CN106686608A - 无线网状网络中的速率估计 - Google Patents

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Abstract

在此介绍了提供用于辅助无线网状网络的安装和配置的自动化网格点勘测和指导安装的技术。还介绍了另外的实现技术，包括例如在这种无线网状网络中的链路速率估计，漫游和专用回程链路实现。除了其他益处之外，本公开提供了一种整体解决方案，其中多个无线局域网(WLAN)网格点设备被部署在具有潜在死点的相对大的环境中，诸如家庭或办公室。

Description

无线网状网络中的速率估计
版权声明
本专利文件的公开内容的一部分包含受版权保护的材料。版权所有者不反对任何人对专利文献或专利公开的复制，因为它出现在专利商标局专利文件或记录中，但除此之外保留所有的版权权利。
相关申请交叉引用
本申请有权享有2015年11月10日提交的题为“METHOD AND APPARATUS FOR WHOLEHOME WI-FI COVERAGE”(代理人案卷号110729-8045.US00)的美国临时专利申请号62/253,540的优先权；以及2016年5月13日提交的题为“DEDICATED BACKHAUL FOR WHOLE HOMECOVERAGE”(代理人档案号110729-8058.US00)的美国临时专利申请号62/336,503的优先权；所有这些专利的全部内容通过引用并入本文。
本申请涉及于2016年10月6日提交的题为“AUTOMATED MESH POINT SURVEY ANDGUIDED INSTALLATION FOR A WIRELESS MESH NETWORK”(代理人案卷号110729-8050.US01)的共同待决的美国专利申请号15/287，678，于2016年10月6日提交的题为“ROAMING IN A WIRELESS MESH NETWORK”(代理人档案号110729-8052.US01)的美国专利申请号15/287,706；于2016年10月6日提交的题为“DEDICATED BACKHAUL LINK FOR AROBUST WIRELESS MESH NETWORK”(代理人档案号110729-8053.US01)的美国专利申请号15/287,711；以及于2016年9月21日提交的题为“DEDICATED BACKHAUL FOR WHOLE HOMECOVERAGE”(代理人案卷号110729-8058.US01)的美国专利申请号15/271,912；所有这些专利的全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本公开一般涉及电子通信，更具体地，涉及用于实现局域无线网状网络的技术。
背景技术
在诸如大房子或办公室的室内环境中，单个接入点(AP)通常可能不能覆盖整个室内区域。
解决该问题的一个直接尝试是增加发射功率。然而，完全依赖于增加AP上的传输功率将是一个不良的解决方案。除了限制AP的发射功率的监管机构之外，通常AP和客户端之间的无线局域网(WLAN)通信链路是高度不对称的，即，客户端的发射功率通常低于AP的发射功率。客户端的天线效率通常也低于AP。此外，便携式客户端(例如，移动电话)通常由用户手持，并且由于人体的信号吸收和中断，来自这种便携式客户端的信号可以以甚至更低的功率到达AP。然而，许多常用的WLAN协议要求链路的每一侧接收针对所发送的分组(例如，在下行链路方向上)的确认(ACK)。如果WLAN链路的一侧不能从链路的另一侧接收，则不能将分组发送到链路的另一侧。
代替一个AP具有高发射功率和高性能天线，有吸引力的替代方案是使用以分散的、分布式方式部署在环境中的多个更小的AP。这些较小的AP形成无线网状网络，因此也被称为“网格点”。当客户端设备与网格点之一建立连接时，网格点可以将业务转发到连接到网关的网格点，其继而将业务传送到外部世界(例如，广域网(WAN)和/或“因特网”)。然而，还存在与实现这些无线网状网络相关联的许多挑战，特别是在家庭环境中，其中外行用户可能参与安装和配置这些网格点。
附图说明
本实施例通过示例的方式被示出，并且这些实施例不旨在受附图的图限制。
图1A是其中可以实现一些实施例的代表性无线网状网络环境。
图1B是可以用于实现这里介绍的技术的计算设备的框图。
图2是示出了概述实现这里介绍的一个或多个技术的移动软件应用的一般功能的欢迎页面的示例用户界面。
图3A-3F是示出用于辅助用户在无线网状网络中安装第一主网格点的过程的示例用户界面。
图4A-4C是示出用于辅助用户在无线网状网络中安装附加网格点的介绍性过程的示例性用户界面。
图5A-5D是示出用于辅助用户找到用于安装附加网格点的潜在位置的弱接收点(或“死点”)的过程的示例用户界面。
图6A-6E是示出用于辅助用户在无线网状网络中安装附加网格点的进一步介绍性过程的示例用户界面。
图7A-7E是示出用于辅助用户在无线网状网络中安装附加网格点的指导指令的示例用户界面。
图8A-8G是示出在无线网状网络中已安装的网格点的诊断过程的示例性用户界面。
图9是示出用于无线网状网络中的已安装的网格点的另一诊断过程的示例性用户界面。
图10是示出用于在无线网状网络中为带宽(例如，与覆盖相对地)安装附加网格点的可选过程的示例用户界面。
图11A-11C是示出无线网状网络的进一步诊断和配置过程的示例性用户界面。
图12是设备类型的示例列表。
图13A是示出典型2.4GHz频带中的不同无线LAN(WLAN)信道的较高、中和较低频率的表。
图13B是示出在典型的5GHz频带中可用(例如，在美国)的不同无线LAN(WLAN)信道的示例频率的表。
图14A-14C是为了将特定类型的设备的性能映射到附加网格点的预期性能而收集的不同统计数据，如果安装在相同位置。
图15A-15D是可以用于吞吐量估计的最接近的PHY速率的示例表。
图16是用于在特定频带中操作的网格点的估计链路速率(吞吐量)和用户指令之间的映射的示例表。
图17A是用于在估计的链路速率(吞吐量)和无线网络覆盖之间进行映射的示例表。
图17B是实现用于在估计的链路速率和无线网络覆盖之间进行映射的滞后机制的替换示例。
图18A-18B是具有在执行智能漫游时跟随或以其他方式与网状网络协调的能力的已知用户设备的列表。
图19示出了显示在两个网格点(例如，在网格网络中)之间建立的回程链路的示例图。
图20A-20C是示出用于在本文公开的网状网络中执行速率估计、设备表征和设备分类的方法的示例流程图。
图21是示出在本文公开的网格网络中执行漫游决定的方法的示例流程图。
图22A-22C是示出用于在本文公开的网格网络中执行专用回程的切换和选择的方法的示例流程图。
在所有附图和说明书中，相同的附图标记指代相应的部分。
具体实施例
一般来说，如上所述，对具有大传输功率的接入点(AP)的更好的替代是具有以散布的分布式方式部署在环境中的多个更小AP的无线网状网络。这些较小的AP(或网格点)通常作为所谓的“范围扩展器”或“中继器”推向市场。范围扩展器通常通过将其自身与用户的主AP相关联并从主AP接收互联网连接来工作。然后，诸如移动电话，膝上型计算机和台式计算机以及智能设备的客户端可以与范围扩展器相关联。
然而，还存在与使用这些范围扩展器实现无线网状网络相关联的许多挑战，特别是在家庭环境中，其中外行用户可能涉及安装和配置这些设备。涉及外行用户的安装过程的一个常见问题是用户可能不能将网格点安装在其最佳位置，例如，因为用户不知道将每个网格点放在哪里以覆盖房子中特定的死点(即，接收不良的位置)，如何找到这些死点等。此外，许多常规的范围扩展器被设计为独立于(并且非常类似于事后考虑)主AP，因此通常与主AP没有太多的协调。在许多这些常规设置中，由连接客户端决定无线网状网络中发生什么(例如，当发生某种类型的问题时采取什么动作或反应，例如不良接收)，这可能不利地影响这种网络的效率和稳定性。例如，主AP和中继器之间的漫游可能是常见的问题，其中客户端可能在与主AP或中继器网格点连接中被卡住，并且可能不漫游到可以向客户端提供最佳吞吐量的网格点。经常，在多个范围扩展器和主AP之间漫游可能不如设计的那样起作用，并且对于不同类型的客户端可能需要不同的漫游方法。其他常见的问题包括扩展器可能不使用最佳频带连接到网状网络的其余部分，或者当扩展器连接到主AP的两个或更多个频带时扩展器可能不使用最佳频带来转发业务。
因此，这里引入了用于提供用于辅助无线网状网络的安装和配置的自动化网格点勘测和指导安装的技术。还介绍了另外的实现技术，包括例如在这种无线网状网络中的速率估计、漫游和专用回程链路实现。在其它益处中，本公开提供了一种整体解决方案，其中多个无线局域网(WLAN)网格点设备被部署在具有潜在死点的相对大的环境中，例如家庭或办公室。如下面更详细地介绍的，一个或多个实施例可以帮助用户安装，可以帮助用户验证安装是否成功，并且可以帮助用户升级现有的无线网状网络。在一些示例中，多设备无线网状网络可以具有可以是集中式或分布式的网络控制系统，并且网络控制器可以例如确定当客户端应该漫游时每个客户端应该关联哪个网格点，网络应该使用哪个拓扑结构，客户端与哪个频带相关联，哪个频带应该用于业务转发，以及在哪里安装新的网格点以在目标区域中提供更多的覆盖。
