CN103476097B - 无线局域网ess中ap节能的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无线局域网ESS中AP节能的方法，该方法利用无线局域网ESS中AP之间进行信息交互，并以此来判断AP之间是否存在重复覆盖，从而进行后续降低发射功率的操作。该方案能够降低AP之间的重复覆盖，不仅可以实现整体节能的效果，也能够减少AP重复覆盖地区的干扰，从而在保持整个ESS覆盖范围一定的情况下尽可能地降低AP的发射功率。

Description

无线局域网ESS中AP节能的方法

技术领域

本发明涉及无线通信技术，具体涉及无线局域网ESS中AP技术。

背景技术

IEEE802.11标准规定无线局域网的最小构件是基本服务集BSS。一个基本服务集BSS包括一个基站和若干个移动站，所有的站在本BSS都可以直接通信，但在和本BSS以外的站通信时都必须通过本BSS的基站。在802.11的术语中，上面提到的接入点AP就是基本服务集内的基站。当网络管理员安装AP时，必须为该AP分配一个不超过32字节的服务集标识符SSID和一个信道。一个基本服务集BSS所覆盖的地理范围叫做一个基本服务区BSA。基本服务区BSA和无线移动通信的蜂窝小区相似。无线局域网的基本服务区BSA的范围直径一般不超过100米。

一个基本服务集可以是孤立的，也可通过接入点AP连接到一个分配系统DS，然后再连接到另一个基本服务集，这样就构成一个扩展的服务集ESS。分配系统的作用就是使扩展的服务集ESS对上层的表现就像一个基本服务集BSS一样。当同一Internet服务提供商在某一区域部署多个AP时，这些AP通常形成一个ESS，在这种情况下就需要对AP的发射功率进行控制。这样既可以减少不必要的功耗，也能减少对相邻AP的干扰。

对于单个BSS内AP和STA节能的研究，国内外已有许多学者做了相关工作，并取得了一系列成果：

申请号为：200910086587.1的中国专利申请，公开了一种无线局域网接入点设备的功率控制方法和装置，其公开的方案中由AP根据客户端设备的数据帧中读取接收信号强度指示（RSSI）获取当前的信号强度，从而动态的调节发射功率；

申请号为：201010199097.5的中国专利申请，公开了一种无线接入点AP及AP节能的方法，其公开的方案中由AP检测自身无STA关联、且持续没有收到探测报文或者关联报文的时间达到时间阈值时，增大Beacon间隔，根据增大后的Beacon间隔发送Beacon报文，从而降低了AP的功耗，实现了AP的节能等等。

由上可知，现有的节能方案大部分都是针对单个基本服务集BSS内的节能，这种方案根本无法扩展应用于服务集ESS的节能。然而当今的热区是由许多热点和AP连接起来的，许多向公众提供Wi-Fi服务的地方（如办公室、机场、酒店、旅馆、购物中心等）都可能会集中在一块区域，造成了AP的重复覆盖，这既消耗了AP的功率，也会造成信号的干扰。因此如何在无线局域网ESS中保证总的有效覆盖范围的前提下减少各个AP的覆盖重叠，从而达到节能的目的，是本领域亟需解决的问题。

发明内容

本发明针对现有AP节能技术所存在的问题，提供一种在AP比较密集的ESS中的节能方法。通过该方法能够在ESS中AP比较密集的情况下减少重复覆盖、降低AP能耗以及减小信号干扰。

为了达到上述目的，本发明采用如下的技术方案：

无线局域网ESS中AP节能的方法，所述方法利用无线局域网ESS中AP之间进行信息交互，并以此来判断AP之间是否存在重复覆盖，从而进行后续降低发射功率的操作。

在本发明的优选实例中，所述无线局域网ESS中每个AP存储和维护两张表格：表一用来记录当前已关联终端STA的标识号ID及其信号强度；表二用来记录能够收到信号的非关联STA的ID及其信号强度；AP之间周期性地交互表二信息，然后与自身表一中的信息进行比较，判断AP之间是否存在重复覆盖。

