CN109495194A - 多个接入点的无线网络中的信号强度估计的设备和方法 - Google Patents

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Abstract

公开了具有多个接入点的无线网络中的信号强度估计的设备和方法。其中，具有多个接入点(220，230)的无线网络(200)中的RSSI预测器(240)获得AP信标发射功率(S310)、AP扫描列表(S320)、AP之间的距离(S330)以及台(210)和它的关联AP之间的第一距离。如果第一距离大于阈值，RSSI预测器(240)计算(S360)所述台与非关联AP之间的预测的第二距离，使用第二距离来预测(S370)相应的信号强度，并向网络控制器(250)提供(S380)预测的信号强度，所述网络控制器(250)可以基于预测的信号强度执行切换(S390)。

Description

多个接入点的无线网络中的信号强度估计的设备和方法
技术领域
本公开通常涉及无线网络，并且尤其涉及具有多个接入点(AP)的无线网络。
背景技术
本部分旨在向读者介绍领域的各个方面，这些方面可能涉及下面所描述的和/或请求保护的本公开的各个方面。相信这一讨论有助于为读者提供背景信息，以便于更好地理解本公开的各个方面。因此，应该理解的是，这些声明是以这种方式阅读的，而不是作为对现有技术的承认。
图1图示了具有多个无线接入点(AP)110、120和移动台130的示例性常规无线局域网(WLAN)100。例如，WLAN可以是与IEEE 802.11、 网络或蜂窝网络兼容的Wi-Fi网络。例如，移动台130可以是个人计算机、移动电话(智能手机)或平板电脑。
在这样的网络中，每个AP有利地使用不同于其他网络AP的信道的信道，即频率来操作，以便避免干扰，移动台130通常无线连接到单个AP，诸如例如AP2 120。众所周知，可能存在最好将移动台切换至另一个AP(在此示例中为AP1)的情形。切换移动台的原因包括：AP之间的负载平衡、由于例如移动台的移动而导致的信号强度问题。
在网络100内，切换(也称为“漫游”)可以由WLAN控制器140管理，如所图示的，其可以是独立设备，但也可以在AP110、120之一上实现。WLAN140和AP通常连接在有线或无线网络150中，如图1中实线所示。
为了管理切换，WLAN控制器140需要知道特定的移动台可以切换至的AP。在图1中的示例性系统中，其中存在单个可替换的AP，WLAN控制器140需要知道移动台是否可以切换至“其他”AP。
用于漫游确定的重要因素是预期的信号强度，即移动台和其可以切换至的AP之间的预期接收信号强度指示符(RSSI)。
用于获取移动台的预期RSSI的常规方法是信道扫描或信道探测(也称为离线信道扫描/探测)。使用信道扫描，AP有两种选择。
AP可以断开与其当前信道的连接，在不同的AP信道中探测移动台的RSSI，以及然后及时切换回原始信道以处理在原始信道上的数据通信。这种方案的问题在于，根据定义它降低了性能，并且它需要时间，尤其是如果存在很多使用主动扫描来探测的移动台，其中发送探测请求并等待相应的响应；必需的时间可能不总是可用的。虽然可以使用被动扫描，但这比主动扫描花更长时间，因为没有引起响应。
将理解，希望具有克服涉及多AP无线网络中的RSSI估计的至少一部分常规问题的方案。本原理提供了这样的方案。
发明内容
在第一方面，本原理针对一种用于预测无线网络中的无线台和与所述无线台非关联的接入点之间的信号强度的方法。信号强度预测器中的至少一个硬件处理器通过将所述无线台和关联的接入点之间的信号强度转换为距离来获取所述无线台和与关联的接入点之间的第一距离，以及通过将非关联的接入点和所述无线台之间的第二距离转换为信号强度来确定预测的信号强度，第二距离是从所述第一距离和在关联的接入点和非关联的接入点之间的第三距离所确定的。
在第二方面，本原理针对一种用于信号强度预测的设备，所述设备被配置为预测无线网络中的无线台和与所述无线台非关联的接入点之间的信号强度。所述设备包括至少一个硬件处理器，所述至少一个硬件处理器被配置为通过将所述无线台和关联的接入点之间的信号强度转换为距离来获取所述无线台和与其关联的接入点之间的第一距离，以及通过将非关联的接入点和所述无线台之间的第二距离转换为信号强度来确定预测的信号强度，第二距离是从所述第一距离和在关联的接入点和非关联的接入点之间的第三距离所确定的。
附图说明
现在将参照附图通过非限制性示例描述本原理的优选特征，其中：
图1图示了常规的Wi-Fi保护接入(WPA)个人协议；
图2图示了根据本原理的实施例的示例性系统；
图3图示了根据本原理的实施例的示例性方法。
具体实施方式
图2图示了根据本原理的实施例的示例性系统200。系统200包括移动台(STA)210、第一接入点(AP1)220和诸如网关的第二接入点(AP2)230。这两个接入点220、230被配置为例如根据IEEE 802.11使用Wi-Fi与移动台进行无线通信。系统200还包括信号强度估计设备240和无线LAN(WLAN)控制器250。AP、信号强度估计设备240和WLAN控制器250通过连接260连接，连接260优选是有线的，但也可以是无线的。
移动台210可以是与由AP使用的无线通信标准兼容的任何类型的常规设备-移动电话、平板电脑、传感器等。
每个AP 220、230包括至少一个硬件处理单元(“处理器”)221、231、存储器222、232和至少一个无线通信接口223、233，在该示例中，Wi-Fi接口被配置为与其他移动台通信，以及骨干接口224、234被配置用于与连接到连接260的其他设备进行通信的。任何合适的通信标准，诸如Wi-Fi(IEEE 802.11)、以太网(IEEE 802.3)和PLC(电力线通信)，都可以用于在连接260上进行通信。