在以下描述中，阐述了许多具体细节，例如具体组件、电路和过程的示例，以提供对本公开的透彻理解。此外，在下面的描述中并且为了解释的目的，阐述了具体的术语以提供对本实施例的透彻理解。然而，对本领域技术人员显而易见的是，这些具体细节可能不是实施本实施例所必需的。在其他情况下，以框图形式示出了公知的电路和设备以避免模糊本公开。
本文所使用的术语“耦合”是指直接连接或通过一个或多个中间组件或电路连接。通过本文描述的各种总线提供的任何信号可以与其他信号时间复用并且通过一个或多个公共总线提供。另外，电路元件或软件块之间的互连可以被示为总线或单个信号线。每个总线可以可选地是单个信号线，并且每个单个信号线可以替代地是总线，并且单个线路或总线可以表示在组件之间用于通信的无数物理或逻辑机制中的任何一个或多个(例如，网络)。本实施例不应被解释为限于本文所描述的具体示例，而是在其范围内包括由所附权利要求限定的所有实施例。
系统总览
图1A是其中可以实现一些实施例的代表性无线网格网络环境100。环境100包括网关110，主网格点112a，多个附加网格点112b-112n，广域网(WAN)120和多个客户端设备130a-130n。
网关110可以是默认网关，其在计算机网络意义上，是假定知道如何将分组转发到其他网络的节点。在家庭或小型办公室环境中，网关设备110，例如将局域网(LAN)(例如，由网格点112a-112n建立的网络)连接到因特网(例如，网络120)的数字用户线路(DSL)路由器或电缆路由器，充当所有网络设备的默认网关。例如，网关110和网络120可以经由双绞线布线网络，同轴电缆网络，电话网络或任何合适类型的连接网络来连接。在一些实施例中，基站110和网络120可以无线连接(例如，其可以包括采用基于诸如3G，3.5G，4G LTE等的无线电话服务的数据业务网络)。
被示为在“主接入点(AP)”模式中操作的主网格点112a与网络120耦合在一起，使得主网格点112a可以直接或通过附加网格点112b-112n使得客户端设备130a-130n向/从网络120交换数据。支持网关110和主网格点112a之间的通信的技术可以包括以太网(例如，如IEEE 802.3标准族中所描述的)和/或其他合适类型的区域网络技术。
附加网格点112b-112n经由诸如WLAN(例如，Wi-Fi)，蓝牙等之类的一种或多种无线网络通信技术直接或间接地连接到主网格点112a。IEEE 802.11标准是通常用于实现无线局域网(WLAN)计算机通信的一组WLAN技术规范。IEEE 802.11标准族中的不同无线通信协议的示例可以包括IEEE 802.11a，IEEE 802.11b，IEEE 802.11n，IEEE 802.11ac等。当客户端设备(例如，130a，130b，130n)建立与网格点112b-112n中的一个的连接时，网格点112b-112n可以将业务转发到被连接到网关110的网格点112a，其继而将业务传送到外部世界(例如，广域网(WAN)120和/或“因特网”)。
虽然为了简单起见未示出，但是网格点112a-112n可以包括一个或多个处理器，其可以是通用处理器或可以是专用集成电路，其提供算术和控制功能以实现本文公开的关于网格点112a-112n的技术。处理器可以包括高速缓存存储器(为简单起见未示出)以及其它存储器(例如，主存储器和/或诸如硬盘驱动器或固态驱动器的非易失性存储器)。在一些示例，使用SRAM实现高速缓存存储器，使用DRAM实现主存储器，使用闪存存储器或一个或多个磁盘驱动器实现非易失性存储器。根据一些实施例，存储器可以包括一个或多个存储器芯片或模块，并且网格点112a-112n上的处理器可以执行存储在其存储器中的多个指令或程序代码。
客户端设备130a-130n可以无线地连接到网格点112a-112n并与网格点112a-112n通信，包括例如使用IEEE 802.11标准族(例如，无线LAN)，并且可以包括任何合适的中间无线网络设备包括例如基站，路由器，网关，集线器等。根据实施例，连接在客户端设备130a-130n和网格点112a-112n之间的网络技术可以包括其他合适的无线标准，诸如公知的蓝牙通信协议或近场通信(NFC)协议。在一些实施例中，设备130a-130n和网格点112a-112n之间的网络技术可以包括WLAN的定制版本，蓝牙或其他合适的无线技术的定制版本。客户端设备130a-130n可以是任何合适的计算或移动设备，包括例如智能手机，平板计算机，膝上型计算机，个人数字助理(PDA)等。客户端设备130a-130n通常包括显示器，并且可以包括合适的输入设备(为了简单起见未示出)，诸如键盘，鼠标或触摸板。在一些实施例中，显示器可以是包括输入功能的触敏屏幕。设备130a-130n的附加示例可以包括网络连接的照相机(或“IP照相机”)，家庭传感器和其他家用电器(例如，可以连接到因特网的“智能冰箱”)。
注意，本领域的普通技术人员将理解，图1的组件图1仅仅是可以实现本实施例的计算机网络环境的一个实现，并且各种替代实施例在本实施例的范围内。例如，环境100还可以包括网格点112a-112n，网络120和客户端设备130a-130n之间的中间设备(例如，交换机，路由器，集线器等)。在一些示例中，网络120包括因特网。
考虑到上面介绍的环境，下面更详细地描述用于实现自动化网格点测量和引导安装的各种技术，继续参考图1中的元件。此外，为了本文的讨论的目的，多个网格点112a-112n中的一个或多个设备或由网格点112a-112n形成的网格网络可以被称为OrbiTM，其是NETGEAR公司的商标。
设备架构
图1B是示出可用于实现这里介绍的一个或多个设备(例如，网关110，网格点112a-112n和用户设备130a-130n)的计算设备1200的示例的高层框图。
在所示实施例中，计算系统1200包括通过互连1214而彼此耦合的一个或多个处理器1210，存储器1211，通信设备1212和一个或多个输入/输出(I/O)设备1213。互连1214可以是或可以包括一个或多个导电迹线，总线，点对点连接，控制器，适配器和/或其它常规连接装置。处理器1210可以是或可以包括例如一个或多个通用可编程微处理器，微控制器，专用集成电路(ASIC)，可编程门阵列等，或这些设备的组合。处理器1210控制计算设备1200的总体操作。存储器1211可以是或可以包括一个或多个物理存储设备，其可以是随机存取存储器(RAM)，只读存储器(ROM)(其可以是可擦除和可编程的)，闪存，微型硬盘驱动器或其他合适类型的存储设备或这些设备的组合。存储器1211可以存储配置处理器1210以执行根据上述技术的操作的数据和指令。通信设备1212可以是或可以包括例如以太网适配器，电缆调制解调器，Wi-Fi适配器，蜂窝收发器，蓝牙收发器等。根据处理设备1200的具体性质和目的，I/O设备1213可以包括诸如显示器(其可以是触摸屏显示器)，音频扬声器，键盘，鼠标或其它指示设备，麦克风，照相机，等等设备。
自动网格点测量和指导安装
如前所述，通常难以使用单个AP来覆盖相对大的区域。覆盖整个区域的多AP解决方案(即，无线网状网络)是有吸引力的替代方案，但也存在许多挑战。其中，用户需要找到死点，用户需要知道什么样的无线覆盖(例如，信号强度，吞吐量(TPUT)，有效吞吐量(或应用级吞吐量))能够在整个布置的环境中承载至少互联网速度或其他服务，用户需要知道在哪里安装网格点，并且用户需要验证当前网格安装正在提供家庭周围所需的覆盖，以及作为附加选项，接收关于在需要时或当用户购买升级的因特网服务时如何改进无线覆盖的建议。
因此，本公开的一个方面是提供具有在整个站点勘测和安装过程中辅助用户的能力的便携式设备(例如，通过使用在用户的移动计算设备上运行的移动软件应用)。一般来说，所公开的应用可以帮助用户将第一网格点连接到用户的网关(例如，电缆调制解调器)所在的地方并输入个人设置(例如，期望的SSID/密码)。然后，应用可以引导用户在环境周围走动以确定死点(即，具有差的WLAN接收的位置)的位置。之后，应用可以指示用户在何处安装附加网格点以增加覆盖范围，从而减少或消除死点。应用可以验证安装是否是好的(例如，正常工作并实现目标传输速率)，如果不是，则相应地向用户提供反馈。之后，应用可以执行互联网速度测试，并且可以允许用户四处走动以执行覆盖勘测，以验证可用的传输速率和覆盖满足他或她的需要。如果用户稍后想要升级因特网连接并且添加额外的网格点以向现有网络结构提供更多带宽，则应用也可以帮助用户实现这一点。因此，这里介绍的这种便携式设备的示例功能(例如，由移动应用启用的)包括：
(1)测量环境中的无线覆盖；
(2)将用户设备(其上安装了移动应用)的类型和能力传送到无线网状网络(例如，到控制实体，其可以是用作主AP的网格点112a，网络中的另一个网格点，或基于云的服务器)；
(3)使用蓝牙和/或其他形式的无线通信来建立网状网络的配置，诸如服务集标识符(SSID)，密码和网状网络的其他属性；