进一步的，所述AP之间交互的信息数据中除了包含述表二中的信息之外还需要包含自身的发射功率。

进一步的，所述AP之间通过两者之间的分配系统（DS）进行周期性的交互信息。

进一步的，当AP_i接收到AP_j发送的表二信息时：

（1）查看是否存在本AP_i关联的STA信息，并将查找到的STA进行轮询，对每一个STA，进行计算其接受AP_i和AP_j的信号强度；

（2）若STA_k接收到AP_j的信号更强，则转入步骤（3）；若STA_k接收到AP_j的信号较小但超过了某一门限值，转至步骤（5）；

（3）AP_i给AP_j发送切换请求帧，若在一定时间内收到AP_j的切换允许帧，则AP_i给STA_k发送去关联帧，并将STA_k的信息和未完成传输的数据帧转发给AP_j，然后把STA_k的数据从表一中删除；

（4）AP_j收到AP_i发送的STA_k信息后对STA_k发送关联请求帧；

（5）AP_i给AP_j发送重复覆盖帧，AP_j收到该帧后发起降低自身发射功率的操作。

再进一步的，上述方案中降低发射功率的AP在收到终端的探测请求帧PRF后立即将发射功率恢复至原始值，以保证覆盖范围。

再进一步的，当AP接收到切换请求帧时：

（11）首先查看用于标识AP在当前周期是否已经降低了功率的标识位F₁，若F₁为0，则转至步骤（12）；否则返回初始位置；

（12）回馈切换允许帧，若在一定时间内接收到待切换的终端的信息及其未完成传输的数据，则提取该终端的信息并存储待传输的数据，然后给该终端发送关联请求帧；否则回到初始位置。

再进一步的，当AP接收到重复覆盖帧时：

（21）首先查看用于标识AP在当前周期是否已经降低了功率的标识位F₁和用于标识AP在当前周期尝试降低发射功率的操作是否成功的标识位F₂；若F₁和F₂都为0，则转至步骤（22）；否则返回初始位置；

（22）降低发射功率，给所有本AP关联的STA发送探测帧，若在一定时间内收到所有关联STA的确认帧，则将标识位F₁置为1，返回初始位置；否则F₁不变，将F₂置为1，并将发射功率大小置为本次降低前的值。

根据上述方案能够降低AP之间的重复覆盖，不仅可以实现整体节能的效果，也能够减少AP重复覆盖地区的干扰，从而在保持整个ESS覆盖范围一定的情况下尽可能地降低AP的发射功率。

同时，本方案不仅适合于IEEE802.11系列标准所规定的无线局域网（WLAN），也可以延伸到其他类似的无线通信网络（如蜂窝网）。

附图说明

以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本发明。

图1为AP间交互信息的操作流程图；

图2为关联STA需要切换时，AP间信息交互的流程图；

图3为AP接收到其它AP发送的控制帧后的操作流程图；

图4为不采用本发明时多个AP之间产生重复覆盖的场景示意图；

图5为图4所示场景经本方案处理后的多个AP的覆盖示意图。

具体实施方式

为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示，进一步阐述本发明。

本实例提供的方案在于利用AP之间的信息交互判断AP之间是否存在重复覆盖，从而进行后续的降低发射功率的操作，以达到减少重复覆盖、降低AP能耗以及减小信号干扰的目的。

