CN108449768B - 一种无线接入的调整方法及系统 - Google Patents

一种无线接入的调整方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无线接入的调整方法及系统，涉及通信技术领域。本方法包括：对信标帧进行解析后获得信道信息和接收信号强度指示值；当目标无线接入点当前使用的信道繁忙时，将目标无线接入点迁移到优先使用级别高于当前使用的信道的可用信道上；通过接收信号强度指示值确定所有可用信道的优先使用级别。本发明能够自适应地调整目标无线接入点的信道以及带宽，提升无线接入性能和用户体验。

Description

一种无线接入的调整方法及系统
本发明涉及通信技术领域，具体是涉及一种无线接入的调整方法及系统。
背景技术
随着互联网的发展，普通用户对于移动接入网络的需求也越来越多，同时用户对接入体验的要求也越来越高。Wi-Fi(Wireless Fidelity)是一种允许电子设备连接到一个无线局域网(WLAN)的技术，通常使用2.4G特高频无线电(Ultra High Frequency，UHF)或5G超高频率(Super High Frequency，SHF)工业、科学和医学频段(Industrial ScientificMedical，ISM)。Wi-Fi作为3G和4G移动网络接入的有效补充，越来越受到人们的重视。Wi-Fi网络包括无线接入点(Access Point，AP)和无线客户端(Client)，无线接入点主要用于与无线客户端关联，将该无线客户端接入无线局域网。
由于无线频谱资源有限，而当前Wi-Fi接入互联网的应用场景越来越多，导致出现无线频谱冲突的可能性越来越大。例如，图1显示了多个无线接入点组网的信号覆盖拓扑图，在一个区域中同时存在多个无线接入点：AP1、AP2、AP3和AP4，任何正常工作的无线接入点都会广播发出信标帧(Beacon)以通告其工作的射频信息以及相应的能力信息，所有其他无线接入点或者无线客户端收到信标帧后做相应的处理。信标帧的结构如图2所示，每个无线接入点发出的信标帧都带有唯一的基本服务集标识符(Basic Service SetIdentifier，BSSID)。图1用无线接入点的BSSID显示该无线接入点的无线覆盖区域，其中，AP1与AP2无线覆盖有部分区域重叠，AP2分别与AP1、AP3和AP4无线覆盖均有部分区域重叠，AP3分别与AP2和AP4无线覆盖有部分区域重叠，而AP4分别与AP2和AP3无线覆盖有部分区域重叠。因此，在这种组网下，对于AP2来说，AP2会收到AP1、AP3和AP4的信标帧。如果在这个区域内AP1、AP2、AP3和AP4都占用相同的无线频谱，一旦该无线频谱出现信道繁忙，那么占用这个无线频谱的所有Wi-Fi性能(AP1、AP2、AP3和AP4)将迅速降低，造成无线连接的性能低，访问网络的速度慢，用户体验差。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种无线接入的调整方法及系统，将目标无线接入点迁移到优先使用级别高于当前使用的信道的可用信道上，能够自适应地调整目标无线接入点的信道以及带宽，提升无线客户端的无线接入性能和用户体验。
本发明提供一种无线接入的调整方法，用于目标无线接入点，所述方法包括：
目标无线接入点接收其他无线接入点发出的信标帧，并对信标帧进行解析后获得信道信息和接收信号强度指示值；
当目标无线接入点当前使用的信道繁忙时，将所述目标无线接入点迁移到优先使用级别高于当前使用的信道的可用信道上；
其中，通过所述接收信号强度指示值确定所有可用信道的优先使用级别。
在上述技术方案的基础上，所述可用信道均基于2.4G或者5G无线频谱。
在上述技术方案的基础上，目标无线接入点实时更新哈希表，更新内容包括其他无线接入点的基本服务集标识符、无线信道信息和接收信号强度指示值。
在上述技术方案的基础上，当所述可用信道基于2.4G无线频谱时，在所述哈希表中，所述可用信道的优先使用级别从高到低依次为：第一优先级>第二优先级>第三优先级；
信道未被使用而且其相邻信道的接收信号强度指示值均不超过设定的第一阈值时，属于第一优先级；
信道未被使用而且其相邻信道的接收信号强度指示值超过所述第一阈值时，属于第二优先级；
