CN103916865A - 用于频谱共享的集成的无线局域网 - Google Patents

Abstract

本发明涉及用于频谱共享的集成的无线局域网。一种无线通信系统，其包括：保持频谱使用信息和频谱可用性信息的数据库；可操作地提供来自多个服务运营者的无线服务的接入点；以及网关，其接收来自服务运营者的无线频谱分配请求，通过查询数据库来确定频谱可用性，根据所确定的频谱可用性向服务运营者响应以许可或拒绝，以及控制所述接入点以根据对服务运营者的响应来提供无线服务。

Description

用于频谱共享的集成的无线局域网

相关申请的交叉引用

本专利文件根据美国法典第35条第§119(a)款和巴黎公约，要求2012年12月31日提交的、编号为PCT/CN2012/088102的国际专利申请的优先权利益。上述提及的专利申请的全部内容在此以引用的方式被全部并入为本申请的公开的一部分。

技术领域

本专利文件涉及无线通信。

背景技术

随着作为用于接入互联网的选择的用户设备的无线设备的数量的不断增加，对无线网络的带宽需求在过去的几年当中已经有了巨大地增长。例如智能电话、电子阅读器、以及平板电脑的许多无线设备，通常具有在比如802.11x局域网、以及蜂窝无线广域无线网络的多个不同的无线网络中接收和发送的射频（RF）能力。因此，人们在可以由多个不同的无线网络同时提供服务的位置感受到不断增长的带宽需求。

发明内容

本文描述了用于无线通信中的频谱共享的架构、技术、系统，等等。本文所描述的技术，被称为集成无线局域网（iWLAN）的技术，可以被用于帮助在多个无线接入服务中共享无线介质、减少干扰、以及提高无线介质的使用效率。

一方面，提出了将多种无线技术集成在同一个网络实体中的技术，其中的每一种无线技术都可以在免许可的频段或授权的共享接入频谱的不同信道上独立地运行，并且构成基础服务集（BSS）。因此，集成WLAN能在同一覆盖区域上提供多个重叠的BSS。

另一方面，提出了将集成WLAN用于多个无线服务之间的频谱共享的技术，所述多个无线服务通过共享与多个不同的SSID关联的BSS运行在相同区域的同一个频率信道，这种技术有利于提高介质的使用效率。

另外，还提出了平衡运行在不同频率信道上的垂直BSS之间的负载的技术，以对网络使用和网络性能进行优化，该技术反过来又有利于提高用户体验。

在另一方面，提出了通过集成WLAN接入网关（iWAG）来管理集成WLAN的操作的技术，所述操作比如分配、切换、去除在免许可的频段或在授权的共享接入频谱中的工作频率信道，以使覆盖区域中的可用频谱的使用最大化。

另外，提出了使用iWAG来虚拟化用于配制、管理的iAP的无线资源，以及iWLAN的管理功能的无线资源的技术。这种虚拟化的无线资源管理可以被扩展成作为核心网络的操作、管理和维护（OAM）功能的一部分，或者作为核心网的OAM系统的独立功能运行。

在另一方面，提出了工作站快速扫描iWLAN工作的无线信道的技术。

在又一方面，提供了集成WLAN的网络架构、集成接入点的框图，等等的示例，以说明如何在不同的场景下实现频谱共享。

上面描述的方面和其他的方面，以及其实现的细节在附图、说明书、以及权利要求中进行了描述。

附图说明

图1示出了无线通信系统中的基础设施的BSS的示例。

图2示出了iWLAN在其中结合到多个蜂窝网络的示例架构。

图3示出了在ASA频段选择工作信道的过程300的示例。

图4示出了集成接入点（iAP）的结构的示例。

图5示出了由多个有线核心网共享的iAP的示例。

图6示出了由构成共享无线LAN/WAN的多个无线服务所共享的BSS的示例。

图7示出了在iAP的信标传输中共享公共信息的示例。

图8示出了支持iWLAN的快速主动扫描过程的示例。

图9示出了用于平衡不同信道之间的负载并且最大化用户数据吞吐量的iAP的示例。

图10示出了不同归属网络中的两个用户在iWLAN中使用相同的认证程序的示例。

图11示出了关于有利于共享频谱无线接入的过程的流程图描述。

图12示出了有利于共享频谱无线接入的装置的框图表示。

具体实施方式

本专利文件描述了用于无线通信中的频谱共享的集成的WLAN（iWLAN）的架构、技术、机制、系统和设备。

无线通信系统可能包括配置成与一个或多个无线站（STA）通信的一个或多个接入点（AP）网络。接入点可以向一个或多个无线站发射携带管理信息、控制信息、或用户数据的无线信号。STA也能够通过时分复用（TDD）以同一频率信道向AP发送无线信号，或者通过频分复用（FDD）以不同频率向AP发送无线信号。

为了简化后续的描述，无线通信网络可以被分类成（大致上基于无线信号的实际覆盖范围）：

i.无线广域网（WWAN）

ii.无线局域网（WLAN）

iii.无线个域网（WPAN）

WWAN可能是比如使用码分多址（CDMA）或其他无线技术的一种蜂窝网络。传统的蜂窝网络是为了语音服务而构建的，并且演进为提供电路交换和分组数据服务。蜂窝网络通常是面向覆盖的，并且必须提供足够大的覆盖以保证大多数区域中的用户可以使用语音服务和数据服务。