基于上述原理，本实例的具体实施过程如下：

为了便于清楚说明本实例的方案，首先进行相关名词定义。

本实例首先定义以下几种新的帧格式：

1.重复覆盖帧（RCF），这是在检测到重复覆盖时在AP之间发送的。

2.切换请求帧（HRF），这是AP检测到当前服务的某个STA需要切换到另一个AP时，由当前AP发送给目标AP的控制帧。

3.切换允许帧（HPF），这是当条件允许时，目标AP对切换请求帧的响应。

同时，在本发明中需要引入几个定时器：

1)T₁：某AP向目标AP发送切换请求帧后等待目标AP响应的最大等待时间。如果等待时间超过T₁，则当前AP认为目标AP拒绝切换请求。

2)T₂：AP给其关联终端发送探测帧后，等待关联终端响应的最大时间。

3)T₃：目标AP响应源AP发送的切换请求帧后，等待源AP发送含终端信息数据帧的最大时间。4)T₄：AP之间交互数据的周期。

5)T₅：表一中数据的最大生存时间。

6)T₆：表二中数据的最大生存时间。

此外，还为每个AP定义两个标识位：

a)F₁：标识AP在当前周期是否已经降低了功率。

b)F₂：标识AP在当前周期尝试降低发射功率的操作是否成功。

在此基础上，本实例实施如下：

在无线局域网ESS中每个AP都存储和维护两张表格：表一用来记录当前已关联STA的ID及其信号强度；表二用来记录能收到信号的非关联STA的ID及其信号强度。表一和表二的内容举例如下：

表一AP_i关联的STA信息：

User_id(associated)	Pi,j	Time
			STA1	-56dBm	……
STA3	-53dBm	……
			STA5	-47dBm	……

表二AP_i接收到非关联STA的信息：

User_id(non-associated)	Pi,j	Time
			STA2	-56dBm	……
STA7	-64dBm	……

User_id:终端标示符；

P_i,j:AP_i接收到STA_j的信号强度；

Time：最后一次更新时间到现在的时间间隔，即：每次更新P_i,j时，该项置0，随着时间的增加而增大。

每个AP将成功关联的终端STA信息添加到自己存储并维护的表一中，将非关联但能接收到其信号的STA信息添加到表二中。

每个ESS上的AP之间以周期T₄交互表二的信息。作为举例，可通过但不限于AP之间的分配系统（DS）进行周期T₄交互表二的信息。

另外，由于随着网络运行过程中AP对发射功率的动态调整，不同AP的当前发射功率存在差异，因此，AP之间交互的数据中除了包含上述表二中的信息之外还需要包含自身的发射功率。

此外，由于每次交互的数据包含了本AP的发射功率P_s，当AP成功降低功率后，这个在周期起始时发送给其它AP的P_s就过时了，而在当前周期内其余AP还可能利用旧的P_s值进行计算。为了确保该功率参考值的有效性，在本发明中为每个AP设定一个标志位F₁。在降低功率成功后将该标志位置为1，并在该周期的剩余时间内拒绝任何降低功率或切换请求。该标志位F₁在每次AP间交互数据后重置为0。

由此，本实例通过引入上述标志位F₁，使得每个AP在一个周期内最多只能降低发射功率一次，从而避免了AP发射功率降低过快的问题，确保了网络的稳定性。

根据上述方案完成所有AP的设定后，无线局域网ESS中每个AP将各自进行信息的接收和发送。

每个AP根据接收到的控制信息的不同，具体的操作步骤也将不同，具体如下。

1)当AP_i接收到AP_j发送的表二信息时（如图1所示）：

第一步：查看是否存在本AP_i关联的STA信息。若有转至第二步；否则，返回初始位置。

第二步：将查找到的所有STA进行轮询，并对每一个STA，比较P₁与P₂的大小：

P₁=P_APi+P_i,k；

P₂=P_APj+P_j,k；

其中P_APi和P_APj分别表示AP_i和AP_j的发射功率。P_i,k和P_j,k分别表示AP_i和AP_j接收到STA_k的信号强度。此时比较P₁与P₂的大小等价于比较STA_k接收到AP_i和AP_j的信号强度。

