轻网络中的干扰问题，提高AP边缘用户的通信速率和业务通过量，减轻速率异常问题和由于负载不均匀分布造成的负载均衡问题。

实现本发明目的的技术思路是：站点获取周围的网络信息；根据上述网络信息计算多种传输模式下站点的业务通过量，从中选择最优的传输模式；站点根据选择的传输模式进行相应的配置。其具体实现步骤如下：

(1)获取网络信息

每个无线接入点AP周期性广播自己的单跳类站点和两跳类站点的网络信息，每个站点接收该网络信息，并根据该网络信息统计单跳可达的无线接入点AP集合和两跳可达的无线接入点AP集合；

(2)选择传输模式

(2a)若网络信息中存在单跳可达的无线接入点AP集合，则计算单跳传输模式的如下参数：

(2a1)计算站点通过该集合中每个无线接入点AP的业务通过量不(戈u)：

$T_1\left(S_{\mathrm{iu}}\right)={(\underset{j=1}{\overset{N_{\mathrm{api}}^s}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{R(A{P}_i,S_{\mathrm{ij}})}+\frac{1}{R(A{P}_i,S_{\mathrm{iu}})}+\underset{j=1}{\overset{N_{\mathrm{api}}^m}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{R(A{P}_i,S_{\mathrm{ij}},S_{\mathrm{ir}})})}^{-1},$

其中，AP_i表示每个无线接入点AP，i∈1,2,···,N_AP；N_AP表示无线接入点AP的个数；S_iu表示需要选择传输模式的站点；

表示AP_i中选择单跳传输模式的站点个数；

表示AP_i中选择两跳传输模式的站点个数；R(AP_i,S_iu)表示S_iu与AP_i之间链路的可用速率；R(AP_i，S_ij表示AP_i中的站点S_ij与AP_i之间链路的可用速率；R(AP_i,S_ij,S_ir)表示S_ij利用中继站点S_ir与AP_i之间链路的可用速率；

(2a2)计算站点的最大业务通过量T₁(S_iu)_max：

$T_1{\left(S_{\mathrm{iu}}\right)}_{\max }=\underset{i\∈\mathrm{1,2},\·\·\·,N_{\mathrm{AP}}}{\max }{T}_1\left(S_{\mathrm{iu}}\right);$

(2a3)计算站点获得最大业务通过量T₁(S_iu)_max时的无线接入点AP编号k₁：

$k_1=\arg \underset{i\∈\mathrm{1,2},\·\·\·,N_{\mathrm{AP}}}{\max }{T}_1\left(S_{\mathrm{iu}}\right);$

(2b)若网络信息中存在两跳可达的无线接入点AP集合，则计算两跳传输模式的如下参数：

(2b1)计算站点通过该集合中每个无线接入点AP的业务通过量T₂(S_iu)：

$T_2\left(S_{\mathrm{iu}}\right)={(\underset{j=1}{\overset{N_{\mathrm{api}}^s}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{R(A{P}_i,S_{\mathrm{ij}})}+\underset{j=1}{\overset{N_{\mathrm{api}}^m}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{R(A{P}_i,S_{\mathrm{ij}},S_{\mathrm{ir}})}+\frac{1}{R(A{P}_i,S_{\mathrm{iu}},S_{\mathrm{im}})})}^{-1},$

其中，R(AP_i,S_iu,S_im)表示S_iu利用中继站点S_im与AP_i之间链路的可用速率，该可用速率按下式求得：

$R(A{P}_i,S_{\mathrm{iu}},S_{\mathrm{im}})=\underset{r\∈\mathrm{1,2},\·\·\·,N_{\mathrm{api}}}{\max }R(A{P}_i,S_{\mathrm{iu}},S_{\mathrm{ir}}),$

其中，N_api表示AP_i中的站点个数；R(AP_i,S_iu,S_ir)表示S_iu利用S_ir与AP_i之间链路的可用速率；

(2b2)计算站点使用的中继站点编号m：

$m=\arg \underset{r\∈\mathrm{1,2},\·\·\·,N_{\mathrm{api}}}{\max }R(A{P}_i,S_{\mathrm{iu}},S_{\mathrm{ir}});$

(2b3)计算站点的最大业务通过量T₂(S_iu)_max：

$T_2{\left(S_{\mathrm{iu}}\right)}_{\max }=\underset{i\∈\mathrm{1,2},\·\·\·,N_{\mathrm{AP}}}{\max }{T}_2\left(S_{\mathrm{iu}}\right);$

(2b4)计算站点获得最大业务通过量T₂(S_iu)_max时的无线接入点AP编号k₂：

$k_2=\arg \underset{i\∈\mathrm{1,2},\·\·\·,N_{\mathrm{AP}}}{\max }{T}_2\left(S_{\mathrm{iu}}\right);$

