CN103298061B - 用于无线局域网占用时长公平性的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

一种用于无线局域网占用时长公平性的系统和方法。可基于总信道可用性的确定在多个相关联的移动站之间分配占用时长。总的可用信道基于通过信道上检测到的能量确定的总信道利用率和通过无线接入点和相关联的移动站之间监控的业务确定的移动站利用率。

Description

用于无线局域网占用时长公平性的方法和设备
技术领域
本发明总体涉及无线局域网，并且更具体地，涉及用于无线局域网占用时长公平性的系统和方法。
背景技术
诸如智能电话和平板计算装置的无线设备持续激增，增加了寻求无处不在的Wi-Fi连接的移动设备的总数。此类移动设备上的高新应用程序和互联网使用的快速引入增加了在企业环境中网络支持的挑战。特别是，企业面临在其无线局域网(LAN)环境中识别它们构建中最佳实践的重大挑战。
随着无线连接速度的提升，无线LAN技术进一步发展。因而无线网络需配置为支持多种设备类型，包括传统802.11a/b/g设备、允许速度超过100Mbit/s的目前802.11n设备、以及允许速度超过1Gbit/s的未来802.11AC设备。此类无线LAN连接的上限将继续推进，因而增加了无线LAN网络在确定的地域和混合的无线装置上提供充分支持的负担。
企业需制定构建和维护其无线LAN环境的适当的策略。随着更多的仅支持无线的设备进入市场并且更多的个体将此类设备带入企业环境，此类计划的费用将会增加。在没有适当的无线LAN策略的情况下，企业现存网络部署将由产生不令人满意的网络性能的点所左右。
该领域中的趋势表明，随着蜂窝网络的负担变得过重，将更依赖Wi-Fi技术。现在，蜂窝网络的操作人员更加重视记入移动设备的数据速率。
发明内容
(1)一种方法，包括：通过无线接入点对信道的第一利用率度量进行第一监控，所述第一监控包括识别第一时间段期间的所述第一监控检测到所述信道上的能量的时间部分；通过所述无线接入点在第二时间段期间针对与所述无线接入点相关联的多个移动站对所述信道的第二利用率度量进行第二监控，所述第二监控包括识别所述第二时间段期间的所述第二监控检测到由所述无线接入点发送至所述多个移动站或由所述无线接入点从所述移动站接收的数据业务的时间部分；基于所述第一利用率度量和所述第二利用率度量，确定所述信道的可用性；以及，在所述多个移动站之间分配所确定的所述信道的所述可用性。
(2)根据(1)所述的方法，其中，所述确定包括计算1-U1+U2，其中，U1是第一利用率度量，并且U2是第二利用率度量。
(3)根据(1)所述的方法，其中，所述第一监控考虑与所述移动站不相关联的第二无线接入点对所述信道的利用率。
(4)根据(1)所述的方法，其中，所述第一监控考虑与所述无线接入点不兼容的其他设备对所述信道的利用率。
(5)根据(1)所述的方法，其中，所述分配包括通过所述无线接入点将各计数器分配至所述多个移动站中的每个，所述计数器用于监控所述多个移动站中的每个使用所述信道的程度。
(6)根据(5)所述的方法，还包括：当确定出与所述多个移动站中的第一移动站相关联的计数器超过阈值水平时，丢弃从所述多个移动站中的所述第一移动站接收的数据包。
(7)根据(1)所述的方法，其中，所述确定被周期性执行。
(8)一种方法，包括：基于信道能量检测度量和移动站利用率度量，确定信道的可用性，所述信道能量检测度量代表第一时间段期间的在所述信道上检测到能量的第一时间百分数，并且所述移动站利用率度量代表第二时间段期间的在无线接入点和多个移动站之间检测到通信的第二时间百分数；以及，在所述多个移动站之间分配所确定的所述信道的所述可用性。
(9)根据(8)所述的方法，其中，所述确定包括计算1-U1+U2，其中，U1是所述信道能量检测度量，并且U2是所述移动站利用率度量。
(10)根据(8)所述的方法，其中，所述信道能量检测度量考虑与所述移动站不相关联的第二无线接入点对所述信道的利用率。
(11)根据(8)所述的方法，其中，所述信道能量检测度量考虑与所述无线接入点不兼容的其他设备对所述信道的利用率。