若P₁大于P₂但P_1-P₂小于某一给定门限值P_Th，则AP_i给AP_j发送重复覆盖帧，AP_j收到该帧后发起降低自身发射功率的操作；否则进入第三步。

第三步：AP_i给AP_j发送切换请求帧，若在T₁时间内收到AP_j的切换允许帧，则AP_i给STA_k发送去关联帧，并将STA_k的信息和未完成传输的数据帧转发给AP_j，然后把STA_k的数据从表一中删除；否则，继续轮询，若轮询完毕则进入初始位置。

在上述第三步中，当AP_i关联的STA需要切换至AP_j时，AP_i与AP_j之间的交互可以表示为图2所示的“三次握手”操作。

由于终端移动或者信道变化等因素，使表一和表二中的数据发生改变。为了取得实时性信息，若表一中的Time项超过门限T₅后，AP会给STA发送探测当前STA信号强度的帧（可以为空数据帧，因为AP给STA发送数据帧时STA会给其回馈ACK帧），此操作针对表一中的终端。若表二中的Time项超过门限T₆后，则删除该STA的信息。

2)当某一AP接收到其他AP控制帧时（如图3所示）：

1.若接收到的是重复覆盖帧

第一步：首先查看标识位F₁和F₂。若F₁和F₂都为0，则转至第二步；否则返回初始位置。

第二步：降低发射功率，给所有本AP关联的STA发送探测帧（同样可以为空数据帧）。若在T₂时间内收到所有关联STA的确认帧（ACK），则将标识位F₁置为1，返回初始位置；否则F₁不变，将F₂置为1，并将发射功率大小置为本次降低前的值。

在当前周期内，若某AP尝试降低功率失败，则该AP发送给其余AP的P_s数据仍然有效，其余AP发送给当前AP的切换请求帧仍然有效。但是，若该AP接收到其余AP发送的重复覆盖帧，则又会进行尝试降低发射功率的操作。

鉴于此，在本实例中每个AP设定另一个标识位F₂。AP在尝试降低发送功率失败后该标志位置1；每次AP间交互数据后该标志位重置为0。

通过引入上述标识位F₂，使得在本周期尝试降低发射功率失败后，不再进行降低发射功率的操作，从而避免了多余的尝试操作。但该标识位不影响AP接收到其余AP发送的切换请求帧后的操作。

2.若接收到的是切换请求帧

第一步：首先查看标识位F₁。若F₁为0，则转至第二步；否则返回初始位置。

第二步：回馈切换允许帧，若在T₃时间内接收到待切换的终端的信息及其未完成传输的数据，则提取该终端的信息并存储待传输的数据，然后给该终端发送关联请求帧；否则回到初始位置。

根据以上方案，AP在降低功率的同时存在产生覆盖盲区的可能性。为了解决这一问题，当AP接收到STA的探测请求帧后需要将功率恢复至原始值。根据IEEE802.11标准协议的规定，当STA监听不到AP发送的信标帧时将主动发送探测请求帧，这样一来，降低功率的AP接收到探测请求帧时将恢复原始功率发送探测响应帧，从而确保了覆盖范围。之后AP再根据本发明进行降低功率的一系列操作。

以下给出了上述方案的一具体应用实例，通过该应用实例能够进一步的说明本方案的优点。

参见图4，其所示为常见的一个简单的多AP应用场景，在该应用场景中共有4个AP和7个STA。

其中AP₁关联STA₁和STA₂，并覆盖由AP₂关联的STA₃。

AP₂关联STA₃，并覆盖由AP₄关联的STA₆。

AP₃关联STA₄和STA₅，并覆盖由AP₁关联的STA₂和由AP₂关联的STA₃。

AP₄关联STA₆和STA₇，并覆盖由AP₃关联的STA₅。

在该应用场景中，4个AP之间存在严重的重复覆盖现场，这样不仅所有AP功率较大，浪费严重，而且AP重复覆盖地区存在干扰。

针对该情况，可利用上述方案来实现AP节能的处理流程：

以AP₁为例，其存储和维护的表一中的数据包括STA₁和STA₂信息，表二中包含STA₃的信息。

当AP₁在收到由AP₃发来的表二数据后发现有STA₂的信息，并且STA₂接收到AP₃的功率大于给定门限值，则给AP₃发送重复覆盖帧，AP₃将发起降低发射功率的操作。