被使用的信道的接收信号强度指示值不超过设定的第二阈值时，属于第三优先级；
其中，信道的接收信号强度指示值包括使用所述信道的所有无线接入点的接收信号强度指示值。
在上述技术方案的基础上，判断目标无线接入点当前使用的信道是否繁忙包括：
当目标无线接入点没有关联任何无线客户端或者关联的无线客户端处于省电模式时，则判定当前使用的信道不繁忙；
当前使用的信道或者相邻信道的接收信号强度指示值超过所述第一阈值时，则判定当前使用的信道繁忙；
当目标无线接入点关联的无线客户端不处于省电模式、且在相邻两次采集周期内统计的吞吐量大于设定的第三阈值时，则判定当前使用的信道繁忙。
在上述技术方案的基础上，当所述可用信道基于5G无线频谱时，在所述哈希表中，所述可用信道的优先使用级别从高到低依次为：第一优先级>第二优先级>第三优先级；
信道未被使用时，属于第一优先级；
在不同频段中被使用的信道的接收信号强度指示值不超过设定的第四阈值时，属于第二优先级；
在相同频段中被使用的信道的接收信号强度指示值不超过所述第四阈值时，属于第三优先级；
其中，信道的接收信号强度指示值包括使用所述信道的所有无线接入点的接收信号强度指示值。
在上述技术方案的基础上，判断目标无线接入点当前使用的信道是否繁忙包括：
当目标无线接入点没有关联任何无线客户端或者关联的无线客户端处于省电模式时，则判定当前使用的信道不繁忙；
当前使用的信道的接收信号强度指示值超过所述第四阈值时，则判定当前使用的信道繁忙；
当目标无线接入点关联的无线客户端不处于省电模式、且在相邻两次采集周期内统计的吞吐量大于设定的第三阈值时，则判定当前使用的信道繁忙。
在上述技术方案的基础上，目标无线接入点从当前使用的信道迁移到优先使用级别最高的可用信道上。
在上述技术方案的基础上，目标无线接入点从当前使用的信道迁移到优先使用级别更高的可用信道上包括：
目标无线接入点向关联的所有无线客户端发送带有可用信道信息的管理帧。
本发明还提供一种无线接入的调整系统，所述系统设于目标无线接入点中，目标无线接入点接收其他无线接入点发出的信标帧，所述系统包括：
解析模块，其用于对信标帧进行解析后获得信道信息和接收信号强度指示值；
判断模块，其用于判断目标无线接入点当前使用的信道是否繁忙；
控制模块，其用于通过所述接收信号强度指示值确定所有可用信道的优先使用级别，还用于目标无线接入点当前使用的信道繁忙时，将所述目标无线接入点迁移到优先使用级别高于当前使用的信道的可用信道上。
与现有技术相比，本发明的优点如下：
(1)目标无线接入点通过检测覆盖区域内Wi-Fi网络的无线信道使用情况，从当前使用的信道迁移到优先使用级别更高的可用信道上，从而有效地提高可用带宽，提升无线客户端的无线接入性能和用户体验。
(2)不需要人工的参与就可以自适应地实现将目标无线接入点及其关联的所有无线客户端迁移到最优的无线频谱资源上，从根本上规避频谱冲突的风险。
(3)由于2.4G和5G的无线频谱区别，信道的使用情况、优先使用级别和迁移的判定条件也不同，本发明实施例提供的方案可适用2.4G和5G的无线频谱。
附图说明
图1是多个无线接入点组网信号覆盖拓扑图；
图2是无线信标帧的结构图；
图3是本发明实施例无线接入的调整方法流程图；
图4是步骤S2的流程图；
图5是步骤S3的流程图；
图6是管理帧的结构图；
图7是本发明实施例无线接入的调整系统示意图。
附图标记：
解析模块1，判断模块2，控制模块3。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
参见图3所示，本发明实施例提供一种无线接入的调整方法，用于目标无线接入点，目标无线接入点接收其他无线接入点发出的信标帧，调整方法包括：
S1.对信标帧进行解析后获得信道信息和接收信号强度指示值。目标无线接入点实时更新哈希表(Hash)，更新内容包括其他无线接入点的基本服务集标识符、无线信道信息和接收信号强度指示值。
目标无线接入点接收到其他无线接入点发出的信标帧后，定时通过使用驱动提供的方法解析其中的相关字段，得到基本服务集标识符BSSID信息、信道信息以及接收信号强度指示值(Received Signal Strength Indication，RSSI)信息，在内存中构建以信道信息为主键的哈希表中，参见图4所示，步骤S1具体包括：