(12)根据(8)所述的方法，其中，所述分配包括：通过所述无线接入点将各计数器分配至所述多个移动站中的每个，所述计数器用于监控所述多个移动站中的每个使用所述信道的程度。
(13)根据(12)所述的方法，还包括：当确定出与所述多个移动站中的第一移动站相关联的计数器超过阈值水平时，丢弃从所述多个移动站中的所述第一移动站接收的数据包。
(14)根据(8)所述的方法，其中，所述确定被周期性执行。
(15)一种无线接入点，包括：无线收发器，能够经由通信信道与多个移动站进行通信，以及，控制器，在所述多个移动站之间分配可用的占用时长，所述可用的占用时长基于信道能量检测度量和移动站利用率度量来确定，所述信道能量检测度量代表第一时间段期间的在所述通信信道上检测到能量的第一时间百分数，并且所述移动站利用率度量代表第二时间段期的在所述无线接入点和所述多个移动站之间检测到通信的第二时间百分数。
(16)根据(15)所述的无线接入点，其中，所述可用的占用时长通过计算1-U1+U2确定，其中，U1是所述信道能量检测度量，并且U2是所述移动站利用率度量。
(17)根据(15)所述的无线接入点，其中，所述信道能量检测度量考虑与所述移动站不相关联的第二无线接入点对所述信道的利用率。
(18)根据(15)所述的无线接入点，其中，所述信道能量检测度量考虑与所述无线接入点不兼容的其他设备对所述信道的利用率。
(19)根据(15)所述的无线接入点，其中，所述分配将各计数器分配至所述多个移动站中的每个，所述计数器用于监控所述多个移动站中的每个使用所述信道的程度。
(20)根据(19)所述的无线接入点，其中，当确定出与所述多个移动站中的第一移动站相关联的计数器超过阈值水平时，所述无线接入点丢弃从所述多个移动站中的所述第一移动站接收的数据包。
附图说明
为说明可获得本发明以上所列的以及其他优点和特征的方式，将参考附图中示出的本发明的具体实施方式更详细地说明以上简要说明的本发明。应当理解，此类附图仅示出本发明的典型实施方式因而不应视为对其范围的限制，将通过使用附图说明和解释本发明的附加特性和细节，其中：
图1示出无线局域网络的示意性实施方式。
图2示出所有源引起的信道上的能量。
图3示出无线接入点和注册的移动站之间的信道上的通信。
图4示出所确定的信道上的空闲时间的实施方式。
图5示出本发明的处理的流程图。
具体实施方式
以下将详细说明本发明的各种实施方式。虽然对详细实施方式进行说明，但应当理解，其仅用于示例的目的。本领域的技术人员应当理解，在不违背本发明的精神和范围的情况下，可使用其他组件和配置。
随着无线产业寻求满足日益增长的对于多媒体内容的需求，无线设备的网络连接速度快速向前推进。当前，普通用户的带宽需求以与所使用的高新应用程序以及由作为整体的Wi-Fi网络的扩展的覆盖范围提供的增加的连接性相关联的快速速度增加。因而现在的用户更寄希望于由无线LAN网络提供的支持的水平。
企业中，无线LAN网络面临支持各种范围的设备的挑战，从传统的无线设备至允许速度超过Gbit/s的新生代无线设备。企业面临的一个挑战在于公平地支持此类混合的装置的能力。
关于此，公平性是为无线设备提供适当支持的关键属性。为说明公平性的概念，考虑一个支持混合的移动站的无线接入点。在一简单的实例情景下，与无线接入点相关联的第一移动站可以300Mbit/s的速度连接，而与该无线接入点相关联的第二移动站可以1Mbit/s的速度连接。在该情景下，在相同的时间中，第一移动站传输和接收的数据量是第二移动站传输和接收的数据量的300倍。作为替代，可理解该差异在于，第一移动站与第二移动站传输相同量的数据，第一移动站所需的时间是第二移动站的1/300。
应当理解，数据传输率的该差异可能是由装置的类型以及移动站与无线接入点之间的距离所导致。无论如何，当支持混合的设备时，支持较低速度的传统设备的一般情景能够在时间和/或数据方面关于移动站连接性形成不成比例的使用率情景。当考虑支持传输速率设计为Gbit/s的新生代802.11AC设备时更是这样。
与无线接入点相关的移动站之间的公平性的仲裁是确保无线接入点的可接受性能的关键机制。未能适当地仲裁此类公平性可导致通过在无线LAN基础设施中建立比所需容量更大的容量来过渡补偿此类“不公平性”的无线LAN部署情景。