由于智能电话和比如iPad、笔记本、上网本的其他便携设备被许多人广泛使用，所以蜂窝网络中的移动数据流量在过去的几年中急剧增长。在一些市场中，占很小比例的智能手机消耗了蜂窝网络的全部数据流量的很大比例。随着许多互联网应用的开发并被上述设备使用，数据流量会持续增长，这样就引起了蜂窝网络的拥塞，特别是热点区域（即，高用户密度区域）的拥塞。

尽管4G演进的通用移动电信系统（UMTS）地面无线接入（E-UTRA）蜂窝网络正在一些国家中的全国范围内被部署，然而这可能仍不能满足移动数据流量的需求。在一些像机场、购物中心的高密度热点区域，4G蜂窝网上的数据吞吐量可能会低于预期。因为更多的人依赖于移动设备来访问互联网中的各种应用或数据，这持续增长着对蜂窝网的巨大的数据传输能力的要求，这一要求正将传统无线网络的投入从覆盖方面转移到下一代无线网络中的容量方面。

比如已有的有线电视运营者、或固定接入运营者、或其他的互联网服务提供者的新的无线服务提供者，希望将其已有服务扩展到用于企业无线服务、或公共广域无线服务（比如机场为了便于输送乘客、公共运输信息广播提供的免费无线接入、连接到比如路边停车计费表、闭路电视（CCTV）监控系统、应急反应系统的政府设备）的无线接入。这些服务提供者可以使用一些政府授权的频谱，或者使用用于无线服务的免许可频谱运营。后者可能尤其对类似热点的覆盖更具吸引力。

WLAN，在另一方面，可以在小的无线覆盖区域（例如，最多300至500米）链接两个或多于两个站，并且通过接入点提供至互联网的连接。接入点和无线站可以基于例如IEEE802.11系列规范中的一个进行通信。

IEEE802.11是为WLAN设计的异步时分复用技术。WLAN的基本单元是基础服务集（BSS）。在图1中示出了一个示例。基础BSS是带有通过与接入点（AP）的关联连接到有线网络或互联网的站的BSS。在BSS中，接入点和站共享相同的频率信道并且使用CSMA/CA（一种TDD机制）进行数据传输。

在IEEE802.11中，在无线覆盖区域中联系的无线站（也被称为工作站，例如图1中的STA11、STA12、STA13、STA21、STA22）建立了BSS，并且提供WLAN的基础服务。

与其他站联系并用于管理该BSS的中心站被称作接入点（AP）。建立在AP周围的BSS被称为基础BSS。图1示出了基础BSS的示例。BSS1和BSS2是由两个AP构成的两个基础BSS。BSS1包含一个接入点（AP1）和几个非AP站STA11、STA12和STA13。AP1保持与STA11、STA12和STA13的联系。BSS2包含一个接入点（AP2）和两个非AP站STA21和STA22。AP2保持与站STA21和STA22的联系。基础BSS1和BSS2可以通过AP1和AP2的回程线路（backhaul）互联，或者通过分布式系统（DS）连接到服务器。

在一些实施方式中，将会对其进行进一步地更加详细的描述的集成WLAN（iWLAN），可以被用来通过将多个AP集成在一个物理实体，并且使其相互协调以用于在多个无线服务之间的频谱共享，来解决现存的WLAN部署中的问题。在一些实施方式中，iWLAN通过无线网络的相互协调，可以避免或减少不同无线网络之间的空口链路信号竞争。在多个实施方式中，iWLAN通过共享来自多个服务提供者的公共开销信息传输，可以减少隐藏节点的可能性，并且提高频谱利用效率，可以集成回程线路连接，平衡不连续信道上的负载，以及支持授权的共享接入。

图2示出了可通信地连接到两个蜂窝核心网络的iWLAN架构200的示例。所述蜂窝网络包括比如基站（BS）或（e）NodeB、基站控制器（BSC）或无线网络控制器（RNC）、服务网关（S-GW）、分组数据网络网关（P-GW）、或归属代理（HA）、以及认证-授权-计费（AAA）服务器的网络实体。

在一些实施方式中，iWLAN通过iWAG202经由比如S2a接口的适当的接口连接到蜂窝核心网络。iWLAN200可以工作在免许可频谱或授权的共享接入频谱，从而提供无线接入服务。如果工作在授权的共享接入频谱，iWLAN可以将蜂窝运营者/用户作为授权的共享接入频谱的二级用户对其提供无线接入服务。

iWLAN200可以包括下面的网络实体。

a）授权的共享接入频谱数据库服务器（ASAS-DBS）204

在传统的频谱许可模式中，无线运营者在特定的频段上运营无线服务之前，必须获得政府对该频谱的许可。因为适合移动无线的频谱有限，所以并没有很多可用于许可的新的频谱资源。因此，新的频谱许可模式可以被用来在主要的无线服务提供者和二级无线服务提供者之间的共享授权频谱或许可频谱。在授权的共享接入频谱模式中，当主要的无线服务没有运营在授权频谱上时，可以允许二级服务在该授权的共享接入频谱上运营，从而向其用户提供服务。在这种方式下，能以优化且有效的方式重用有限的频谱资源。