(2c)若上述二种传输模式均不存在或站点没有业务需要传输，则返回步骤(1)；否则，站点比较二种传输模式的最大业务通过量，选择使业务通过量最大的传输模式，执行步骤(3)；

(3)配置传输模式

(3a)若站点选择的是单跳传输模式，则站点与编号为k₁的无线接入点AP进行关联或重新关联；

(3b)若站点选择的是两跳传输模式，则站点利用编号为m的中继站点与编号为k₂的无线接入点AP进行关联或重新关联。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

1)本发明通过两跳通信方式与无线接入点AP进行通信，提高了无线接入点AP边缘用户的通信速率和业务通过量，减轻了速率异常带来的问题，降低了每跳链路所需的发送功率，从而减少了对网络中其他用户的干扰。

2)本发明通过两种无线接入点AP集合与多个无线接入点AP进行通信，可以将用户的业务合理地分配到多个无线接入点AP，实现了负载的均匀分布。

附图说明

图1是本发明使用的场景示意图；

图2是本发明的实现流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述。

本发明使用的场景如图1所示，其中包含多个无线接入点AP，每个无线接入点AP中的用户个数和每个用户的位置都是非均匀分布的。

参照图2，本发明在图1所述的场景中进行站点传输模式选择的具体步骤如下：

步骤1，获取网络信息。

(1a)每个无线接入点AP周期性广播自己的单跳类站点和两跳类站点的网络信息；其中，单跳类站点是指通过单跳与无线接入点AP通信的站点；两跳类站点是指利用中继站点通过两跳与无线接入点AP通信的站点；网络信息是指无线接入点AP标识号、站点标识号、工作信道和每跳链路的可用速率；

(1b)每个站点接收该网络信息，并根据该网络信息统计单跳可达的无线接入点AP集合和两跳可达的无线接入点AP集合；其中，单跳可达的无线接入点AP集合是指站点能进行单跳通信的每个无线接入点AP；两跳可达的无线接入点AP集合，是指站点能利用中继站点进行两跳通信的每个无线接入点AP。

步骤2，选择传输模式。

传输模式的选择是根据站点在步骤1中获取的网络信息、单跳可达的无线接入点AP集合和两跳可达的无线接入点AP集合进行，具体步骤如下：

(2a)若网络信息中存在单跳可达的无线接入点AP集合，则计算单跳传输模式的如下参数：

(2a1)计算站点通过该集合中每个无线接入点AP的业务通过量T₁(S_iu)：

$T_1\left(S_{\mathrm{iu}}\right)={(\underset{j=1}{\overset{N_{\mathrm{api}}^s}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{R(A{P}_i,S_{\mathrm{ij}})}+\frac{1}{R(A{P}_i,S_{\mathrm{iu}})}+\underset{j=1}{\overset{N_{\mathrm{api}}^m}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{R(A{P}_i,S_{\mathrm{ij}},S_{\mathrm{ir}})})}^{-1},$

其中，AP_i表示每个无线接入点AP，i∈1,2,···,N_AP；N_AP表示无线接入点AP的个数；S_iu表示需要选择传输模式的站点；

表示AP_i中选择单跳传输模式的站点个数；

表示AP_i中选择两跳传输模式的站点个数；R(AP_i,S_iu)表示S_iu与AP_i之间链路的可用速率；R(AP_i,S_ij)表示AP_i中的站点S_ij与AP_i之间链路的可用速率；R(AP_i,S_ij,S_ir)表示S_ij利用中继站点S_ir与AP_i之间链路的可用速率，该可用速率按下式求得：

$R(A{P}_i,S_{\mathrm{ij}},S_{\mathrm{ir}})=\frac{R(A{P}_i,S_{\mathrm{ij}})R(S_{\mathrm{ij}},S_{\mathrm{ir}})}{R(A{P}_i,S_{\mathrm{ij}})+R(S_{\mathrm{ij}},S_{\mathrm{ir}})}$

其中，R(S_ij,S_ir)表示S_ij与S_ir之间链路的可用速率；

(2a2)计算站点的最大业务通过量T₁(S_iu)_max：

$T_1{\left(S_{\mathrm{iu}}\right)}_{\max }=\underset{i\∈\mathrm{1,2},\·\·\·,N_{\mathrm{AP}}}{\max }{T}_1\left(S_{\mathrm{iu}}\right);$

(2a3)计算站点获得最大业务通过量T₁(S_iu)_max时的无线接入点AP编号k₁：

$k_1=\arg \underset{i\∈\mathrm{1,2},\·\·\·,N_{\mathrm{AP}}}{\max }{T}_1\left(S_{\mathrm{iu}}\right);$