因此本发明的一个特征在于，可通过准确地估算可分配至与无线接入点相关的移动设备站的可用的占用时长(airtime)来实现无线LAN占用时长公平性。如以下将详细说明，估算可用的占用时长的该机制可与以“公平”方式分配占用时长至移动站的各种类型的分配机制一起使用。
为说明本发明的特征，首先参考图1示出的示意性无线LAN网络环境。如示出，无线LAN网络环境100包括布置在企业中的多个无线接入点(WAP)110-n，以在指定的物理空间上提供完全的无线覆盖。每个无线接入点110-n可通过网络接口耦合至交换机120。交换机120提供无线接入点110-n至企业网络(未示出)的进一步连接。
如无线接入点110-N的实例示出，无线接入点除了耦合至一个或多个天线的无线LAN收发器(WLAN TCVR)，还可包括应用程序处理器(APPPROC)。WLAN TCVR根据支持多个相关移动站(STA)的一个或多个无线标准(例如，802.11a/b/g、802.11n、802.11AC等)来实现无线通信。在图1示出的实例中，移动站130-m与无线接入点110-N相关联，而移动站140与无线接入点110-2相关联。
移动站和无线接入点之间的通信是基于载波监听机制。该载波机制可由空闲信道评估(CCA)表示，其确定在无线接入点和另一移动站之间是否正在发生另一通信。作为该过程的部分，CCA可检测和解码传入的Wi-Fi信号前导，在该信号前导上，CCA可指示繁忙介质。如果移动站检测到繁忙介质，那么移动站在执行CCA的再评估之前可等待预定的回退时段。
根据本发明，在信道上执行能量检测，以确定可分布至所有业务源的信道利用率。此处，意识到以下三种业务可存在于户外(open-air)信道：类型1业务，其包括无线接入点和与该无线接入点相关联的移动站之间的单播业务；类型2业务，其包括相同户外信道上的至/来自其他无线接入点的业务；类型3业务，其包括诸如广播/多播业务的公共业务、诸如信标的无线分布服务(WDS)链路和管理帧、或可在户外信道上检测到的其他设备产生的能量。
图2示出可归因于类型1、类型2和类型3业务的信道能量的实例。如示出，可以在预定的时间段(例如，5-10秒)中测量由类型1、类型2和类型3业务生成的在信道上检测到的能量。此处，时间段中的在信道上能够检测到可归于类型1、类型2和类型3业务的能量的一部分可表示CCA信道利用率。
在一个实施方式中，该CCA信道利用率可由无线接入点使用能够实现在预定时间段上测量信道上的可检测能量的适当的逻辑、电路和/或代码进行检测。例如，无线接入点可在无线接入点的应用程序处理器和/或无线收发器中使用适当的逻辑、电路和/或代码，以确定使用一个或多个定时器在信道上检测能量的时间量。作为该过程的一部分，无线接入点将连续测量是否在信道上检测到高于阈值水平的能量，从而确定在该时间段期间可归于忙碌状态或可用状态的时间。在一个实施方式中，该CCA信道利用率结果简单地由信道处于忙碌状态的时间百分数表示。
如以上说明，CCA信道利用率的测量可被设计为测量由于类型1、类型2和类型3业务而引起的信道上的活动。为确定可分配至相关联的移动站的空闲时间的实际量，可归于类型1业务的时间量被确定。
图3示出存在于信道上的类型1业务的量。如示出，信道上的类型1业务表示由于图2示出的类型1、类型2和类型3业务引起的信道上的总的可检测能量的子集。因此图2的视图和图3的视图之间的差异可归因于由类型2和类型3业务产生的可检测能量。
在一个实施方式中，存在于该信道上的类型1业务的量可由无线接入点通过测量无线接入点和所有相关联的移动站之间的业务通信量来确定。在一个实例中，无线接入点和所有相关联的移动站之间的业务通信量的测量可通过使用测量此类通信数据包持续时间的一个或多个计数器来执行。应当理解，测量通信的具体机制可根据实现方式的不同而变化。重要的是，通过依赖于实现方式的机制来确定可归因于类型1通信的占用时长量相对于总可用时间的度量。在一个实例中，该度量可被表示为总可用时间的百分数。
在本发明中，如图2中示出的CCA信道利用率的度量与如图3示出的类型1移动站利用率的度量一起可用于确定实际信道可用性。该测定在图4中用图表表示。