为了支持用于频谱共享的授权的共享接入，iWLAN网络中的授权的共享接入频谱数据库服务器（ASAS-DBS）204被用于记录如下所示的授权的频谱信息和其运行状态：

A）授权的共享接入频谱频率频段和信道信息

B）授权的共享接入频谱地理位置信息

C）授权的共享接入频谱允许的最大发射功率

D）主要服务提供者信息

E）二级提供者信息

F）主要服务提供者运营状态和调度的运营信息

G）授权频谱的当前工作状态

在一些实施方式中，iWLAN200通过ASAS-DBS204支持授权的共享接入模式。主要无线服务和二级无线服务都需要首先将其服务信息存储在ASAS-DBS中。当主要服务在授权的接入频谱上运行时，主要无线服务更新ASAS-DBS，并且指示所授权的共享接入频谱发生在特定的地理位置区域。这有利于防止其他服务运行在授权频谱上。

当二级服务希望在授权的共享频谱上运行时，iWAG202代表多个二级无线服务查询ASAS-DBS204以基于地理位置和时间来获取可用的授权的共享频谱。如果授权的共享频谱在特定的地理位置暂时未被占用，iWAG202将允许由ASAS-DBS204所指示的授权的共享频谱上的、在没有调度用于主要无线服务的运行时间上的二级无线服务。如果ASAS-DBS204指示授权的共享频谱正被主要无线服务所占用，iWAG202不允许授权的共享频谱上的二级无线接入服务。

在一些实施方式中，iWAG202周期地查询ASAS-DBS204以更新用于多个二级服务的授权的共享频谱的使用信息。当iWAG202从ASAS-DBS204接收到主要无线服务将在当前被二级无线服务所占用的授权的共享频谱上运行的响应时，iWAG202可以停止在该授权的共享频谱上的二级服务的运行，并且将该授权的共享频谱交还给主要服务。此外，当ASAS-DBS204响应没有主要无线服务将在该地理位置处的频谱上运行时，iWLAN200可以作为二级用户继续运行在授权的共享接入频谱上。

ASAS-DBS204也可以通过iWAG202和ASAS-DBS204之间的接口自主地向iWAG202提示授权的共享频谱的状态变化。如果授权的共享频谱被调度用于主要无线服务，ASAS-DBS可以向iWAG202发送指示以停止在该授权的共享频谱上的二级无线服务的运行。这样允许未调度的主要无线服务在任一时刻都比二级无线服务具有授权的共享接入频谱上的优先权。

b）集成的WLAN接入网关（iWAG）202

在所述示例中，iWAG202是iWLAN200的网关，其连接到一个或多个蜂窝核心网或其他的无线核心网或互联网。

iWAG202可以是集成接入点iAP206中的功能实体，或者可以是部署在iWLAN200中的独立的物理网络实体。独立的iWAG实体可以提供iWLAN的集中控制和管理功能。当所有的iAP流量都被转发到iWAG时，在独立iWAG/集中iWAG中可能产生一些潜在的拥塞。由于无线技术演进为比如IEEE802.11n和IEEE802.11ac的可以分别达到300Mbps和1Gbps的非常高吞吐量，集中的iWAG可能成为无线局域网的瓶颈。因此，在一些实现中的替代方法是将iWAG的功能分布到多个iAP206中。

iWLAN200可以被考虑成集成了多个虚拟的无线管道，这些无线管道中的每一个都连接到蜂窝核心网。作为iWLAN的网关的iWAG可以提供管理（创建、分配、改变、去除）这些虚拟管道的虚拟化的能力。此外，iWAG可以虚拟化AP资源，并且将一组或多组虚拟化资源提供给一个核心网实体或多个核心网实体。iWAG能够管理这些虚拟化的资源，并且将一组或多组虚拟化资源租用给一个或多个核心网实体。iWAG也能单独地提供来自蜂窝网络的OAM系统的对iWLAN的那些虚拟化资源的配置、管理和验证功能。这可以使iWLAN对蜂窝网络运营者是完全透明的，并且可以由第三方无线服务提供者来运营。

在一些实现中，iWAG202可以确定在特定地理位置和特定时间段的iAP的工作频率。

A）为了工作在比如2.4GHz或5GHz的ISM（工业-科学-医疗）频段（免许可频谱），iWAG可以指示iAP在这些频段内扫描信道以确定被周围的相邻站所占用的信道。可选择地，iWAG可以自己完成这一任务。根据扫描结果，iWAG指示iAP工作在低拥塞或没有被相邻站占用的一个或多个频率信道。通过这种方法，能够帮助避免或减少来自相邻BSS的干扰。

B）为了工作在授权的接入频谱，iWAG查询ASAS-DBS以获取特定地理位置和特定时间间隔的ASA频谱的使用状态。如果ASAS-DBS指示主要无线服务在该时间间隔没有被调度运行，iWAG可以使iAP运行ASAS-DBS所指示的频率信道来提供无线接入服务。否则，iWAG指示iAP不在ASA频段上运行。

图3示出了选择工作频率信道的示例消息交换过程300。当iAP（iAP-1）上电时，该iAP在其回程线路链接（其可以是有线的，或可以是根据本文公开的技术中的一种所控制的无线频谱方式）上发起与iWAG的连接，并且向iWAG发送包含其APID、地理位置信息和ISM信道扫描报告的注册请求消息。在接收到这一消息之后，iWAG向ASAS-DBS发送ASAS请求消息，以获取在该地理位置和时间段所允许的信道信息和发射功率。一旦iWAG接收到来自ASAS-DBS的ASAS响应消息中的这一信息，其根据信道容量、负载信息和接入延迟信息，为iAP选择ISM频段中的最佳工作信道和/或ASA频段中的信道。当工作在ASA频段时，iWAG根据从ASAS-DBS接收到的信息，指示iAP-1将最大发射功率设置为预先规定的数值以控制覆盖区域中的无线干扰，并且让iAP向工作站广播这一最大发送功率信息。工作在ASA频段的工作站根据接受到的最大发送功率信息对其发送功率进行限制。随后iWAG向iAP-1发送包含带有相应的最大发送功率信息的ISM频段和ASA频段中的工作信道的注册响应消息。