S101目标无线接入点清空哈希表里的信息。
S102从目标无线接入点的驱动中读取目标无线接入点扫描到的周围无线信息，周围无线信息包括其他无线接入点发出的信标帧。
S103解析周围无线信息后得到BSSID信息、信道以及RSSI信息。
S104判断解析是否正确，若是，进入S105；若否，进入S106。
S105以信道为主键将解析信息存入哈希表中。
S106是否完成读取无线信息，若是，结束；若否，进入S102。
S2.判断目标无线接入点当前使用的信道是否繁忙，若是，进入步骤S3；若否，进入S5。
由于2.4G和5G的无线频谱区别，信道的使用情况、优先使用级别和迁移的判定条件也不同，本发明实施例提供的方案适用2.4G和5G的无线频谱。
对于2.4G或者5G无线频谱，当目标无线接入点没有关联任何无线客户端或者关联的无线客户端处于省电模式时，则判定当前使用的信道不繁忙。
当目标无线接入点关联的无线客户端不处于省电模式时，对于2.4G无线频谱，在以下几种情况下，均判定目标无线接入点当前使用的信道繁忙：
(1)当前使用的信道或者相邻信道的接收信号强度指示值超过第一阈值时，则判定当前使用的信道繁忙。
(2)在相邻两次采集周期内统计的吞吐量大于设定的第三阈值时，则判定当前使用的信道繁忙。
第一阈值和第三阈值均可根据实际使用情况设置。
具体的，判断目标无线接入点的工作状态是否出现拥塞。如果目标无线接入点下没有关联任何无线客户端Client或者所有的无线客户端Client都处于省电模式，目标无线接入点与Client之间基本上没有数据交互，不存在拥塞。如果目标无线接入点下存在关联的Client，且该Client在2次采集周期内统计的吞吐量大于第三阈值，吞吐量可以根据目标无线接入点的上传和下载流量计算，就认为该Client与目标无线接入点之间的通信出现拥塞。
2.4G无线频谱的处理流程如图5所示，步骤S2具体包括：
S201判断目标无线接入点是否有关联的无线客户端，若是，进入S202；若否，结束。
S202无线客户端是否处于非省电模式，若是，进入S203；若否，结束。
S203判断哈希表中目标无线接入点当前使用的信道或者相邻信道的RSSI是否达到第一阈值，若是，进入S3；若否，进入S204。
S204计算目标无线接入点的吞吐量。
S205判断吞吐量是否达到第三阈值，若是，进入S3；若否，结束。
当目标无线接入点关联的无线客户端不处于省电模式时，对于5G无线频谱，在以下情况下，均判定目标无线接入点当前使用的信道繁忙：
(1)当前使用的信道的接收信号强度指示值超过第四阈值时，则判定当前使用的信道繁忙。
(2)在相邻两次采集周期内统计的吞吐量大于设定的第三阈值时，则判定当前使用的信道繁忙。
第三阈值和第四阈值均可根据实际使用情况设置。
对于5G无线频谱，步骤S2的具体流程与上述2.4G无线频谱的具体流程基本相同，其区别在于步骤S203：判断哈希表中目标无线接入点当前使用的信道的RSSI是否达到第四阈值，若是，进入S206；若否，进入S204。
S3.确定所有可用信道的优先使用级别。其中，通过接收信号强度指示值确定所有可用信道的优先使用级别。
所有可用信道均基于2.4G或者5G无线频谱，由于2.4G或者5G无线频谱不同，在计算需要切换的信道时，需要区分2.4G和5G分别计算。不同国家码对2.4G无线信道的限制不同，例如美国2.4G可用信道是1-11信道，而中国2.4G可用信道是1-13信道，而且2.4G无线相邻的信道之间存在一定的频谱重叠。5G频谱被划分为A、B、C 3个频段，在5G无线频谱中，两个相邻的信道之间没有频谱重叠，不会存在相邻信道之间互相干扰的情形。
当所有可用信道基于2.4G无线频谱时，在哈希表中，所有可用信道的优先使用级别从高到低依次为：第一优先级>第二优先级>第三优先级。
(1)信道未被使用而且其相邻信道的接收信号强度指示值均不超过设定的第一阈值时，属于第一优先级；
(2)信道未被使用而且其相邻信道的接收信号强度指示值超过第一阈值时，属于第二优先级；
(3)被使用的信道的接收信号强度指示值不超过设定的第二阈值时，属于第三优先级。
其中，信道的接收信号强度指示值包括使用信道的所有无线接入点的接收信号强度指示值，第二阈值均可人为设置。