如示出，总的使用时间代表如图2示出的信道上总的测得的能量。在图4的视图中，该总的测得的能量可分为两部分：第一部分由类型2和类型3业务表示，而第二部分由类型1业务表示(见图3)。总的测得的能量被分为此两个部分是因为将被分配至相关联的移动站的实际可用时间池包括在信道上未检测到能量的时间以及由于类型1业务引起的时间。此两个部分的组合在图4中示出为可用时间。
如以上说明，无线接入点可被设计为测量CCA信道利用率和类型1移动站利用率。在确定如4中示出的可用时间的过程中，可使用以下等式：
信道可用性＝1-(CCA信道利用率)+(类型1移动站利用率)
为说明该计算，考虑无线接入点确定信道上检测到的能量是70％的实例。换句话说，只有30％的时间是所考虑的、信道上没有可检测能量的时间。进一步假设无线接入点确定信道上类型1业务被测量为30％。根据以上等式，信道可用性将被确定为1-0.70+0.30＝0.60。
如该实例示出，将有60％的信道可用于相关联的移动站。然后，此确定的时间量将表示能够在相关联的移动站之间进行分配的可用时间池。例如，在一个实施方式中，每秒中的600ms可在相关联的移动站之间被分配。因而，如果无线接入点具有六个其支持的相关联的移动站，则无线接入点可为每个相关联的移动站分配少于100ms的计数器。在该实例中，少于100ms的占用时长被分配至每个移动站，使得某些占用时长留在可用时间池中。剩余的时间可用于容纳与无线接入点相关联的新的移动站。这将允许无线接入点在原始的六个移动站之间保持现在的时间分布。
在一个实施方式中，被分配至相关联的计数器可被用于支配允许流入/流出相关联的移动站的业务。例如，可对在无线接入点和特定移动站之间通信的所有测得的业务进行计数，并且所计数的占用时长可导致计数值的减除。在一个实施方式中，超过归于特定移动站的时间量将导致无线接入点丢弃接收的数据包。这将导致移动站在接收TCP_ACK消息时被延迟，这将有效的减慢至/来自移动站的业务。
本发明的一个特性在于，在实施一些公平性测量时可结合各种分配方案来使用基于以上说明的机制的、可用时间池的确定。实际可用时间池的确定可在实施它们的公平性分配方案中为公平性机制提供确定的起始点。由此，被设计为实施计数器、信令等的各种公平性算法可被用于如期望地实施可用时间池的相等份额或不等份额。
为进一步说明本发明的特征，现参考图5的流程图，其示出本发明的过程。如示出，过程开始于502，其中无线接入点使用在信道上检测到的能量来监控总的信道利用率。此处，值得注意，总信道利用率的监控可基于可配置参数周期性地执行。例如，该可配置参数可指示总的信道利用率的测量可每5-10秒执行一次。应当理解，此类测量的具体频率将是依赖于实现方式的，以提供足够的粒度来影响期望的公平性控制。
接下来，步骤504，无线接入点监控信道的移动站利用率。与总信道利用率的监控一样，类型1业务的此监控可基于可配置参数周期性地执行。此处，值得注意，总信道利用率的监控周期不必与信道的移动站利用率的监控周期一致。应当理解，周期性将依赖于在生成可用时间池(其将在相关联的移动站之间分配)的充分估算中公平性控制的粒度。
在步骤502和504生成了总信道利用率和移动站利用率的度量之后，然后可在步骤506确定信道的可用性。在一个实施方式中，可使用以上列出的等式来确定信道的可用性。
在信道的可用性被确定之后，可在步骤508执行所确定的可用时间池的分配。如以上说明，可用时间池在相关联移动站之间分配的具体机制根据实现方式而不同。在一个实施方式中，可用时间池的分配控制由无线接入点执行。该实施方式代表关于公平性机制的最简实现方式。在一个实施方式中，该无线接入点将确定如何分配可用时间池，然后使用一个或多个占用时长计数器管理该分配。
在另一个实施方式中，池的分配控制可至少部分地受与多个无线接入点通信的交换机或其他网络设备(一般称为网络控制器)的影响。在该实施方式中，网络控制器可被设计为分析多个无线接入点的可用时间池的相对大小，并确定是否影响无线接入点之间的负载平衡。例如，网络控制器可被设计为引导一个或多个移动站与具有较大的可用时间池的特定无线接入点相关联。