(4)测量因特网速度以设置家庭中期望的无线覆盖的目标传输速率；
(5)引导家庭网格点的安装，以提供目标无线覆盖；和
(6)在安装网格点期间和/或之后提供对目标无线覆盖的验证。
注意，用户设备的类型和能力可以包括它是什么类型的设备(例如，Apple iPhone6STM，Samsung Galaxy S6TM和/或任何其他相关信息，例如天线配置，协议能力等等)。如下面更详细描述的，设备信息可以用于确定如何将该特定设备的覆盖范围映射到典型设备的覆盖范围(例如，用于传输速率估计，覆盖估计，漫游决定等)。该信息还可以用于将在该特定设备上获得的测量结果转换为无线网状网络中的估计的网格到网格覆盖。该信息可以用于查看特定设备是否支持漫游指令，如果支持漫游指令，则是什么类型。
图2是示出概述移动软件应用的一般功能的欢迎页面的示例用户界面，其转换用户的移动设备以实现这里介绍的一种或多种技术。如图2所示，界面通常概括了网格点的辅助安装和配置的过程，通过将其分成三个段(不是以必要的顺序)：(1)安装主网格点(例如网格点112a)；(2)安装附加网格点(例如，网格点112b-112n)的；和(3)已安装的网格点(例如，网格点112a-112n)的测试。该界面可以包括允许用户启动该过程的开始按钮。
图3A-3F是示出用于辅助用户在无线网状网络中安装主网格点的过程的示例用户界面。如图所示。参考图3A，首先，指示用户在他或她的用户设备，例如智能电话(例如，设备130a)上安装和启动移动应用。当在用户设备130a上执行应用时，应用提示用户将主网状点112a安装在环境中的期望位置(例如，家庭网关110旁边)。主网格点112a可以经由有线(例如，IEEE802.3有线以太网)或无线(例如，IEEE802.11WLAN)连接连接到网关110，即使直接的、有线连接通常对于固有的鲁棒性以及可能更高的传输速率更理想。通常，主网格点112a和网关110之间的连接应当相当接近并且没有实质性干扰，使得主网格点112a不会成为到网络120的带宽的瓶颈。
在一个或多个实现中，在物理安装主网格点112a之后，应用可以使用服务集标识符(SSID)和密码的默认集合使用户设备130a连接到主网格点112a。该连接可以由应用自动地(例如，在检测到默认SSID的可用性时)或在接收到来自用户的输入之后执行，诸如激活软件按钮“我已经将它插入”，如图3A所示。在图3B中示出了建立到主网格点112a的连接的过程。根据用户设备130a的设备类型和操作系统，连接到主网格点112a的确切机制可以有多种变化。在一个实施例中，如果用户设备130a是AndroidTM设备，则应用可以通过访问设备上的WLAN电路的配置来连接到默认SSID和密码。或者，如果用户设备130a例如是iOSTM设备，则应用可以指示用户如何连接到默认SSID。在另一个替代方案中，当可用时，应用可以首先利用其他类型的无线连接(例如，蓝牙TM)来建立初始通信，然后切换到WLAN，以使安装过程更容易。例如，诸如蓝牙低功耗TM(BLE)的通用属性档案(GATT)的机制可以用于首先通过BLE连接将SSID，密码和/或任何其它相关档案和用户数据交换到主网格点112a以为了在用户设备130a和主网格点112a之间建立WLAN连接的目的。在变型中，经典蓝牙TM还可以用于在可用时承载档案信息。
如图3B所示，应用还可以提供用户向主网格点112a传达网状网络的期望的SSID和密码的机会(例如，经由按钮)。如果存在预设的SSID冲突情况(例如，当在附近有多于一个使用相同的默认SSID网格点时)，则应用可以检测到冲突并且提示用户通过输入定制的期望SSID和密码来解决冲突网状网络。图3D示出了可以在这里介绍的应用中实现的用于接收用户选择的用于网状网络的无线网络凭证，包括SSID和密码的界面。期望的SSID/密码可以用于进一步配置第一主网格点112a和后续网格点112b-112n。当用户设备130a成功地连接到主网格点112a时，如图3C的屏幕可以由应用显示以提示用户进一步进行安装。图3E和3F示出了在图3B和3C中所示的用户界面的附加或替代实施例。
在成功地安装主网格点112a之后，在一些实施例中，应用从主网格点112a测量因特网速度，并且将其用作跨越整个网状网络需要支持多少无线速度的目标的基础。也就是说，测量的互联网速度可以用于确定网状网络的目标速率。根据一些示例，可以从主网格点112a测量互联网速度，然后使用WLAN，蓝牙或主网格点112a和用户设备130a之间的任何其他合适的链路将其报告给应用。或者，用户设备112a可以通过与主网格点112a的连接(例如，无线连接)来测量因特网速度，即使测量可能不如直接通过主网格点112a测量的准确。无论互联网速度是从主网格点112a还是从用户的便携式设备130a测量，可以通过采用以下示例方式中的一个或多个来测量：具有大的多传输控制协议(TCP)会话的基于洪泛的工具；文件下载时间；探测间隙模型(PGM)工具，其发送背对背探测并且基于在接收机处观测到的色散来估计可用带宽；和/或以不同速率发送探测的探测速率模型(PRM)工具。注意，对于PRM工具(例如，Pathload或ABwProbe)，如果探测速率高于可用带宽，则应以较低速率接收探测(例如，在瓶颈链路处缓冲分组)。可用带宽等于发送速率与接收速率匹配的最大速率。另外，注意，对于因特网速度测量，在因特网中的服务器通常需要生成业务，因此在实现中应该考虑这样的服务器的一般可用性和带宽的实际因素。
图4A-4C是示出用于辅助用户在无线网状网络中安装附加网格点的介绍性过程的示例性用户界面。图4A-4C可以被实现为向用户提供自动安装指导过程的概述，包括死点发现，网格点安装位置指导指令，以及在安装之后的WLAN覆盖和连接速度验证。
图5A-5D是示出用于辅助用户找到用于安装附加网格点的潜在位置的弱接收点(或“死点”)的过程的示例用户界面。
开始，提示用户使用用户设备112a(并且经由应用)进行无线覆盖勘测。如图5A所示，使用安装在用户设备112a上的应用，指示用户在环境中走动以找到死点(例如，所有死点或对用户来说重要的死点)。根据本公开，应用的一些实施例可以使便携式用户设备130a向用户给出关于当前位置的无线覆盖的质量的反馈。
更具体地，根据多个实施例，应用可以利用链路速率估计技术中的一个或多个，其在下面进一步介绍，以使用用户设备130a连接的频带(例如，2.4G)估计所有频带的无线覆盖(例如，2.4G，5G和/或其他频带)。例如，如果用户设备130a连接到2.4GHz频带，则应用可以使用链路速率估计技术来使用从2.4GHz连接收集的统计来估计5GHz频带中的可用速度。
在估计各种频带上的链路速度之后，基于无线网状网络旨在到达的目标数据率来报告当前位置处的无线覆盖的质量。报告的手段可以被设计为容易被外行用户理解，例如“极好”，“好”，“差”或任何其他用户可感知的度量。这种报告的示例现在在图5B-5D中。用于报告的用户界面中的一个或多个可以包括按钮，以提供用户升级网状网络的覆盖和/或链路速度的机会，诸如图5C和5D所示。以这种方式，应用进一步促进用户购买更多网格点的商业机会。
利用死点的位置的知识，应用可以引导用户一个接一个地覆盖所发现的死点。
图6A-6E是示出用于辅助用户在无线网状网络中安装附加网格点的进一步介绍性过程的示例用户界面。首先，如图6A所示，应用指示用户物理地携带第一附加网格点112b，然后，如图6B所示，应用指示用户移回至主网格点112a。现在，在附加网格点的实际引导安装开始发生之前，向用户简要介绍剩余过程并且使用户了解界面和可能的图形指令可能是有益的。图6C-6E中的示例界面向用户介绍要经历的两个剩余项目：附加网格点112b-112n的安装，以及通过运行测试来验证安装。该过程的视频演示也是有帮助的，例如向用户在视觉上显示在安装附加网格点期间他或她应当如何离开主网格点112a同时握住用户设备130a。这可以由具有图6C所示的示例界面的用户发起。
图7A-7E是示出用于辅助用户在无线网状网络中安装附加网格点的指导指令的示例用户界面。在图6B中的指令之后，用户具有第一附加网格点112b并且在主网格点112a附近的位置。然后，应用指示用户从主网格点112a走到第一死点。在第一死点(或者作为替代，在步行期间连续地)，应用使用以下介绍的一个或多个链路速率估计技术来监视无线覆盖，并且就关于应安装附加网格点的位置自动生成对用户的反馈。这样的反馈或建议的示例是：“太近”(例如，图7A)，“近的”(例如，图7B)，“正好”(例如，图7C)，有点远(例如，图7D)和“太远”(例如，图7E)。在一些实施例中，为了最大化覆盖，指示用户在仍然被视为“正好”的最远的可能位置安装附加网格点，例如，在“正好”和“有点远”之间的最接近可能位置。用户然后可以基于由应用生成的自动引导来安装附加网格点112b。