如果另一个iAP（iAP-2）上电，该iAP（iAP-2）重复同样的工作信道选择过程以确定iAP-2的最佳信道。

iWAG可以在本地记录每个建立连接的iAP的信道信息和相应的最大发送功率信息。

iWAG可以周期地查询ASAS-DBS以更新ASA频谱操作调度信息的状态。如果iWAG被告知主要无线服务将启用目前被iWLAN使用的频率信道，那么iWAG将进行调度以停止iAP，并且将上述频率信道返还给主要无线服务。

在一些实施方式中，iWAG管理和控制在多个蜂窝网络之间共享的用于从宏小区（macrocell）卸载数据流量的iWLAN。作为在iAP和演进的分组核心（EPC）之间的网关（或转发功能实体），iWAG通过PDN网关通过S2a接口将iAP连接到EPC，并且能够根据蜂窝运营者的控制策略来将流量从P-GW路由到iWLAN，以减少蜂窝网络的负载。

在一些实施方式中，iWAG还可以包括通过STa接口连接到EPC的AAA服务器的代理功能实体，以为漫游到该iWLAN的每个无线站提供认证、授权和计费服务。当无线站准备连接到iWLAN时，该无线站在iWLAN上发起认证请求，以执行与其归属网络的认证，从而获取在iWLAN中运行的授权。当iWAG接收到认证请求消息时，其检查包含在比如EAP-SIM等消息中的安全信息，以获取它的无线站的归属AAA信息，并且随后将该消息转发给其归属AAA。如果无线站通过了认证，其将被允许与iAP进行关联以获得无线接入服务。

在一些实施方式中，例如，企业控制或政府控制的网络中，iWAG被实现为（或具有此种功能的）将iWLAN连接到有线网络的网关。

在一些实施方式中，例如用于公共接入的网络，iWAG是iWLAN到互联网的实际网关或功能网关，并且控制对互联网的访问。

iWAG能够平衡iWLAN中的iAP之间的流量。iWAG周期性地收集iAP的负载信息，或者由负载条件触发来收集iAP的负载信息。如果iWAG被告知特定的iAP过载了，iWAG可以利用所收集的负载信息，向过载的iAP发送指令，以将与其关联的工作站重新定向给相邻的欠载的iAP。iAP可以利用相邻iAP的负载信息和来自与其关联的工作站的无线信号测量结果，来确定如何将每个与其关联的工作站重定向给其他的iAP。

在一些实施方式中，iWAG可以协助和控制从一个iAP到另一个iAP的无线站切换。当无线站正在从当前的服务iAP的无线覆盖中移出，并且检测到了相邻iAP发送的信标信号时，该无线站可以通过将其当前的关联信息和安全信息包含在关联请求消息中，来发起与新检测到的iAP的重新关联过程。新的iAP可以根据所包含的关联信息和安全信息，直接通过iWAG来跟踪关联信息和安全信息，而不是与切换无线站的归属网络进行另一个认证过程。通过这种方法，能够加速重新关联的过程，并且减少从一个iAP到另一个iAP的切换时间。

在一些实施方式中，iWAG可以控制紧急电信服务和提高紧急电信服务的优先权。例如，当iWAG接收到来自广泛的区域来源的紧急警报消息时，iWAG可以向iWLAN中的所有iAP广播该消息，并且iAP将向所服务的所有无线设备进一步广播该消息。

此外，作为iWLAN的网关，与不同有线网络连接的iWAG可以利用白名单或黑名单，基于个体或基于分组来控制无线链接管理。当新连接建立时，iWAG将检查与白名单和黑名单有关的工作站的MAC地址。如果在白名单中发现了该工作站的MAC地址，iWAG将允许该连接。如果在黑名单中发现了该工作站的MAC地址，iWAG将断开来自该工作站的连接。

c）集成的接入点（iAP）206

iAP可以是可以由多个IEEE802.11工作站关联的集成WLAN的载波级的中心工作站。iWLAN中的连接到iWAG的iAP为无线站提供无线接入。iAP可以被配置成同时管理和操作相同频率或不同频率的多个基础服务集（BSS）。每个BSS都成为连接到一个或多个有线核心网的无线网络的一部分。

图4示出了集成的接入点（iAP）架构的示例。集成的无线站iAP可以包括用于在无线链路上同时发送和接收数据的一个或多个单独的通信接口，比如本示例中的三个单独的IEEE802.11接入点（AP）。这些单独的AP被集成进单个集成的无线站iAP中，并且可以共享比如天线（阵列）、通用处理器、存储器和/或回程线路的公共的电子设备。集成的无线站iAP中的每个AP可以独立地工作在其自身的TRX、PHY和MAC。

iAP可以包括实现比如本文中所提出的一种或多种技术的方法的微处理器的处理器电子设备，以及配置成存储比如数据和/或指令的一个或多个存储器。

在一些实现中，集成的无线站iAP中可以包括与一个或多个有线网络通信的一个或多个有线通信接口。

在图4的示例中，iAP可以被布置成构成三个BSS。每个BSS可以工作在免许可的频段或授权的共享接入频段中的相同或不同的无线信道上。

在iWAG的独立部署场景中，iAP使用唯一的回程线路链接到连接至一个或多个有线网络的iWAG。换句话说，多个有线核心网可以共享链接到iAP的“最后一英里”回程线路。在分布式模型中，iWAG功能可以被集成进iAP，并且iAP和iWAG之间的连接成为内部链接。