具体的，针对2.4G，优先选择哈希表中没有被占用的信道，而且这个信道的左右相邻的信道的RSSI最大值均不能超过第一阈值。如果超过第一阈值，表明使用这个较大RSSI的无线接入点AP的信号强度很强或者与目标无线接入点的距离较近，如果选择这种信道，由于2.4G无线频谱中，相邻的信道存在一定的频谱重叠，也会对目标无线接入点性能有影响。如果没有这种信道，选择未被使用的信道而且其相邻信道的接收信号强度指示值超过第一阈值；当所有规定的信道都有AP占用，就选用哈希表中所有记录的RSSI值均不超过第二阈值的信道，因为使用这个信道的AP要么功率低，要么距离目标无线接入点距离较远，不会对目标无线接入点产生较大干扰。
当所有可用信道基于5G无线频谱时，在哈希表中，所有可用信道的优先使用级别从高到低依次为：第一优先级>第二优先级>第三优先级。
(1)信道未被使用时，属于第一优先级；
(2)在不同频段中被使用的信道的接收信号强度指示值不超过第四阈值时，属于第二优先级；
(3)在相同频段中被使用的信道的接收信号强度指示值不超过第四阈值时，属于第三优先级。
其中，信道的接收信号强度指示值包括使用信道的所有无线接入点的接收信号强度指示值，第四阈值可人为设置。
具体的，针对5G，因为5G无线频谱中，两个相邻的信道之间没有频谱重叠，不会存在相邻信道之间互相干扰的情形。同时，5G频谱被划分为A、B、C 3个频段。选择信道时，可优先选择哈希表中没有被占用的信道。如果所有信道都被占用，那么就在哈希表中当前使用的信道的频段以外的其他频段里，选择所有AP的RSSI值不超过第四阈值的信道。选择不同频段的信道是由于不同频段的信道与当前使用的信道的频段的冲突概率低，可以提高优先信道的命中率。其次在当前使用信道同频的信道中，选择所有AP的RSSI值不超过第四阈值的信道，因为AP的RSSI值不超过第四阈值表明该AP的功率较弱或者与目标无线接入点的距离较远，不会对目标无线接入点产生较大干扰。
S4.将目标无线接入点迁移到优先使用级别最高的可用信道上。在其他的实施例中，将目标无线接入点迁移到优先使用级别高于当前使用的信道的可用信道上。
目标无线接入点向关联的所有无线客户端发送带有可用信道信息的管理帧。在开始进行信道迁移之前，需要使用驱动提供的方法，向目标无线接入点下关联的所有Client发送带有Channel Switch Announcement信息元素的管理帧，通知Client也进行信道迁移操作。
管理帧的结构参见图6所示，管理帧包括介质接入控制包头(Medium AccessControl header，MAC header)、信息主体(Msg body)和帧校验序列(Frame CheckSequence，FCS)。其中，MAC header包括帧控制(Frame Control)字段、时长(Duration)字段、目的MAC地址(Dst MAC)字段、源MAC地址(Src MAC)字段、BSSID字段和序列控制(Sequence Control)字段。
Msg body包括可用信道信息，可用信道信息包括以下字段：
Element ID：元素标识；
Length：长度；
Channel Switch Mode：信道切换模式；
New Channel Num：新信道序号；
Channel Switch Count：信道切换账号。
无线客户端是任意有WLAN站点(station)功能的设备，例如移动电话、智能手机、计算机、平板电脑、个人数码助理、移动互联网设备、可穿戴设备和电子书阅读器等。
S5.不作处理。
目标无线接入点通过检测覆盖区域内Wi-Fi网络的无线信道使用情况，从当前使用的信道迁移到优先使用级别更高的可用信道上，从而有效地提高可用带宽，提升无线客户端的无线接入性能和用户体验。不需要人工的参与就可以自适应地实现将目标无线接入点及其关联的所有无线客户端迁移到最优的无线频谱资源上，从根本上规避频谱冲突的风险。
在其他的实施例中，步骤S2和步骤S3的执行顺序可以互换，即先确定所有可用信道的优先使用级别，然后判断目标无线接入点当前使用的信道是否繁忙。
参见图7所示，本发明实施例还提供一种无线接入的调整系统，调整系统设于目标无线接入点中，目标无线接入点接收其他无线接入点发出的信标帧，调整系统包括解析模块1、判断模块2和控制模块3。