图8A-8G是示出在无线网状网络中已安装的网格点的诊断过程的示例性用户界面。一旦安装了附加网格点(例如，网格点112b)，应用就可以与附加网格点112b通信(例如，使用默认SSID/密码)，并且可以引起附加网格点112b(例如，通过改变WLAN电路配置诸如上文介绍的切换到用户先前为无线网状网络输入的SSID和密码)以连接到主网格点112a。这里注意，在描述整个过程时，附加网格点112b和主网格点112a之间的连接仅用作示例以简化描述。即使在安装和初始配置过程期间，附加网格点112b不必直接连接到主网格点112a；而是已安装的网格点可以连接到无线网格网络中的任何合适的网格点。例如，附加网格点112b可以连接到另一个网格点112c，其可以已经被设置为用作无线网格网络的工作部分。示出了自动配置附加网格点112b以与主网格点112a连接的进度的示例性屏幕显示在图8A-8B中示出。
然后，应用对已安装的网格点112b和网格网络的其余部分之间的所有可能的通信信道执行链路速率估计。这样的过程可以由软件按钮发起，如图8B所示。例如，可以在2.4GHz链路，5GHz链路，亚1G(sub-1G)链路或任何其他可用的无线链路上执行链路速率估计。对于具有电力线通信能力(例如，HomePlug AVTM兼容)的网格点的实施例，可以估计经由电力线的链路速度。在多个实现中，网格点配备有多于一种类型的合适的硬件以实现各种网络技术，例如2.4GHz WLAN，5GHz WLAN，2.4G蓝牙TM，亚-1G无线电链路，电力线以太网链路等。多种网络技术可以用作用于选择用于转发数据业务的最佳链路的池，并且在一些实施例中还用于实现专用回程链路(下面进一步讨论)。根据一个或多个实施例，可以使用以下参数中的一个或多个来估计网格点与网格网络的其他部分的链路质量：(1)网格点与最近网格点或提供最高传输速度的网格点之间的通信速度；(2)网络中的跳数；和(3)客户端的目标吞吐量(或有效吞吐量)。下面更详细地讨论链路速率估计技术，包括吞吐量和有效吞吐量确定。基于链路速率估计，应用可以向用户提供相应的指令。在一些实现中，如果正在被安装的网格点和网格网络的其余部分之间的通信链路的质量由应用确定为足够(例如，超过选择阈值)，则指示用户继续，诸如如图8E所示。否则，应用可以指示用户根据链路估计的结果移动网格点。如图图8C所示，如果估计速率太低，意味着网格点安装得太远，则应用可以指示用户将网格点移动靠近最近的网格点或主网格点。相反地，如果估计速率太高，意味着网格点被安装得太近，则应用可以指示用户将网格点移动得离最近的网格点或主网格点更远，例如图8D。在一个或多个实现中，因为在安装完成之前，用户将安装的跳数的总数对于系统可能是未知的(例如，由诸如主网格点112a的控制实体)，所以应用可以设置更高优先级用于确定在何处安装附加网格点时保持最小所需吞吐量。如果需要，在安装所有可用的网格点之后，可以执行位置的进一步精细调整(例如，图8F和8G)。
一旦成功地安装了网格点，则应用可以指示用户步行到先前识别的死点(例如，上文参考图5A-5D所讨论的)，以验证在安装网格点之后死点减轻或消除。这样的指令的示例在图8E中示出。如果无线覆盖在先前识别的死点处变得可用，并且如果无线质量变得可接受(例如，超过某一阈值，例如在主网格点处可用的因特网速度)，则指示用户前进到下一死点。如果无线覆盖在死点处保持不可用或者如果质量不可接受，则可以指示用户走回到最后安装的工作网格点的位置，并尝试朝向死点安装另一个网格点。如前所述，运行在用户的移动设备上的软件应用可以通过连续监视无线覆盖和估计有效吞吐量引导用户确定安装附加网格点的位置，以减轻或消除死点。可以使用与上面讨论的类似的反馈机制(例如，太近，接近，好，远一点，远)。该过程可以继续，直到在死点处存在可接受的无线覆盖。
一旦覆盖了死点，则指示用户检查环境中的其他已知死点。当用户走向第二或另一个随后的死点时，应用和网状网络可以一起工作以向用户提供关于附加网格点安装的建议位置的相应反馈。在一个或多个实现中，应用可以利用已经安装的那些网格点，并且在确定下一个网格点的位置时考虑到漫游到其他现有网格点的可能性。例如，当用户搜索死点时，应用可以考虑或可以使用户的移动设备漫游到另一个网格点(例如，最近的网格点)。应用还可以向网状网络的控制实体提供相关信息(例如，测量的读出)，以便帮助网状网络更有效地执行漫游。下面讨论关于漫游技术的更多细节。
当用户完成他或她期望的所有已知死点的消除或减轻时，用户可以通过使用应用和移动设备执行勘测来验证覆盖。图9中示出了勘测的示例界面。如果用户期望更快的速度，则用户可以指示应用提供关于安装附加的网格点的位置的进一步指导，以提高网状网络中所涵盖的速度，例如图10所示。
如果部署环境内的任何事情改变，导致无线覆盖范围的改变，则应用可以用于修改网状网络和/或安装更多网格点。在一些示例中，应用可以包括可用的不同种类的网格点产品的规范，并且可以将用户引导到针对用户的特定环境(例如，鉴于现有的网格网络和环境限制)以及需要(例如，提供期望的速度和覆盖)的推荐种类的网格点。如果因特网速度改变(例如，由于改变因特网服务提供商(ISP)计划的结果)，则应用可以用于调整网状网络以便满足新的目标。图11A-11C显示了示出无线网状网络的进一步诊断和配置过程的示例用户界面。在所示示例中，界面允许用户查看网状网络中的每个链路的当前链路状态。链路可以通过检测到的连接速度进行颜色编码。用户还可以指定移动设备的类型(例如，图11C)，使得该信息可以用于调整和指导目的。
某些实施例基于用户具有的设备类型提供了定制引导(例如，如何在链路估计期间保持设备)和/或网状网络功能(例如，是否漫游设备，如何漫游，或要连接什么频带)。具体地，因为移动设备可能是用户手持的，用户如何保持设备的确切程度(例如，设备被保持的角度(其影响天线的定向)或与天线所处的位置相比设备被保持的位置)可以影响移动设备的无线性能，这又影响上述测量的精度。因此，所公开的应用的一些实施例可以利用位于用户的移动设备上的一个或多个方位传感器(例如，陀螺仪，加速度计，罗盘，重力传感器或任何其他合适的传感器，用于获得用户设备的定向信息)，以及使用该定向信息作为参数来调整所述应用如何将所测量的无线性能映射到在所述移动设备被保持的位置处的无线覆盖。在一些示例中，应用可以引导用户如何保持移动设备(例如，保持在优选角度，或者远离特定设备的某些接收敏感部分)，以便获得一致的勘测结果。在多个实施例中，定向和/或其他传感信息也可以用于估计用户朝哪个方向走向，这又可以辅助应用确定在安装过程期间使用的引导指令。
无线网络中的链路速率估计
所公开的实施例可以通过软件应用利用用户的移动设备来执行自动网状网络安装指导。为了便于指导，软件应用的实施例是执行网格点之间的链路的质量估计，以便确定特定网格点的已安装位置是否是好的，检查和验证无线网络覆盖，以及检查在环境中的各个位置的互联网的吞吐量。作为一个示例场景，在网状网络安装或配置过程期间，可以向用户提供机会(例如，在图5A-5D中示出)以使用移动设备找到死点。这样，用户的移动设备与到死点最近的网格点相关联。然后，指示用户在保持用户设备的同时走向死点，并且软件应用将连续地执行链路估计，以便建议用于安装附加网格点的位置。在另一示例场景中(例如，在减轻死点之后)，可以指示用户走回到第一网格点(例如，图6B)，然后走到新的死点。(在这种情况下，用户设备可以漫游到在用户重定位时提供更好吞吐量的另一网格点；漫游技术在下面讨论)。在这些示例中，当用户重定位(例如，步行)时，可以连续地评估无线链路质量，使得可以为新的网格点安装建议适当的位置。
此外，一旦安装了新的网格点，该新的网格点可以向其可以到达的网格节点发送测试分组。基于由测试分组传输测量的结果，新网格点可以选择一个或多个方法作为其自身与网状网络中的其余网格点之间的专用回程通信机制。下面进一步讨论专用回程通信技术。在许多上述场景中，需要具有用于精确估计网格节点之间的链路的链路估计技术。
然而，在本公开中观察到，许多困难阻止传统度量在所公开的无线网状网络环境中良好工作。例如，因为估计过程的一些部分在用户设备上执行，所以不同类型的电话(例如，苹果，三星或HTC)，天线配置(例如，1x1,2x2)以及支持的WLAN技术(例如IEEE 802.11n或802.11ac)都可以影响测量结果。(图12示出了设备类型的示例列表。)另一个考虑是测试分组的大小。例如，观察到传统的“ping(网络诊断)”分组将不够。“Ping”是用于测试因特网协议(IP)网络上的主机的可达性的计算机网络管理软件工具。它测量从始发主机发送到目标计算机的消息的往返时间，所述消息被回送到源。Ping通常通过向目标主机发送Internet控制消息协议(ICMP)回应请求分组并等待ICMP回应应答来操作。程序可能报告错误、分组丢失和结果的统计摘要，通常包括最小值、最大值、平均往返时间和/或平均值的标准偏差。然而，由于ping分组通常非常短，并且基于这样的分组的估计速率将不表示实际吞吐量和因特网速度能力，因此它们不是用于设置目标传输速率的良好测量。其他示例考虑包括但不限于测试分组的传输频率，测试分组的类型等。例如，测试分组不应是通过通信协议中的速率控制机制设计以较低速率发送的一类分组(例如，控制分组)。