图5示出了多个蜂窝网共享iAP以减少回程线路连接并且简化WLAN部署的示例。在iAP共享之前，每个运营者可以在热点地区单独且各自部署自己的WLAN网络（502），并且使用他们自己的无线接入网关（WAG）将接入点连接到运营者的网络。多个运营者可以在相同区域重复部署。当允许共享时，多个运营者可以共享同一热点区域的相同的iAP部署，以提供免许可频带或授权的共享接入频谱中的共享的无线接入（504）。通过这种方法，可以简化部署，并且减少“最后一英里”的回程线路链接。此外，iAP中共享的无线机制有助于减少由多个无线服务提供者或蜂窝运营者的卸载网络的各自的AP产生的干扰。

iAP可以被扩展成多个蜂窝运营者/无线服务提供者网络中的LAN或WAN的一部分。由iAP创建的每个BSS都可以在一个或多个无线服务提供者之间共享，以在同一区域提供无线接入。

图6示出了由两个服务提供者共享的、用于构成多个无线LAN/WAN的BSS的示例。LAN/WAN-A可以包括iWLAN以扩展其网络。LAN/WAN-B也可以通过包含iWLAN来扩展其网络。iWLAN通过共享工作在免许可的频段或授权的共享频谱上的iAP的同一个BSS，提供了扩展的LAN/WAN-A和LAN/WAN-B之间的介质共享。

共享的iAP的BSS允许包括一个或多个SSID，每个SSID都被用于识别该区域中的无线接入服务。不同的无线服务提供者可以使用共享的iAP的BSS上的不同的SSID。例如，运营者A可以选择OPA-WiFi作为其SSID，而运营者B可以为共享的iAP的BSS选择OPB-WiFi。在一些实施方式中，iAP将在一个信标里广播两个SSID信息。

共享的iAP的BSS在多个蜂窝运营者和服务提供者之间提供免许可的频段或授权的共享频谱上的无线共享。iAP周期地广播信标帧，该信标帧允许一个BSSID与不同的蜂窝运营者/无线服务提供者的一个或多个SSID相关联，并且包含关于由所有蜂窝运营者/无线服务提供者共享的iAP的BSS的公共信息。

图7示出了服务提供者分别部署的多个AP的信标传输（702）和共享的BSS上的iAP的信标传输（704）的示例。为了提供基本的无线服务，接入点需要周期地广播携带接入点的基本配置信息和基本能力信息的信标信号。如果接入点由各个无线服务提供者和蜂窝运营者部署在相同的区域，每个AP都必须周期地广播携带BSS信息的信标信号。因为大多数认证的AP可能具有相同或相似的特性，许多信标中的内容可能是相同的。这将导致在相同的介质上发送许多重复的信息，并且降低了频谱效率。

然而，在iAP的情形704中，允许BSS与多个服务集绑定。比如SSID列表的多个服务提供者的信息可以被结合在一起并在频率信道上的单个的BSS信标中发送。因此，为了提高介质的使用效率，共享的iAP的BSS将减少介质中发送的信标、FILS发现（FD）帧、或管理帧的数量。

在IEEE802.11无线通信中，网络发现在第一次初始链路建立中占据了大量的时间。为了发现AP，工作站可以使用被动扫描或者主动扫描来发现覆盖区域中的无线频率信道。对于被动扫描，工作站努力检测从AP发射出的信标信号，以根据比如网络选择优先级列表或SSID的预先配置的信息来找出AP的存在。携带AP的系统信息的信标信号被周期性地广播。当工作站检测到信标时，工作站获知了AP的存在和其系统能力以及配置参数。随后工作站能够启动认证过程以与AP交互认证。在正常配置中，信标信号不能过于频繁的发送，因为这将占用空口链接能力。在2.4GHz和5GHz的免许可的频段，其中包含了许多重叠的和非重叠的信道。因此，需要相当长的时间来完成被动扫描。

对于主动扫描，工作站可以通过发送探测请求消息来发起扫描过程。当AP接收到该消息时，AP将用带有与所要关联的工作站有关的参数的探测响应来回应。总的主动扫描的时间是：

总扫描时间=扫描操作次数×每次扫描操作的时间

图8示出了iWLAN的快速主动扫描过程的示例。iWLAN的iAP在频率信道上工作，并且多个服务集共享相同的无线链路。如果工作站接收到了带有SSID列表的MLME-SCAN.请求原语，工作站可能不需要发送多个探测请求帧，所述多个探测请求帧中的每个包含列表中的一个SSID。作为替代，工作站可以发送带有定址到独立地址（DA=iAP的BSSID）或广播地址的通配SSID的探测请求帧。一旦iAP接收到探测请求，其首先回应以ACK来表示iAP的存在，并且随后发送探测响应以提供和iAP有关的包括在频率信道上所要关联的工作站的SSID的列表的信息。