(2b)若网络信息中存在两跳可达的无线接入点AP集合，则计算两跳传输模式的如下参数：

(2b1)计算站点通过该集合中每个无线接入点AP的业务通过量T₂(S_iu)：

$T_2\left(S_{\mathrm{iu}}\right)={(\underset{j=1}{\overset{N_{\mathrm{api}}^s}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{R(A{P}_i,S_{\mathrm{ij}})}+\underset{j=1}{\overset{N_{\mathrm{api}}^m}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{R(A{P}_i,S_{\mathrm{ij}},S_{\mathrm{ir}})}+\frac{1}{R(A{P}_i,S_{\mathrm{iu}},S_{\mathrm{im}})})}^{-1},$

其中，R(AP_i,S_iu,S_im)表示S_iu利用中继站点S_im与AP_i之间链路的可用速率，该可用速率按下式求得：

$R(A{P}_i,S_{\mathrm{iu}},S_{\mathrm{im}})=\underset{r\∈\mathrm{1,2},\·\·\·,N_{\mathrm{api}}}{\max }R(A{P}_i,S_{\mathrm{iu}},S_{\mathrm{ir}}),$

其中，N_api表示AP_i中的站点个数；R(AP_i,S_iu,S_ir)表示S_iu利用S_ir与AP_i之间链路的可用速率；

(2b2)计算站点使用的中继站点编号m：

$m=\arg \underset{r\∈\mathrm{1,2},\·\·\·,N_{\mathrm{api}}}{\max }R(A{P}_i,S_{\mathrm{iu}},S_{\mathrm{ir}});$

(2b3)计算站点的最大业务通过量T₂(S_iu)_max：

$T_2{\left(S_{\mathrm{iu}}\right)}_{\max }=\underset{i\∈\mathrm{1,2},\·\·\·,N_{\mathrm{AP}}}{\max }{T}_2\left(S_{\mathrm{iu}}\right);$

(2b4)计算站点获得最大业务通过量T₂(S_iu)_max时的无线接入点AP编号k₂：

$k_2=\arg \underset{i\∈\mathrm{1,2},\·\·\·,N_{\mathrm{AP}}}{\max }{T}_2\left(S_{\mathrm{iu}}\right);$

(2c)若上述二种传输模式均不存在或站点没有业务需要传输，则返回步骤(1)；否则，站点比较二种传输模式的最大业务通过量，选择使业务通过量最大的传输模式，执行步骤(3)；

步骤3，配置传输模式。

传输模式的配置是根据站点在步骤2中选择的传输模式和计算得到的无线接入点AP编号k₁、k₂和中继站点编号m进行，具体步骤如下：

(3a)若站点选择的是单跳传输模式，则站点与编号为k₁的无线接入点AP进行关联或重新关联，即站点将自己的工作信道配置成编号为k₁的无线接入点AP所使用的工作信道，并通过单跳与编号为k₁的无线接入点AP进行无线连接；

(3b)若站点选择的是两跳传输模式，则站点利用编号为m的中继站点与编号为k₂的无线接入点AP进行关联或重新关联，即站点和编号为m的中继站点分别将自己的工作信道配置成编号为k₂的无线接入点AP所使用的工作信道，站点利用编号为m的中继站点通过两跳与编号为k₂的无线接入点AP进行无线连接。

以上描述仅是本发明的一个具体实例，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不背离本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于密集无线局域网站点传输模式的选择方法，包括如下步骤：

(1)获取网络信息

每个无线接入点AP周期性广播自己的单跳类站点和两跳类站点的网络信息，每个站点接收该网络信息，并根据该网络信息统计单跳可达的无线接入点AP集合和两跳可达的无线接入点AP集合；

(2)选择传输模式

(2a)若网络信息中存在单跳可达的无线接入点AP集合，则计算单跳传输模式的如下参数：

(2a1)计算站点通过该集合中每个无线接入点AP的业务通过量T₁(S_iu)：

$T_1\left(S_{\mathrm{iu}}\right)={(\underset{j=1}{\overset{N_{\mathrm{api}}^s}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{R(A{P}_i,S_{\mathrm{ij}})}+\frac{1}{R(A{P}_i,S_{\mathrm{iu}})}+\underset{j=1}{\overset{N_{\mathrm{api}}^m}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{R(A{P}_i,S_{\mathrm{ij}},S_{\mathrm{ir}})})}^{-1},$

其中，AP_i表示每个无线接入点AP，i∈1,2,···,N_AP；N_AP表示无线接入点AP的个数；S_iu表示需要选择传输模式的站点；

表示AP_i中选择单跳传输模式的站点个数；

表示AP_i中选择两跳传输模式的站点个数；R(AP_i,S_iu)表示S_iu与AP_i之间链路的可用速率；R(AP_i,S_ij)表示AP_i中的站点S_ij与AP_i之间链路的可用速率；R(AP_i,S_ij,S_ir)表示S_ij利用中继站点S_ir与AP_i之间链路的可用速率；