因此，本文公开的软件应用以及网格点可以发起要在用户的移动设备和用户的移动设备当前与之相关联的网格点之间发送的特定测试数据业务。在许多示例中，数据业务主要是从网格点到用户的移动设备的下行链路数据业务；然而，可以经由相同或类似的方式来估计上行链路数据业务。然后，用户设备和网格点之间的数据率以及接收信号强度指示(RSSI)(存在于接收的无线电信号中的功率的测量)可以用于估计不同的位置的无线网状网络的覆盖的质量。根据实现，可以在运行在用户的移动设备上的软件应用中，或者在网格点上操作的软件或固件上进行链路估计计算。软件应用可以提供用于基于所估计的无线覆盖来监视链路的状态的用户界面(例如，图11A-11C)。例如，当网络的配置改变(例如，因特网速度升级，新的网格点或环境变化，例如新的微波炉或新的家具)时，可以根据需要执行该过程。
同时参考图20A-20C所示的流程图2000,2030和2050，下面进一步讨论用于在网状网络中执行速率估计，设备表征和设备分类的示例方法。这些方法可以由网状网络的控制实体结合在用户设备(例如，设备130a)和网格点上运行的软件应用来实现和执行。根据实施例，控制实体可以是集中的(例如，在图1A的主网格点112a上)，分布在网格点之间(例如，在网格点112a-112n上，图1A上)，和/远程可控的(例如，经由在WAN IP网络120中的远程服务器)。
更具体地，为了执行链路速率估计(例如，为了找到合适的位置以安装附加的网格点，以便减轻死点)，首先，软件应用可以向当前关联的网格点发送指令(在多个实施方式中，其将是基于所公开的技术具有到用户设备的最佳链路的网格点)以开始向用户的移动设备发送特定下行链路测试数据分组(步骤2002)。根据一个或多个实施例，聚合分组，诸如在IEEE 802.11标准族中引入的聚合的Mac协议数据单元(A-MPDU)或聚合的Mac服务数据单元(A-MSDU)。在一些实施例中，在聚合数据分组中聚合至少10个数据单元(例如，每A-MPDU至少10个MPDU)。一个或多个实现规定每个MPDU约为100K字节，并且A-MPDU至少为1M字节。在一些示例中，可以在多个可用频带(2.4GHz，5GHz或其他)和/或不同信道上执行测试。可以以增加的速率(例如，每秒20次，每秒30次等)发送测试分组，以此来测试能力。每个速率应当至少持续足够长以使IEEE 802.11协议的速率控制收敛或稳定。图12A是示出典型的2.4GHz频带中的不同无线LAN(WLAN)信道的高，中和低频率的表格，图12B是示出在典型的5GHz频带中可用(例如，在美国)的不同无线LAN(WLAN)信道的示例频率的表。
网格点可以验证聚合分组的传输被确认(“ACKED”)。根据业务的方向，网格点或用户设备可以确定最后选择的分组数目的RSSI值(例如，允许Wi-Fi协议中的速率控制机制收敛)(步骤2004)。RSSI值可以被过滤以排除瞬时波动(例如，其可以是多径衰落的结果)不会不利地影响估计的精度。在一些实施例中，如果用户设备配备有多个天线，则考虑MIMORSSI值。如果RSSI值被校准，则RSSI校准可用于偏移读数。另外或作为替代，如果热补偿系数可用，则RSSI值可以被偏移以适应无线电接收机的增益的热变化。在一些示例中，也可以考虑每速率的功率以适应不同速率的不同功率消耗，并且RSSI读数可以相应地偏移。在一些示例中，可以执行空闲信道评估(CCA)以估计通信信道中存在多少干扰，并且如果干扰超过某个水平，则链路估计可以切换到替代方法，例如通过使用只有RSSI估计。在其他示例中，可以完全跳过该干扰确定步骤。
吞吐量(或有效链路速率)的估计可以基于在测试分组的传输中观察到的物理层(PHY)数据率。由于链路是双向的，因此传输部分(从网格点到用户设备)的测量与接收部分的测量是分开的。为了测量传输性能，在网格点将测试分组下载到用户设备之后，针对最后选择的分组数目(对于初始化时传输通常更不稳定)，从用户设备读回传输(TX)PHY速率。即使特定实现可以根据应用而不同，在至少一些实施例中可以使用包括分组的传输数据率，编码和/或带宽的一个或多个因素来估计PHY速率。根据一些实施例，可以考虑ACK和其他分组的量，并且在一些实施例中，可以过滤到用于计算平均PHY速率的过程之外。还可以考虑其他因素，例如分组长度和分组错误率。在一些实施例中，如果检测到的干扰太高，则所估计的速率可以被偏移，使得当估计速率低的真实原因是由于冲突和噪声时软件不会错误地确定位置已经变得太远。测量接收性能可以以与传输类似的方式进行，例如，通过用户设备将测试分组上传到网格点，其可以确定接收(RX)PHY速率。
利用测量的PHY速率，可以估计网状网络的网络吞吐量(TPUT)，其具有安装在用户设备当前所在的位置处的附加网格点(步骤2006)。为了在此讨论的目的，TPUT可以被定义为客户端(例如，用户设备)可以通过新安装的网格点(并且通过网格网络)传递到达家庭网关的传输控制协议(TCP)层TPUT。在多个实现中，网状网络的TPUT可以表示如下：
其中LTPUTi是linki上的TPUT，它是两个网格点之间的TPUT。在安装两个网格点之后，使用测试分组来计算两个网格点之间的TPUT。所测量的TPUT可以是频带特定的，并且在这种情况下，这里使用的TPUT编号应该对应于用户设备当前正在测量或采用的频带。基于实验，TCPoverhead值可以设置为0.1。在一个或多个实施例中，LTPUT＝0.7，前正在测量或采用的频带。基于实验i。网状网络的Internetspeed＝Min(TPUT，speedm)，其中speedm是在直接连接到网关的主网格点测量的互联网速度，网关又连接到互联网。
注意，为了实现(通过用户设备)测量的TPUT性能到附加网格点的性能的映射，在受控环境中测试不同类型的设备，并且在相同的受控环境中将其与网格点的性能进行比较。流程图2030示出了用于表征设备类型和训练数据的收集的示例方法。例如，通过使得设备参与具有一定量的分组的数据业务(步骤2034)，可以以各种衰减收集TPUT以及用于不同设备的其他统计数据(步骤2032)。可以在发射端和接收端以及在所有可用频带(例如，2.4G和5G)上进行测量。对发送到设备的数据的测量可以针对特定衰减下的设备生成RSSI值和RX速率(步骤2036)。对从设备接收的数据的测量可以产生在特定衰减下的设备的TX(传输)速率和TX(传输)重试次数(步骤2038)。在相同的衰减点处执行相同的过程，并且针对可用频带上的网格点收集数据。可以对数据进行统计处理和分析(例如，曲线拟合)以找到有效衰减(步骤2040)。可以使用已知的统计技术，(诸如多变量线性回归，多项式回归或样条函数)。
因此，利用已经收集的统计数据(例如，TPUT与衰减)，所公开的链路速率估计技术能够将用户设备的性能映射到特定频带中的网格点的预期性能(步骤2042)。以类似的方式，还可以将一个频带中的用户设备的性能映射到另一频带中的相同设备的预期性能(步骤2042)。注意，因为每种类型的用户设备可以具有不同的无线性能特性(例如，何时以及如何在什么频带中断开连接)，实现该技术的人可能需要使用适合于该类型的设备的测试过程收集足够的统计数据以进行有意义的映射。受控环境可用于对主要设备供应商和主要设备类型执行测试，以创建足够的统计数据来创建用于映射目的的有意义的数据库。例如，可以测试来自选择的主要设备供应商中的每一个的手机，平板电脑和个人计算机以收集在不同的衰减配置下他们的无线性能(例如，TPUT)。
图13A是示出典型2.4GHz频带中的不同无线LAN信道的高，中和低频率的表。图13B是示出在典型的5GHz频带中可用的(例如，在美国)的不同无线LAN(WLAN)信道的示例频率的表。如图13A所示，在美国和加拿大，在2.4GHz无线LAN频带中存在由IEEE 802.11标准族定义的可用的11个信道。
图14A-14C是为了将特定类型的设备的性能映射到附加网格点的预期性能而收集的不同统计数据，如果安装在相同位置。特别地，示例设备是Apple iPhone 6，其是具有1x1天线设置的IEEE 802.11ac设备。在该特定示例中，因为观察到在5GHz下操作的设备可以比网格点更容易断开，所以在网络安装期间使用2.4GHz频率来检查无线覆盖。这是上面讨论的测试过程的定制的示例。
在一些实现中，探测请求(即，特殊类型的802.11分组)可以用于检测用户设备的类型。当适当时(例如，当设备可以比网格点更容易在5GHz断开时)，在网格点上操作的软件应用和/或守护进程(即，作为后台进程运行的计算机程序)可以引导用户设备在安装期间(例如，通过使用探测抑制或其他适用的方法)仅使用特定频带(例如，2.4GHz)。在一些实施例中，在用户设备上操作的软件应用可以与网格点(例如，与在网格点上运行的守护进程)通信精确的设备类型。此外，如果设备类型未知或者未在数据库中记录的类型，则可以使用通用设备类型。通用设备类型可以具有相同配置(例如，802.11ac，1x1)的设备的平均值的档案。附加地或替代地，流程图2050示出了可以用于设备分类的方法。该方法可以例如在设备关联时执行，以便在训练数据的数据库中找到设备等价物。可以首先发现设备无线能力(例如，可用的网络技术或天线配置)以及设备的制造商信息和操作系统(OS)版本信息(步骤2052)。然后，可以基于所收集的信息来匹配来自训练的最接近的设备类型(步骤2054)。除了制造商和OS信息之外，关联网格点和家庭网关之间的跳数可以用于映射到训练数据中的相应衰减数据点。以这种方式，使用训练数据的数据库，可以确定分类的设备类型(步骤2056)。