同样的，由于AP₁覆盖了由AP₂所关联的STA₃，因此当AP₁向AP₂发送表二数据后也会收到由AP₂反馈的重复覆盖帧，于是AP₁也将发起降低发射功率的操作。

其余的AP经过相似的操作之后，最终会达到图5所示的效果，AP₁的发射功率使其只关联STA₁和STA₂，AP₂的发射功率使其只关联STA₃，AP₃的发射功率使其只关联STA₄和STA₅，AP₄的发射功率使其只关联STA₆和STA₇。使得在该应用场景中所有的AP之间不存在重复覆盖现象，不仅可以实现整体节能的效果，也能够减少AP重复覆盖地区的干扰，从而在保持整个ESS覆盖范围一定的情况下尽可能地降低AP的发射功率。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (4)

1.无线局域网ESS中AP节能的方法，其特征在于，所述方法利用无线局域网扩展的服务集ESS中AP之间进行信息交互，并以此来判断AP之间是否存在重复覆盖，从而进行后续降低发射功率的操作；

所述无线局域网ESS中每个AP存储和维护两张表格：表一用来记录当前已关联终端STA的标识号ID及其信号强度；表二用来记录能够收到信号的非关联STA的ID及其信号强度；AP之间周期性地交互表二信息，然后与自身表一中的信息进行比较，判断AP之间是否存在重复覆盖；

当AP_i接收到AP_j发送的表二信息时：

(1)查看是否存在本AP_i关联的STA信息，并将查找到的STA进行轮询，对每一个STA，进行计算其接受AP_i和AP_j的信号强度；

(2)若STA_k接收到AP_j的信号更强，则转入步骤(3)；若STA_k接收到AP_j的信号较小但超过了某一门限值，转至步骤(5)；

(3)AP_i给AP_j发送切换请求帧，若在一定时间内收到AP_j的切换允许帧，则AP_i给STA_k发送去关联帧，并将STA_k的信息和未完成传输的数据帧转发给AP_j，然后把STA_k的数据从表一中删除；

(4)AP_j收到AP_i发送的STA_k信息后对STA_k发送关联请求帧；

(5)AP_i给AP_j发送重复覆盖帧，AP_j收到重复覆盖帧后发起降低自身发射功率的操作；

当AP_j接收到重复覆盖帧时：

(21)首先查看用于标识AP_j在当前周期是否已经降低了功率的标识位F₁和用于标识AP_j在当前周期尝试降低发射功率的操作是否成功的标识位F₂；若F₁和F₂都为0，则转至步骤(22)；否则返回初始位置；

(22)降低发射功率，给所有本AP_j关联的STA发送探测帧，若在一定时间内收到所有关联STA的确认帧，则将标识位F₁置为1，返回初始位置；否则F₁不变，将F₂置为1，并将发射功率大小置为本次降低前的值。

2.根据权利要求1所述的无线局域网ESS中AP节能的方法，其特征在于，所述AP之间交互的信息数据中除了包含述表二中的信息之外还需要包含自身的发射功率。

3.根据权利要求1所述的无线局域网ESS中AP节能的方法，其特征在于，降低发射功率的AP在收到终端的探测请求帧PRF后立即将发射功率恢复至原始值，以保证覆盖范围。

4.根据权利要求1所述的无线局域网ESS中AP节能的方法，其特征在于，当AP_j接收到切换请求帧时：

(11)首先查看用于标识AP_j在当前周期是否已经降低了功率的标识位F₁，若F₁为0，则转至步骤(12)；否则返回初始位置；

(12)回馈切换允许帧，若在一定时间内接收到待切换的终端的信息及其未完成传输的数据，则提取该终端的信息并存储待传输的数据，然后给该终端发送关联请求帧；否则回到初始位置。