如果iAP工作在多个频率信道，iAP也可以响应与相邻信息中的其他频率信道有关的信息以加速主动扫描过程。例如，iAP被配置成工作在免许可的频段中的两个不同的频率信道CH-1和CH-2。这两个频率信道可以具有比如20MHz或40MHz的相同带宽，或者可以具有不同的带宽。在快速主动扫描过程中，工作站在CH-1的主信道上发送利用通配SSID定址到独立地址（DA=iAP的BSSID）的探测请求。如果iAP接收到了探测请求，iAP将在接收频率信道（CH-1）上回应以ACK，并且随后发送定址为广播地址的探测响应，以提供与iAP有关的包括关于CH-1和CH-2上的信息和SSID列表的信息。

在这种方法中，工作站可以使用一对消息来迅速获取特定频率信道上的iWLAN的多个服务集的信息，并且加速主动扫描的过程。

图9示出了用于均衡不同信道上的负载并最大化用户数据吞吐量的iAP的示例。iAP中的每个AP的功能（频率1、频率2和频率3上的TRX模块）被配置成工作在不同频率信道上，比如5.170-5.330GHz、5.490-5.710GHZ和5.735-5.835GH中的频率1、频率2和频率3。这三个AP可以构成同一覆盖区域中的三个不同的BSS：BSS1、BSS2和BSS3。如果在频率1上与iAP关联的许多无线站导致iAP在频率1上过载，则iAP能够将一些工作站重定向到比如频率3的欠载的频段以在整个工作频谱上均衡负载。

为了在不连续频谱上均衡负载，iAP的每个AP可以测量频谱（时间）占用，并且向iAP的控制处理器提供测量报告。如果控制处理器检测到由AP报告的频谱占用高于给定的阈值而其他的频谱占用被报告为正常或欠载，那么控制处理器通知过载的AP向一个或多个工作站发送包含未过载的频率信道列表信息的重定向消息，以建议这些工作站放弃当前的工作频率信道而转向欠载的频率信道。在一些实现中，负载的确定仅仅根据所服务的无线设备的数目，而不管这些无线设备当前是否正在活跃地进行用户数据传输或数据接收。在这种方法中，一方面可以对控制流量开销进行负载均衡。另一方面，当用户开启了其无线设备上的可能的急需带宽的应用时，负载均衡可以满足这些设备对带宽的未来需求。

在一些实施方式中，负载均衡可以考虑所服务的STA的带宽使用特性。例如，较新的STA，或特定类型的STA（例如iPhone）可以比较老的STA或具有有限的带宽使用能力的STA使用更大数量的无线带宽。

将工作站重定向到欠载的频率信道的可选择的方法是，AP启动与这些工作站的解除关联的过程，并且迫使这些工作站放弃当前的工作频道，以及在相同的覆盖区域中搜索不同频率信道中的新AP。

认证是由两个工作站进行通信以建立它们之间的相互信任的过程。iWLAN可以将由IEEE802.11定义的WPA-企业版或WPA2-企业版（EAP-SIM、EAP-AKA或EAP-FAST）认证用于在不同的无线企业或蜂窝服务提供者之间的无线链路的共享。每个无线企业或蜂窝服务提供者都能够选择自己的认证算法来对加入到iWLAN的工作站进行认证。

图10示出了在两个不同的有线网络中的iWLAN的认证的示例。在扫描介质之后，将要加入到iWLAN的工作站向iWLAN发送认证请求消息。在本文中，“工作站”是指比如根据IEEE的术语的STA设备或根据3GPP术语的用户设备（UE）等的任一无线设备。根据在认证请求消息中所携带的订阅信息，iWAP通过iWAG将其路由到工作站的归属核心网进行认证。在示例中，根据在消息中携带的其各自的订阅信息，由工作站UE-A向运营者A订阅的消息被定向到OP-A的AAA服务器进行认证，而由工作站UE-B向运营者B订阅的数据包被定向到OP-B的AAA服务器进行认证。

在认证完成之后，iAP可以使用TKIP或AES-CCMP来加密在iWLAN内传输的数据。加密密钥在认证期间由PTK导出。因此，每个工作站都能具有其自身的加密密钥用于在共享的无线链路中的数据传输。

图11示出了促进无线通信的示例过程1100的流程图描述。该过程可以在例如上面公开的集成无线接入网关（iWAG）中实现。

在1102，接收到来自请求者的无线频谱请求。如上面描述的，该请求可以由无线服务提供者或另一个网络侧设备发起。该请求标识了无线频谱将要被使用的地理位置和无线频谱将被使用的时间窗口。这种标识可以是隐式的或显式的。例如，基于请求者的互联网协议（IP）地址和该IP地址所处的相应的地理位置区域，这种标识是隐式的。所述时间窗口也可以是显式指定的或隐式指定的。例如，没有任何显式的时间窗口描述，可能隐含地表示所述请求针对无限长的时间段（即，直到发出下一个请求）。

在1104，查询数据库以获取可用的选项，以满足所接收到的频谱请求。数据库可以是上面描述的频谱数据库204。如之前描述的，查询可以通过iWAG202来完成或从iWAG202来完成。所述数据库也可以位于装置的内部，因此所述查询可以在外部网络连接上传输，也可以不在外部网络连接上传输。

在1106，从数据库接收可用于满足上述请求的一个或多个无线信道的列表。如上面讨论的，频谱数据库204可操作地保持关于信道可用和信道当前正在被使用、以及这些信道的负载等级的最新的信息。这里的术语“信道”是指连续的或分段连续的频谱部分。在信道绑定的实现中，即可能同时使用多个信道的实现中，列表可以进行如此指示。