本发明的另一个实施方式可提供机器和/或计算机可读存储器和/或介质，其上存储有机器代码和/或计算机程序，具有由机器和/或计算机可执行的至少一个代码段，从而使机器和/或计算机执行此处说明的步骤。
因此，本发明可在硬件、软件或硬件和软件的组合形式下实现。本发明可在至少一个计算机系统中以集中方式实现，或以不同的元素分布在若干互连的计算机系统的分布式形式实现。可使用适用于执行此处说明的方法的任何类型的计算机系统或其他装置。
本发明也可嵌于计算机程序产品中，其包括允许执行此处说明的方法的所有特征，并且当载入计算机系统时可执行此类方法。在本上下文中的计算机程序意思是指令组的以任何语言、代码或符号的表达式，旨在使系统具有信息处理的能力，以直接地或在以下情况之后执行具体的功能：a)转换至另一种语言、代码或符号；b)以不同物质形态复制。
本发明的此类和其他方面将对参阅了之前的详细说明的本领域的技术人员变得显而易见。虽然以上对本发明的大量的主要特征进行了说明，但对本领域的技术人员显而易见的是在阅读了本公开的发明之后，本发明能以其他实施方式出现并且能以各种方式执行和实施，因此以上说明不应理解为排除此类其他实施方式。并且，也应当理解，此处使用的措辞和术语仅用于说明的目的并且不应理解为限制。

Claims (7)

1.一种用于无线局域网占用时长公平性的方法，包括：
通过无线接入点对信道的第一利用率度量进行第一监控，所述第一监控包括识别第一时间段期间的所述第一监控检测到所述信道上的能量的时间部分；
通过所述无线接入点在第二时间段期间对与所述无线接入点相关联的多个移动站对所述信道的第二利用率度量进行第二监控，所述第二监控包括识别所述第二时间段期间的所述第二监控检测到由所述无线接入点发送至所述多个移动站或由所述无线接入点从所述移动站接收的数据业务的时间部分；
基于所述第一利用率度量和所述第二利用率度量，确定所述信道的可用性；以及
在所述多个移动站之间分配所确定的所述信道的所述可用性；
其中，所述确定包括计算1-U1+U2，其中，U1是第一利用率度量，并且U2是第二利用率度量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述分配包括通过所述无线接入点将各计数器分配至所述多个移动站中的每个，所述计数器用于监控所述多个移动站中的每个使用所述信道的程度。
3.根据权利要求2所述的方法，还包括：当确定出与所述多个移动站中的第一移动站相关联的计数器超过阈值水平时，丢弃从所述多个移动站中的所述第一移动站接收的数据包。
4.一种用于无线局域网占用时长公平性的方法，包括：
基于信道能量检测度量和移动站利用率度量，确定信道的可用性，所述信道能量检测度量代表第一时间段期间的在所述信道上检测到能量的第一时间百分数，并且所述移动站利用率度量代表第二时间段期间的在无线接入点和多个移动站之间检测到通信的第二时间百分数；以及
在所述多个移动站之间分配所确定的所述信道的所述可用性；
其中，所述确定包括计算1-U1+U2，其中，U1是所述信道能量检测度量，并且U2是所述移动站利用率度量。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述分配包括：通过所述无线接入点将各计数器分配至所述多个移动站中的每个，所述计数器用于监控所述多个移动站中的每个使用所述信道的程度。
6.一种无线接入点，包括：
无线收发器，能够经由通信信道与多个移动站进行通信，以及
控制器，在所述多个移动站之间分配可用的占用时长，所述可用的占用时长基于信道能量检测度量和移动站利用率度量来确定，所述信道能量检测度量代表第一时间段期间的在所述通信信道上检测到能量的第一时间百分数，并且所述移动站利用率度量代表第二时间段期的在所述无线接入点和所述多个移动站之间检测到通信的第二时间百分数，其中，所述可用的占用时长通过计算1-U1+U2确定，其中，U1是所述信道能量检测度量，并且U2是所述移动站利用率度量。
7.根据权利要求6所述的无线接入点，其中，所述分配将各计数器分配至所述多个移动站中的每个，所述计数器用于监控所述多个移动站中的每个使用所述信道的程度。
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