考虑到上述讨论，可以基于RSSI值和PHY速率来估计潜在网格点与其最接近(或以其它方式最佳执行的)现有网格点之间的链路速率，该RSSI值和PHY速率从用户设备和现有网格点获取。继续上述iPhone 6示例，基于实验结果，以下伪码可以用于使用在用户设备处在2.4GHz测量的RSSI和PHY速率来估计针对5GHz的网格点的性能的TPUT。
注意，上述伪码仅仅是针对Apple iPhone 6测量的示例。如上所述，不同类型的设备可以具有不同的特征档案，因此伪码中的参数和/或逻辑流程应当根据所使用的设备的类型进行调整。以下是用于使用在用户设备处在2.4GHz测量的RSSI和PHY速率来估计针对网格点在2.4GHz的性能的TPUT的另一示例伪码。
以下是用于使用在用户设备处在2.4GHz测量的RSSI和PHY速率来估计用户设备在5GHz的性能的另一示例伪代码。
图15A-15D是可以用于上述伪码中的吞吐量估计的最接近的PHY速率的示例表。
图16是用于在特定频带中操作的网格点的估计链路速率(吞吐量)和用户指令之间的映射的示例表。具体地，利用来自上述TPUT估计技术的结果，在用户设备上运行的软件应用连同现有网格点可以向用户提供关于安装附加网格点的位置的自动引导。图16是用于引导具有Apple iPhone 6的用户安装将在5GHz频带中操作的网格点的示例。示例表可以用于在图7A-7E所示的用户界面中生成指令。
图17A是用于在估计的链路速率(吞吐量)和无线网络覆盖之间进行映射的示例表，图17B是实现用于在估计的链路速率和无线网络覆盖之间进行映射的滞后机制的替换示例。图17B所示的三态机制仅仅是示例，因为可以使用更多或更少的状态。具体地，利用来自上述TPUT估计技术的结果，在用户设备上运行的软件应用以及现有网格点也可以提供无线网络覆盖调查以发现死点或验证其减轻。图17A-17B中的示例可以用于在图5A-5D所示的用户界面中生成指令。
在无线网状网络中漫游
传统上，当测量的RSSI值下降到预定阈值以下时，无线网络客户端(例如，用户设备130a-130n)才开始漫游。这种机制在某些情况下可能无效，例如，当到因特网的链路不起作用，并且客户端没有漫游到具有功能链路的另一个附近的接入点。另外，客户端测量的接入点的RSSI值不是对无线链路的质量的良好估计，因为链路通常是不对称的(例如，因为接入点的发射功率通常高于客户端的发射功率)。
因此，所公开的无线网状网络可以测量除了RSSI值之外的一个或多个参数，以更好地确定何时以及如何漫游客户端。参数的一些示例包括：当前使用的数据率，分组聚合大小，分组错误率(PER)，重试计数，可用通信时间和链路上的延迟。同时参考图21中所示的流程图2100，下面进一步讨论用于在网状网络中执行漫游决定的示例方法。该方法可以由网状网络的控制实体结合在用户设备(例如，设备130a)和网格点上运行的软件应用来实现和执行。根据实施例，控制实体可以是集中的(例如，在图1A的主网格点112a上)，分布在网格点之间(例如，在网格点112a-112n上，图1A)，和/远程可控的(例如，经由在WAN IP网络120中的远程服务器)。
具体地，在一个或多个实现中，当特定客户端与特定网格点相关联时，其他网格点也可以测量来自特定客户端的RSSI值，TX数据率和PER(步骤2102)。根据实施例，用于测量这些值的判定流程可以以同时或交错的方式执行。例如，在一些实施例中，可以一起同时测量RSSI值，TX数据率和PER，以共同确定是否触发下一步骤。在一些其它实施例中，可以首先针对特定阈值测量值(例如，RSSI)中的一个，然后将另一个值与另一个阈值进行比较，等等，直到所有值被比较并且一起确定下一步应当进行。另外或作为比较所有值的替换，一些实施方式可以仅比较选择数量的值或者在确定是否进行下一步骤时将权重赋予特定值。
多个实施例可以基于从客户端当前关联的网格点和客户端当前没有关联的网格点收集的信息来确定漫游何时发生。特定客户端到另一网格点的漫游可以发生，例如，在现有链路质量被认为不足并且估计存在用于客户端连接的更好链路时(步骤2104)。为了避免过于频繁地漫游并且在进行测量时可能浪费过多的资源，可以实现定时器机制(步骤2106)，使得只有当链路质量问题持续时，漫游机制中的下一步骤才被触发。更好的链路可以是不同的网格点，或者它可以是相同网格点上的不同的带。因为观察到RSSI值的单个样本可能不是精确的测量(例如，由于多径衰落)，所以一个或多个实施例是对分组上的RSSI值进行平均。一些实施例还可以检测分组的调制和编码方案(MCS)，以确定什么偏移值可能已经被使用。
在一些示例中，类似于上面关于链路速率估计所描述的，可以根据使用频带上的客户端统计(例如，RSSI值，PHY速率等)来公式化不同的映射，以便估计在客户端可以连接到的另一频带上，和/或在客户端能够连接到的另一网格点上的预期的RSSI是多少。在某些实施例中，可以在网格网络中存储映射(例如，在每个网格点处)。该映射可以用于将从客户端测量的数据映射到估计的PHY链路质量。
如果链路质量问题仍然存在，则网状网络通过开始监视来自其他网格点的潜在链路的质量来开始编译潜在的漫游候选者的列表(步骤2108)。候选者列表基于诸如数据率，RSSI值等的PHY参数来计算，并且该列表可以用于确定漫游客户端的最佳候选者。例如，类似于上述的速率估计技术，可以发送测试分组(步骤2110)，并且可以确定潜在链路速率(例如，通过上行链路RSSI和/或在接近的其他网格点上观察到的其他参数)(步骤2112)。根据实施例，该列表可以由控制实体维护，该控制实体可以在网格点之间分散(例如，以分散的方式)或者可以是集中的(例如，在主网格点中)。可以为了决定最佳漫游候选者而考虑的参数的示例包括：已经与每个候选者相关联的客户的列表，以及每个候选及其客户之间有多少聚合业务；候选者支持的业务类型(例如，语音，视频，数据等)；围绕候选者的干扰和噪声水平；和可能漫游的客户端使用的业务类型。
如果存在合适的候选者(步骤2114)，例如，当到候选者的潜在链路比当前链路好一定程度(例如，X dB)时，则进行漫游(步骤2118)。否则，可以在漫游决策流程图可以再次运行之前实现另一个定时器机制(步骤2116)，使得系统可以避免以不必要的高频率执行漫游。当漫游发生时，根据所使用的漫游方法的类型，可能存在WLAN连接不可用的停机时间段。因此，本文所公开的某些实施例可以测量并保持这个停机时间段的记录，并且在未来漫游决定(例如，对于特定客户端或针对特定类型的客户端)中考虑这种漫游开销。在一些示例中，可以利用记录每种类型的常见设备的默认漫游时间的表或数据库。另外，根据漫游的时间和类型，如果客户端具有对延迟敏感的正在进行的数据业务则可以延迟执行漫游客户端的决定(例如，如果最低级别的QoS对于该类型的数据业务是活跃的)。此外，如果漫游停止时间超过特定阈值，则网状网络可以选择利用客户端不活跃的时间用于漫游。
网状网络(例如，其控制实体)可以以若干方式引起客户端的漫游。如果客户端不支持智能漫游命令(例如，在IEEE 802.11v和802.11r中描述的那些)，则网状网络可以通过断开客户端(例如，利用解除认证和/或解除关联管理帧)来迫使客户端漫游。网状网络可以确定客户端类型，并且可以向客户端提供断开原因。然而，一般来说，断开客户端是不期望的，因为在断开连接之后，不确定客户端是否将尝试重新连接回网络。在一些实施例中，如果断开的客户端尝试连接回网状点或控制实体确定不太期望的频带，则控制实体可以使网状网络不响应关联请求。附加地或替代地，控制实体可以保持用于客户端的定时器，使得在断开的客户端继续请求连接到差的网格节点或频带的情况下，网格网络可以最终允许客户端在定时器到期之后连接，以便不会使得客户端完全没有连接。
如果客户端支持智能漫游命令，则网状网络可以使用漫游命令来实现预漫游客户端测量，并且可以使用这种类型的命令与客户端通信以建议漫游。然而，在本公开中认识到，这些智能漫游命令的支持可以是客户端实现相关的并且不是通用的，有时甚至是客户端通告支持这样的命令的能力。因此，本文所公开的控制机制不仅可以发现哪些客户端具有智能漫游命令的能力(例如，在关联过程期间)，而且还可以随时间获悉这些客户端设备中的哪些客户端设备表现如预期而哪些不如预期，使得执行漫游的网状网络可以适应特定客户端的行为。
更具体地，网状网络的一个或多个实施例可以随着时间获悉不同的客户端如何表现并且可以相应地调整其漫游指令和行为。根据实现，可以基于客户端的MAC地址，关联标识符(AID)或任何其他唯一标识符来维护该历史数据。关于何时漫游特定客户端的决定可以取决于客户端观察到的行为。例如，如果过去的客户端具有响应于漫游命令没有遵循预期漫游行为的历史，则网状网络可以仅在存在实质性能下降(例如，低于比常规更重要的阈值)时决定漫游该特定客户端并且类似地，在一些实施例中，网状网络可以选择不漫游特定客户端，即使客户端可以在另一个网格点或者相同网格上的另一个频带上接收更好的WLAN链路性能点。与上述类似，漫游决策可以取决于特定客户端的业务类型或主要业务类型。另外或替代地，漫游决策可取决于特定客户端从一个网格点移动到另一个网格点或从相同网格点上的一个频带移动到另一频带的漫游延迟。网状网络能够基于客户端先前如何漫游随时间获悉哪个漫游机制(例如，IEEE 802.11v/k/r行为)对于每个客户端工作最佳。除了缓解上述断开问题之外，智能漫游的好处包括例如更快的信道扫描，WLAN“通话时间”的更高效率(因为需要更少的探测请求和探测响应，对于网络的其余部分存在更多的带宽；以及降低的客户端功耗(因为需要较少的主动扫描)。