解析模块1用于对信标帧进行解析后获得信道信息和接收信号强度指示值。
判断模块2用于判断目标无线接入点当前使用的信道是否繁忙。
控制模块3用于通过接收信号强度指示值确定所有可用信道的优先使用级别，还用于目标无线接入点当前使用的信道繁忙时，将目标无线接入点迁移到优先使用级别高于当前使用的信道的可用信道上。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (6)

1.一种无线接入的调整方法，其特征在于，所述方法包括：
目标无线接入点接收其他无线接入点发出的信标帧，并对信标帧进行解析后获得信道信息和接收信号强度指示值；
当目标无线接入点当前使用的信道繁忙时，将所述目标无线接入点迁移到优先使用级别高于当前使用的信道的可用信道上；
其中，通过所述接收信号强度指示值确定所有可用信道的优先使用级别；
所有所述可用信道均基于2.4G或者5G无线频谱；
目标无线接入点实时更新哈希表，更新内容包括其他无线接入点的基本服务集标识符、无线信道信息和接收信号强度指示值；
当所述可用信道基于2.4G无线频谱时，在所述哈希表中，所述可用信道的优先使用级别从高到低依次为：第一优先级>第二优先级>第三优先级；
信道未被使用而且其相邻信道的接收信号强度指示值均不超过设定的第一阈值时，属于第一优先级；
信道未被使用而且其相邻信道的接收信号强度指示值超过所述第一阈值时，属于第二优先级；
被使用的信道的接收信号强度指示值不超过设定的第二阈值时，属于第三优先级；
当所述可用信道基于5G无线频谱时，在所述哈希表中，所述可用信道的优先使用级别从高到低依次为：第一优先级>第二优先级>第三优先级；
信道未被使用时，属于第一优先级；
在不同频段中被使用的信道的接收信号强度指示值不超过设定的第四阈值时，属于第二优先级；
在相同频段中被使用的信道的接收信号强度指示值不超过所述第四阈值时，属于第三优先级；
其中，信道的接收信号强度指示值包括使用所述信道的所有无线接入点的接收信号强度指示值。
2.如权利要求1所述的无线接入的调整方法，其特征在于，当所述可用信道基于2.4G无线频谱时，判断目标无线接入点当前使用的信道是否繁忙包括：
当目标无线接入点没有关联任何无线客户端或者关联的无线客户端处于省电模式时，则判定当前使用的信道不繁忙；
当前使用的信道或者相邻信道的接收信号强度指示值超过所述第一阈值时，则判定当前使用的信道繁忙；
当目标无线接入点关联的无线客户端不处于省电模式、且在相邻两次采集周期内统计的吞吐量大于设定的第三阈值时，则判定当前使用的信道繁忙。
3.如权利要求1所述的无线接入的调整方法，其特征在于，当所述可用信道基于5G无线频谱时，判断目标无线接入点当前使用的信道是否繁忙包括：
当目标无线接入点没有关联任何无线客户端或者关联的无线客户端处于省电模式时，则判定当前使用的信道不繁忙；
当前使用的信道的接收信号强度指示值超过所述第四阈值时，则判定当前使用的信道繁忙；
当目标无线接入点关联的无线客户端不处于省电模式、且在相邻两次采集周期内统计的吞吐量大于设定的第三阈值时，则判定当前使用的信道繁忙。
4.如权利要求1所述的无线接入的调整方法，其特征在于：目标无线接入点从当前使用的信道迁移到优先使用级别最高的可用信道上。
5.如权利要求1所述的无线接入的调整方法，其特征在于，目标无线接入点从当前使用的信道迁移到优先使用级别更高的可用信道上包括：
目标无线接入点向关联的所有无线客户端发送带有可用信道信息的管理帧。
6.一种采用如权利要求1所述的无线接入的调整方法的无线接入的调整系统，所述系统设于目标无线接入点中，目标无线接入点接收其他无线接入点发出的信标帧，其特征在于，所述系统包括：
解析模块，其用于对信标帧进行解析后获得信道信息和接收信号强度指示值；
判断模块，其用于判断目标无线接入点当前使用的信道是否繁忙；
控制模块，其用于通过所述接收信号强度指示值确定所有可用信道的优先使用级别，还用于目标无线接入点当前使用的信道繁忙时，将所述目标无线接入点迁移到优先使用级别高于当前使用的信道的可用信道上。
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