在1108，通过运用第一业务准则和第二操作准则，从列表中选择候选信道。业务准则可以检查，例如是否向请求者授予可用的频谱的许可，以及通过指示当前需要停止使用该信道的用户，从而将其分配给请求者。操作准则可以包括之前讨论的对负载均衡的考虑。操作准则还可以包括对紧急消息的考虑、可用的网络侧通信带宽（例如，回程线路连接）中的任何识别出的潜在的瓶颈，等等。

在1110，关于候选信道的信息被传达给请求者以满足无线频谱请求。

图12是促进多个无线服务提供者共享使用无线频谱的装置1200的框图表示。模块1202用于从请求者接收无线频谱请求，该请求标识了无线频谱将要被使用的地理位置和无线频谱将被使用的时间窗口。模块1204用于查询数据库以获取可用的选项，以满足所接收到的频谱请求。模块1206用于接收可用于满足请求的一个或多个无线信道的列表。模块1208用于通过运用第一业务准则和第二操作准则，从列表中选择候选信道。模块1210用于传达关于候选信道的信息以满足无线频谱请求。

在一些实现中，用来向多个无线设备提供无线服务的装置包括：多个接入点实例，每个接入点实例都工作在不同的无线频率信道，以在相应的无线频率信道上提供无线服务；回程线路连接，通过该回程线路连接可以从网关设备接收到控制消息；以及，接入点控制器，该接入点控制器控制多个接入点实例以提供控制消息中所指定的无线服务。

在一些实现中，无线通信系统包括：保持频谱使用和可用性信息的数据库；可操作地提供来自多个服务运营者的无线服务的接入点；以及网关，其从服务运营者接收无线频谱分配请求，通过查询数据库确定频谱可用性，根据所确定的频谱可用性，以许可或拒绝向服务运营者做出响应，以及控制接入点以根据对服务运营者的响应提供无线服务。

相关技术领域的技术人员需要了解的是，本文公开了允许多个无线服务提供者来共享无线设备和无线网络之间的用户数据无线传输的可用频谱的技术。

相关技术领域的技术人员还需要了解的是，在一些实现中，数据库服务器可以可通信地连接到集成的无线网络。所述数据库服务器存储可以被其他的网络设备使用的频谱使用信息和频谱可用性信息，以建立无线设备的用户数据会话。所述数据库服务器也可以根据位置和时间信息跟踪频谱可用性和频谱使用。

相关技术领域的技术人员还需要了解的是，公开了集成的无线接入网关功能，该集成的无线接入网关功能可以在单个平台中实现，或者分布在多个硬件平台中。集成的无线网关可以根据业务准则（例如，谁具有许可证就能因此享有频谱优先权）或操作准则（例如，负载均衡）为服务提供者和无线设备分配和控制多个频谱信道。

本文中所描述的所公开的和其他的实施方式、模块和功能操作可以在包含本文中所公开的结构和其等价结构、或其中的一个或多个的组合的数字电子电路、或计算机软件、固件、或硬件中实现。所公开的和其他的实施方式可以实现为一个或多个计算机程序产品，即，由数据处理装置执行、或者控制数据处理装置的操作的在计算机可读介质上编码的计算机程序指令的一个或多个模块。计算机可读介质可以是机器可读的存储设备、机器可读的存储基质、存储器设备、实现机器可读的传播信号的实体构造、或其中的一个或多个的组合。术语“数据处理装置”包括所有的包括例如可编程处理器、计算机、多个处理器或计算机的装置、设备、以及用于处理数据的机器。除了硬件，所述装置可以包括创建用于所考虑的计算机程序的运行环境的代码，例如，构成处理器固件、协议栈、数据库管理系统、操作系统、或其中的一个或多个的组合的代码。所传播的信号是人工产生的信号，例如被产生以对传输到适当的接收器装置的信息进行编码的机器产生的电信号、光信号、或电磁信号。

计算机程序（也被称为程序、软件、软件应用、脚本、或代码）可以用任何形式的语言进行编写，包括编译型语言或解释型语言，并且其可以以任何形式进行布置，包括独立程序、或模块、部件、子程序、或适合在计算机环境中使用的其他单元的形式。计算机程序不需要与文件系统中的文件对应。程序可以被存储在包含其他程序或数据（例如，存储在标记语言文档中的一个或多个脚本）的文件的一部分中、专用于所考虑的程序的单个文件中、或者在多个相互配合的文件（例如，存储一个或多个模块、子程序、或代码部分的多个文件）中。计算机程序可以被布置成在一个计算机上执行，或者在位于同一场所或分布于多个场所且通过通信网络互连的多个计算机上执行。

本文中所描述的过程和逻辑流可以由通过对输入数据进行操作并产生输出来执行一个或多个计算机程序以实现功能的一个或多个可编程的处理器来执行。所述过程和逻辑流可以由比如FPGA（现场可编程门阵列）或ASIC（专用集成电路）的专用目的逻辑电路来执行，且装置也能被实现为比如FPGA（现场可编程门阵列）或ASIC（专用集成电路）的专用目的逻辑电路的装置。