在多个实现中，网状网络的漫游命令支持用于无线网络管理的IEEE 802.11v标准中描述的网络辅助漫游的BSS转换管理(BTM)。一般来说，BTM允许无缝地切换(steering)客户端，即使当有正在进行的业务。网状网络的一个或多个实施例可以使用以下分组用于漫游：BSS转换管理请求(AP到客户端)；BSS转换管理响应(客户端到AP)；和BSS转换管理查询(客户端到AP)。具体地，当AP(例如，网格点)向客户端提供建议时，可以使用BSS转换管理请求。这可以包括客户端可以考虑关联的AP(例如，其他网格点)的列表(例如，“邻居报告”信息)。BSS转换管理响应可以用于客户端接受或拒绝，并且客户端还可以包括用于接受或拒绝的原因代码。
如在IEEE 802.11k标准中所描述的，网状网络还可以执行WLAN无线电测量。功能包括生成和传播链路测量报告(即，用于客户端或AP以查询另一方的链路质量)以及邻居报告(即，关于作为客户端可以考虑漫游至的邻近AP的已知候选者的信息)。支持的其他IEEE802.11k测量包括例如信标，信道负载，噪声直方图，STA统计，位置配置信息，发射流/类别测量和帧。
如在IEEE 802.11r标准中所描述的，网状网络还可以执行快速BSS转换。如果没有IEEE 802.11r，移动设备客户端可能需要在重新关联之后经历重新认证。使用IEEE802.11r，网状网络可以在将客户端重新关联到新的网格点之前重新建立现有的安全性和/或QoS参数。这种技术对于实时交互服务(例如，语音和视频通信)特别有用。当移动客户端连接到新的网格点时，这也可以减少移动客户端和WLAN基础设施之间的连接中断的时间。还节省了重新认证时间，这在强安全WLAN(例如，在使用802.1x和用于认证的EAP方法的企业环境中)中尤其突出。
考虑到上述引入的漫游技术，以下是用于漫游决定的伪代码。类似地，这些伪代码应该针对特定应用定制。例如，在一个或多个实施例中，这些伪码可以对于特定网络技术(例如，IEEE 802.11n，802.11ac)和天线配置(例如，1x1,2x2,3x3)的不同组合具有不同的参数。以下示例是用于具有在5GHz频带中操作的具有1x1天线配置的IEEE 802.11ac的设备(例如，Apple iPhone 6)的强制漫游决策的伪代码。注意，“强制漫游”是网状网络在其中主动向客户端发送指令或以其他方式使客户端漫游(在一些情况下，其可能导致连接丢失)。
如上述伪代码所示，一旦漫游客户端的决定开始，则通过相邻网格点观察RSSI值以用于候选者选择。然后，可以使用以下伪码来基于所测量的RSSI来估计PHY速率。
现在，利用估计的目标候选者的路径速率，网状网络决定是否将客户机漫游到目标候选者，如果是，则决定是哪一个。如下提供用于此的示例伪代码。
类似地，继续示例设备，具有1x1天线配置的IEEE 802.11ac，在5GHz频带中操作，以下示例是用于同一设备的软漫游决策的伪码。注意，“软漫游”是网状网络被动地打开到客户端的漫游窗口，其允许客户端使用可用信息漫游到更强的接入点。
在此提供用于打开漫游窗口的决定的伪码如下。
图18A-18B是具有在执行智能漫游时跟随或以其他方式与网状网络协调的能力的已知用户设备的列表。如图所示，在图18A中，所有较新的iOS设备被广播以支持所有三个802.11k，802.11r和802.11v Wi-Fi网络标准。如图18B所示，某些更新版本的Android设备支持智能漫游，但是一些旧版本设备可能只支持802.11r和802.11k，而不支持BTM。在调整伪码中的参数时，应考虑设备的不同能力。
专用回程链路和故障容错
图19示出了示出在两个网格点(例如，在网状网络中)之间建立的回程链路的示例图。除了由网状网络向客户端设备提供的常规WLAN服务(例如，去往和来自网关和因特网的数据分组转发)之外，在多个实现中，网状网络中的网格点本身可以利用一个或多个电信电路以在网格点之间形成一个或多个专用回程链路。在一些示例中，这样的回程链路可以用于执行控制和管理功能，例如，控制实体指示网格点执行客户端的漫游决定。另外或作为替代，这样的回程链路可以用于提供更多的吞吐量和/或向网状网络提供容错(例如，提供对抗临时干扰的冗余等)。同时参考图22A-22C中所示的流程图2200,2230和2250，下面进一步讨论用于在网状网络中执行专用回程的切换和选择的示例方法。这些方法可以由网状网络的控制实体结合在用户设备(例如，设备130a)和网格点上运行的软件应用来实现和执行。根据实施例，控制实体可以是集中的(例如，在图1A的主网格点112a上)，分布在网格点之间(例如，在网格点112a-112n上，图1A上)，和/或远程可控的(例如，经由在WAN IP网络120中的远程服务器)。
更具体地，在一些实施例中，网格点可以配备有以下各项中的一个或多个：电力线通信电路(例如，HomePlugTM 1.0，AV或AV2兼容)，专用5GHz无线电电路和/或亚-1GHz无线电电路，以用于建立专用回程链路的目的。此外，一些实施例提供将通用2.4GHz和5GHz WLAN无线电与专用回程电路组合以形成网状网络的不同部分的能力。例如，两个网格点可以使用电力线连接，而另外两个网格点可以使用2.4GHz或5GHz WLAN无线电连接。容错机制被内置于系统中，使得例如当专用链路不工作时或者当专用链路的性能显著低于设备用于与客户端通信的2.4GHz或5GHz无线电时，最佳通信链路可以用作回程链路。
上面描述的链路测量技术可以在这里用于测量或估计当前专用回程链路的性能以及其他可能的链路选项，以使得能够选择最合适的回程链路。流程图2200示出了用于评估当前回程以确定是否期望切换到备选回程的示例方法。该方法通过监视和测量当前回程开始。如果在通信中已经存在数据分组(步骤2202)，则可以对现有数据分组进行测量(步骤2204)。如果没有或没有足够的活跃数据通信，则类似于上述速率估计技术，可以发送测试分组以用于回程性能的测量(步骤2206)。
然后，可以通过使用例如上述速率估计技术来测量回程的链路速度。例如，可以测量TX速率，RSSI和PER以对当前回程执行速率估计(步骤2208)。此后，将估计的速率与对于当前使用的回程的类型特定的质量阈值进行比较(步骤2210)。类似于上面已经描述的，用于回程的速率估计的函数和质量阈值可以基于回程的类型(例如，电力线，亚1G和/或5G)而变化。如果在当前回程中的估计的速率低于在回程类型中预期的质量阈值，则特定网格点开始寻求更好的回程(步骤2212)。如果估计的速率是可接受的(例如，高于质量阈值)，则至少暂时不需要切换回程(步骤2214)。该方法可以不时地执行，例如每60分钟，可以由诸如在特定时间段内经由回程发送的网状网络特定控制分组中的预定数量的丢失的事件被触发，或者可以由任何其他合适的机制被触发。
流程图2230是用于找到备选回程的示例性方法。当网格点确定需要备选回程时，其开始测量和评估其他回程信道(步骤2232)。类似于流程图2200中所示的方法，可以在备选回程上测量TX速率，RSSI和PER数(步骤2232)。另外，可以考虑因特网速度或目标传输速率(如上所述)。如果备选回程的估计速率不大于当前回程的一定量(步骤2234)，则该备选仅被认为是次级回程(步骤2236)(例如，因为切换的益处相当有限)。然而，如果备选回程的估计速率比当前回程大一定量(步骤2234)，则将绝对值与备选回程的估计速率进行比较(步骤2238)。再次，如果备选回程的估计速率不大于绝对量，则该备选仅被认为是次级回程(步骤2236)。如果备选回程的估计速率通过上述两个标准，则可以将当前回程切换到该备选回程(步骤2240)。
在一个或多个实施例中，不同网格点之间的链路速度以及若干其它参数也可以用于确定最佳网格拓扑。这些参数可以包括：连接到每个网格点的客户端的数量和它们具有的业务量；客户端使用的通信频带以及这种频率对回程信道的潜在影响；外部网络干扰和回程信道上的噪声；每个客户端支持的流量类型的延迟和抖动要求；回程信道与因特网服务的共存；以及回程信道与客户端的共存。
如上所述，在一些情况下，可以在两个网格点之间使用不同回程的组合。因此，某些实施例提供回程链路可以聚合在MAC或传输层上。此外，不同的回程可以用于不同的客户端。更具体地，本文介绍的专用回程技术可以与其他可用通信链路聚合。示例聚合可以包括但不限于：电力线和2.4G；电力线和5G；电力线，2.4和5G；亚1G和2.4G；亚1G和5G；亚1G，2.4G和5G；专用回程5GHz和通用2.4GHz；专用回程5GHz和通用5GHz；专用回程5GHz，通用2.4GHz和通用5GHz；等等。在变型中，路由可以用于链路聚合目的。例如，不同的通信链路可以具有不同的子网/虚拟LAN(VLAN)，但是可以使用静态路由或动态路由在不同的桥接链路上聚合。在实现动态路由的一些实施例中，可以使用诸如等成本路由的已知路由策略；可选地，可以在每个桥接链路上分配适当的成本比。