(2a2)计算站点的最大业务通过量T₁(S_iu)_max：

$T_1{\left(S_{\mathrm{iu}}\right)}_{\max }=\underset{i\∈\mathrm{1,2},\·\·\·,N_{\mathrm{AP}}}{\max }{T}_1\left(S_{\mathrm{iu}}\right);$

(2a3)计算站点获得最大业务通过量T₁(S_iu)_max时的无线接入点AP编号k₁：

$k_1=\arg \underset{i\∈\mathrm{1,2},\·\·\·,N_{\mathrm{AP}}}{\max }{T}_1\left(S_{\mathrm{iu}}\right);$

(2b)若网络信息中存在两跳可达的无线接入点AP集合，则计算两跳传输模式的如下参数：

(2b1)计算站点通过该集合中每个无线接入点AP的业务通过量T₂(S_iu)：

$T_2\left(S_{\mathrm{iu}}\right)={(\underset{j=1}{\overset{N_{\mathrm{api}}^s}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{R(A{P}_i,S_{\mathrm{ij}})}+\underset{j=1}{\overset{N_{\mathrm{api}}^m}{\mathrm{\Σ}}}\frac{1}{R(A{P}_i,S_{\mathrm{ij}},S_{\mathrm{ir}})}+\frac{1}{R(A{P}_i,S_{\mathrm{iu}},S_{\mathrm{im}})})}^{-1},$

其中，R(AP_i,S_iu,S_im)表示S_iu利用中继站点S_im与AP_i之间链路的可用速率，该可用速率按下式求得：

$R(A{P}_i,S_{\mathrm{iu}},S_{\mathrm{im}})=\underset{r\∈\mathrm{1,2},\·\·\·,N_{\mathrm{api}}}{\max }R(A{P}_i,S_{\mathrm{iu}},S_{\mathrm{ir}}),$

其中，N_api表示AP_i中的站点个数；R(AP_i,S_iu,S_ir)表示S_iu利用S_ir与AP_i之间链路的可用速率；

(2b2)计算站点使用的中继站点编号m：

$m=\arg \underset{r\∈\mathrm{1,2},\·\·\·,N_{\mathrm{api}}}{\max }R(A{P}_i,S_{\mathrm{iu}},S_{\mathrm{ir}});$

(2b3)计算站点的最大业务通过量T₂(S_iu)_max：

$T_2{\left(S_{\mathrm{iu}}\right)}_{\max }=\underset{i\∈\mathrm{1,2},\·\·\·,N_{\mathrm{AP}}}{\max }{T}_2\left(S_{\mathrm{iu}}\right);$

(2b4)计算站点获得最大业务通过量T₂(S_iu)_max时的无线接入点AP编号k₂：

$k_2=\arg \underset{i\∈\mathrm{1,2},\·\·\·,N_{\mathrm{AP}}}{\max }{T}_2\left(S_{\mathrm{iu}}\right);$

(2c)若上述二种传输模式均不存在或站点没有业务需要传输，则返回步骤(1)；否则，站点比较二种传输模式的最大业务通过量，选择使业务通过量最大的传输模式，执行步骤(3)；

(3)配置传输模式

(3a)若站点选择的是单跳传输模式，则站点与编号为k₁的无线接入点AP进行关联或重新关联；

(3b)若站点选择的是两跳传输模式，则站点利用编号为m的中继站点与编号为k₂的无线接入点AP进行关联或重新关联。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤(1)中的单跳类站点，是指通过单跳与无线接入点AP通信的站点。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤(1)中的两跳类站点，是指利用中继站点通过两跳与无线接入点AP通信的站点。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤(1)中的网络信息，是指无线接入点AP标识号、站点标识号、工作信道和每跳链路的可用速率。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤(1)中的单跳可达的无线接入点AP集合，是指站点能进行单跳通信的每个无线接入点AP。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤(1)中的两跳可达的无线接入点AP集合，是指站点能利用中继站点进行两跳通信的每个无线接入点AP。

7.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(3a)所述的站点与编号为k₁的无线接入点AP进行关联或重新关联，是指站点将自己的工作信道配置成编号为k₁的无线接入点AP所使用的工作信道，并通过单跳与编号为k₁的无线接入点AP进行无线连接。

8.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(3b)所述的站点利用编号为m的中继站点与编号为k₂的无线接入点AP进行关联或重新关联，是指站点和编号为m的中继站点分别将自己的工作信道配置成编号为k₂的无线接入点AP所使用的工作信道，站点利用编号为m的中继站点通过两跳与编号为k₂的无线接入点AP进行无线连接。

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