适于计算机程序执行的处理器包括：例如，通用目的和专用目的微处理器、以及任何种类的数字计算机的任意一个或多个处理器。通常，处理器将从只读存储器或随机访问存储器或二者接收指令和数据。计算机的重要元件是用于执行指令的处理器和用于存储指令和数据的一个或多个存储器设备。通常，计算机还将包括，或可操作地连接到以从其中接收数据、或向其发送数据、或既接受数据又发送数据的用来储存数据的一个或多个大容量储存设备，例如，磁盘、磁光盘、或光盘。然而，计算机不需要具有这些设备。适于存储计算机程序指令和数据的计算机可读介质包括：所有形式的非易失性的存储器、介质和存储设备，例如，半导体存储设备（例如EPROM、EEPROM）、以及闪存设备；磁盘（例如，内部硬盘或可移动磁盘）；磁光盘；以及CD-ROM和DVD-ROM盘。处理器和存储器可以被补充以或被并入专用目的逻辑电路。

尽管本专利文件包含了许多具体特征，但是这些特征不能被视为对所要求保护的或者可能要求保护的本发明的范围的限制，而应当被视为特定的实施方式的具体特征的描述。在本文中描述的分离的多个实施方式情形中的特定的特征也可以在单个实施方式中以组合的方式实现。相反地，在单个实施方式的情形中描述的多个特征也可以在多个实施方式中分别实现，或以任何适合的子组合的形式实现。此外，尽管特征可能在上面被描述为在特定的组合中起作用，并且甚至在最初也要求这样保护，但是所要求保护的组合中的一个或多个特征在一些情况下能不以组合的形式实践，并且从所要求保护的组合可以导出子组合或子组合的变化。同样，虽然以特定的顺序在附图中对操作进行了描述，但是这不能被理解成这些操作需要以示出的特定次序执行或顺序执行，或示出的所有操作都被执行，以获得期望的结果。

仅仅公开了几个示例和实现。基于所公开的内容，可以对所描述的示例和实现做出变化、修改和改进，并且可以做出其他的实现。

Claims (20)

1.一种促进无线通信的方法，包括：

从请求者接收无线频谱请求，所述请求标识无线频谱将要被使用的地理位置和无线频谱将要被使用的时间窗口；

在数据库中查询满足所接收到的频谱请求的可用的选项；

接收可用于满足所述请求的一个或多个无线信道的列表；

通过运用第一业务准则和第二操作准则从所述列表选择候选信道；以及

传达关于所述候选信道的信息以满足所述无线频谱请求。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：

发送控制消息来终止无线实体对所述候选信道的使用。

3.如权利要求1所述的方法，还包括：

监控无线服务区域中的无线频谱使用。

4.如权利要求3所述的方法，还包括：

从所述无线服务区域中的接入点接收指示无线频谱的使用等级的负载消息。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述第一业务准则使用所述请求者的频谱许可所有权。

6.如权利要求1所述的方法，其中所述操作准则涉及在所请求的地理位置和所请求的时间窗口期间的频谱的负载均衡使用。

7.一种用来向无线设备提供无线服务的装置，包括：

多个接入点实例，每个接入点实例可独立工作在相同或不同的无线频率信道上，以在相应的无线频率信道上提供无线服务；

回程线路连接，控制消息通过所述回程线路连接接收自网关设备；以及

接入点控制器，其控制所述多个接入点实例以提供所述控制消息中所指定的无线服务。

8.如权利要求7所述的装置，还包括：

负载汇报器，其通过所述回程线路连接向所述网关设备报告当前的带宽使用。

9.如权利要求7所述的装置，还包括：

设备认证器，其通过所述回程线路连接与授权服务器协商来认证无线设备。

10.如权利要求7所述的装置，还包括：

提供通过所述网关设备与多个核心网通信的模块。

11.如权利要求7所述的装置，还包括：

在所述多个接入点实例中共享管理帧以发送系统信息的模块。

12.一种装置，包括：

存储器，其存储处理器可执行的指令；以及

处理器，其执行所述指令来完成一种方法，所述方法包括：

从请求者接收无线频谱请求，所述请求标识无线频谱将要被使用的地理位置和无线频谱将要被使用的时间窗口；

在数据库中查询满足所接收到的频谱请求的可用选项；

接收可用于满足所述请求的一个或多个无线信道的列表；

通过运用第一业务准则和第二操作准则从所述列表选择候选信道；以及

传达关于所述候选信道的信息以满足所述无线频谱请求。

13.如权利要求12所述的装置，还包括：

发送控制消息来终止无线实体对所述候选信道的使用。

14.如权利要求12所述的装置，还包括：

监控无线服务区域中的无线频谱使用。

15.如权利要求14所述的装置，还包括：

从所述无线服务区域中的接入点接收指示无线频谱的使用等级的负载消息。

16.如权利要求12所述的装置，其中所述第一业务准则使用所述请求者的频谱许可所有权。

17.如权利要求12所述的装置，其中所述操作准则涉及在所请求的地理位置和所请求的时间窗口期间的频谱的负载均衡使用。

18.一种无线通信系统，包括：

数据库，其保持频谱使用信息和频谱可用性信息；

集成的接入点，其操作来提供来自多个服务运营者的无线服务；以及网关，其完成以下操作：

接收来自服务运营者的无线频谱分配请求；

通过查询所述数据库来确定频谱可用性；

根据所确定的频谱可用性，以许可或拒绝向所述服务运营者做出响应；以及

控制所述接入点以根据对所述服务运营者的响应来提供无线服务。

19.如权利要求18所述的无线通信系统，其中所述集成的接入点根据无线频谱的使用等级提供来自所述多个服务运营者的无线服务。

20.如权利要求18所述的无线通信系统，其中所述集成的接入点在不同的无线频率信道上提供来自所述多个服务运营者的无线服务。