此外，这里公开的实施例可以在可能的情况下利用层二聚合用于回程链路。在一些示例中，生成树协议(STP)可以用于避免网络中的冗余路径中的环路。STP优先级可以用于根据信道条件，业务和QoS参数给予优先级。还可以使用快速生成树协议(其在IEEE802.1w标准中描述)。可以在网状网络回程链路中使用的其他示例链路聚合机制包括：多路径TCP(当TCP聚合是可能的时)；IEEE 802.3ad链路聚合控制协议(LACP)；和端口聚合协议(PAgP)。
注意，对于利用电力线通信作为专用回程的实施例，需要更密切地监视回程的TPUT以及因特网的条件，因为在这种电力线通信中可能发生许多干扰问题，并且在一些情况下，这种通信甚至可能干扰家庭数字用户线(DSL)因特网连接(例如，由于电话和电缆太靠近环境)。如果使用电力线通信对DSL或其他因特网连接具有可观察到的不利影响，则可以限制电力线的占空比，或者在一些实施方式中，可以整体避免电力线通信。
亚1GHz内的各种频带也可以用于网状网络中的回程链路以扩展该范围。例子包括在美国的902-928MHz，在欧洲的433.05-434.79MHz和863-870MHz。在一些实施例中，IEEE802.11ah可以用于亚1G通信。另外或替代地，可以使用IEEE 802.15.4。在另一个替代方案中，可以将现有的IEEE 802.11ac/n/g/a芯片组转换为在亚1G频带中操作。在某些情况下，如果亚1G频带在一个国家不可用或者如果在亚1G频带中存在太多的干扰或噪声，则容错机制可以回到2.4G/5G，电力线或其他可用回程链路。
在一些实现中，专用5GHz无线电被用作专用回程。具体来说，5GHz ISM频带是相对宽的频带，因此，通过适当的硬件和软件设计，可以在单个设备中放置多于一个5GHz的无线电而不产生不可接受的大干扰。图19中示出了这样的示例之一。在这种情况下，5GHz频带的一部分可以专用于回程目的。然而，网状网络仍然可以通过检查链路统计来监视频带中的噪声和干扰，并且在适当时切换到其他可用的备用信道。
注意，在选择回程时，可以观察到一般层次以避免中断。此外，一般来说，为了回程目的，优选不使用通用无线通信资源(即，用于服务来自和去往客户端的数据业务)。流程图2250是用于实现回程选择层次结构的示例方法。在所示示例中，首先，仅当当前回程性能不佳(例如，下降到特定阈值以下)(步骤2252)时，才考虑备选回程。否则，网格点可以继续使用当前回程(步骤2254)。如果备选回程优于阈值，则可以使用备选回程(步骤2258)。另一方面，仅当所有备选回程也表现不佳时，才考虑通用无线资源(即，面向客户端的资源)。如果面向客户端的资源可以提供大于第二阈值的速率(步骤2262)，则网格点可以利用面向客户端的资源的选择部分作为回程。注意，第二阈值可以不同于第一阈值。在一个示例中，由于面向客户端的资源然后将服务前端和后端业务，所以第二阈值高于第一阈值。如果面向客户端的资源不能满足第二阈值，则网格点可以指示(例如，在软件应用上)其具有坏的回程(步骤2266)。
利用这里介绍的技术，包括用于在这种无线网状网络中用于辅助安装和配置无线网状网络，链路速率估计，漫游和专用回程链路实现的自动化网点调查和指导安装，本公开提供其中多个无线局域网(WLAN)网点设备被部署在具有潜在死点的相对较大的环境中，例如家庭或办公室。
结论
除非与物理可能性相反，否则设想(i)可以以任何顺序和/或以任何组合执行上述方法/步骤，并且(ii)各个实施例的组件可以组合在任何方式。
上面介绍的技术可以由通过软件和/或固件编程/配置的可编程电路，或者完全通过专用电路或通过这些形式的组合来实现。这种专用电路(如果有的话)可以是例如一个或多个专用集成电路(ASIC)，可编程逻辑器件(PLD)，现场可编程门阵列(FPGA)等的形式。
实现这里介绍的技术的软件或固件可以存储在机器可读存储介质上，并且可以由一个或多个通用或专用可编程微处理器执行。如本文所使用的术语“机器可读介质”包括可以以机器可访问的形式存储信息的任何机制(机器可以是例如计算机，网络设备，蜂窝电话，个人数字助理(PDA)，制造工具，具有一个或多个处理器的任何设备等)。例如，机器可访问介质可以包括可记录/不可记录介质(例如，只读存储器(ROM)，随机存取存储器(RAM)，磁盘存储介质，光存储介质，闪存设备等)。
注意，上面描述的任何和所有实施例可以彼此组合，除了在上面另外说明的程度或者任何这样的实施例在功能和/或结构上可以是相互排斥的。
虽然已经参考具体的示例性实施例描述了本发明，但是应当认识到，本发明不限于所描述的实施例，而是可以在所附权利要求的精神和范围内进行修改和改变。因此，说明书和附图被认为是说明性的而不是限制性的。

Claims (20)

1.一种使用外部用户设备来估计由一个或多个网格点形成的无线网状网络中的内部数据率的计算机实现的方法，所述方法包括：
由用户的用户设备上的移动应用建立具有第一网格点的无线通信；
使所述第一网格点发起从所述第一网格点到所述用户设备的网络业务，所述网络业务包括预定量的测试数据；
在所述用户设备上对从所述第一网格点到所述用户设备的所述网络业务执行一组性能质量度量；以及
由所述移动应用基于将所述一组性能质量度量的结果与设备特定的一组性能统计相比较来估计所述无线网状网络的吞吐量。
2.根据权利要求1所述的方法，其中估计的吞吐量表示在所述用户设备的当前位置处安装第二网格点之后具有所述第二网格点的所述无线网格网络的估计性能。
3.根据权利要求1所述的方法，其中使用所述设备的特性为所述设备概括所述设备特定的一组性能统计。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述网格点的每一个被配置为在被指示时生成所述预定量的测试数据。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定量的测试数据足够大以使无线通信协议中的数据率调节机制收敛。
6.根据权利要求4所述的方法，其中所述无线通信协议是符合IEEE 802.11的。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述预定量的测试数据大于包含在网络诊断工具(ping)分组中的数据量。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述吞吐量是基于将所述用户设备的性能映射到在所有可用频带上的网格点的性能来估计的。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述吞吐量是基于将所述用户设备的一个频带上的性能映射到所述用户设备的另一频带上的性能来估计的。
10.根据权利要求1所述的方法，其中所述无线网状网络中的所述吞吐量是基于在所述无线网状网络中的所有网格点对之间的多个吞吐量中的每一个以及所述用户设备上测量的物理层数据率来估计的。
11.根据权利要求1所述的方法，其中所述一组性能质量度量包括：物理层数据率；以及接收信号强度指示。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述物理层数据率包括传输数据率和接收数据率。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括：
检测干扰量，所述干扰量包括冲突和噪声；以及
基于检测的干扰量，调整估计的吞吐量。
14.根据权利要求1所述的方法，还包括：基于以下中的一个或多个调整所述性能质量度量：时域波动，所述用户设备的多输入多输出(MIMO)能力，或所述用户设备特定的热补偿系数。
15.根据权利要求1所述的方法，其中所述设备特定的一组性能统计是通过使用所述设备的特性为所述设备概括的，所述设备的特性包括以下中的一个或多个：电话型号，天线配置，在所述无线通信中使用的频带，由设备支持的网络技术，或在所述无线通信中使用的调制方式。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述天线的配置包括：1×1、2×2和/或4×4。
17.根据权利要求15所述的方法，其中所述频带包括2.4G和/或5G。
18.根据权利要求15所述的方法，其中所述调制方式包括BPSK，QPSK，16-QAM，64-QAM和/或256-QAM。
19.根据权利要求1所述的方法，还包括：
基于估计的吞吐量产生相应的位置指令和/或无线网络覆盖的相应指示。
20.根据权利要求1所述的方法，其中所述测试数据是使用聚合的分组来发送的。
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