AP 220、230被配置为在不同的信道即不同的频率上操作，以避免干扰。信道分配，优选是动态的，可以以任何合适的常规方式来执行。
RSSI(即，信号强度)估计器设备240和WLAN控制器250每个包括至少一个硬件处理单元(“处理器”)241、251、存储器242、252和骨干接口244、254，骨干接口244、254被配置用于与连接到连接260的其他设备通信。RSSI估计器设备240和WLAN控制器250可以是独立的设备，或者可以在系统200中的另一设备上实现，诸如在AP上、或者在外部网络中、或者在云中。
该系统还可以包括网关设备(未示出)，该网关设备被配置为将系统200连接到外部网络，诸如因特网。网关设备可以是独立的设备，但也可以在连接到连接260的设备之一例如AP上实现。
可以被实现为可能不同类型的多个存储器电路的存储器222、232、242、252，被配置为存储用于由相应的处理器221、231、241、251运行的、以及还用于对执行这里所描述的相应功能必需的各种数据的软件指令。
技术人员将理解，为了清楚的原因，所图示的设备非常简化，并且真实设备还包括诸如内部连接和电源的特征。非临时存储介质270存储当由处理器241运行时执行RSSI预测器240的功能的指令，如下文参考图3进一步描述的。
本原理的突出点是，使用被动信息预测而不是像在常规方案中直接测量移动台和非关联AP之间-在图2的示例中，STA 210和AP1 220之间的RSSI。
应该承认，RSSI预测的精度通常不会很高，但是常规的方法也具有受限的精度。然而，高精度通常并不相关，因为预测的RSSI将被用作非相关STA和AP之间的衰减的近似值。
图3图示了根据本原理实施例的在RSSI预测器240处的用于RSSI预测的方法300的流程图。
在步骤S310中，RSSI预测器240的处理器241获取每个AP 220、230的所谓的“信标”的发射功率。这种发射功率是已知的，并且通常依赖于系统200的操作者。WLAN控制器250通常直接从AP220、230获取网络200中的AP 220、230的发射功率。
在步骤S320中，处理器241获取至少一个AP扫描列表。通常，处理器241从系统200中的每个AP 220、230接收扫描列表。可以使用任何合适的常规方法生成AP扫描列表。通常，当系统200引导时生成AP扫描列表并且由AP 220、230周期性地刷新或根据WLAN控制器250的指令刷新。根据本原理，RSSI预测器240可以被配置为启动AP扫描列表的刷新。
扫描列表通常包括用于测量的条目，这些条目具有关于以下的信息：信道、AP的MAC地址(基本服务集标识符，BSSID)、网络标识符(服务集标识符，SSID)和信号强度、RSSI。来自AP的示例性扫描列表可以开始，如下：
信道 MAC(BSSID) SSID RSSI
1 00:00:00:00:00:01 网络1 -40dBm
2 00:00:00:00:00:02 网络2 -90dBm
3 00:00:00:00:00:03 网络1 -50dBm
… … … …
假设生成或刷新的扫描列表的AP位于网络1中，则AP本身或RSSI预测器240可以使用RSSI以及到网络1中的其他AP的距离来确定路径损耗。顺便指出，扫描列表可以包括与由包括相邻网络的AP的AP接收的所有信标有关的信息。
在步骤S330中，处理器241通过自身计算距离或通过从生成至少一个扫描列表的一个AP或多个AP接收距离来获取AP之间的距离。可以使用任何合适的常规方法计算距离，例如，使用GPS坐标(在AP被配备以测量这些坐标的情况下)或者或多或少基于用于发射信号的高级传播模型，但是也可以在安装AP期间测量并输入距离。
非关联AP和与关联AP相关联的STA之间的距离D可以被估计为非关联AP与关联AP之间的距离d1。然而，这假设STA和关联AP实际上位于同一点。很可能STA和关联AP分开了距离d2，距离d2可以从来自STA的由关联AP接收的信号的RSSI估计。
注意，AP不能总是知道STA是否发出低发射功率，或者例如STA是否被阻挡。AP可以经由从STA接收的PHY速率来确定是否接收到异常的RSSI。然而，如果这不起作用，那么计算将显示预测的RSSI是坏的，这不是一个问题，假定目标是预测粗略的RSSI而不是准确的RSSI。在这种情况下，AP可以将RSSI标记为“可疑”或不准确。最后，试图预测RSSI的AP将不得不小心使用预测值。注意，RSSI精度的改善技术(例如，探测STA或发送ping)可以改善结果，但是如果RSSI仍然可疑，则这是系统不得不处理的实际问题，但这超出了本原理的范围。
在步骤S340中，处理器241通过自身计算距离d2或通过从关联AP接收距离d2来获取STA和关联AP之间的距离d2。
在步骤S350中，处理器241确定距离d2是否太大，即大于阈值。由于D的精度随着d2的增加而减小(参见下文中的步骤S360中的不同距离)，如果d2太大，则可以优选地停止RSSI估计的方法，因为D的可能值变化太大。可替换地，在d2大于阈值的情况下，处理器241可以使用最大距离(参见步骤S360)。
作为替换，处理器241确定距离d2与距离d1之间的比率是否大于阈值。其基本原理是，与d1相比，d2越大，其对D的相对影响就越大。在比率大于阈值的情况下，可以优选地停止该方法，但是也可以使用最大距离，如上面所解释的。
在步骤S360中，处理器241确定非关联AP和STA之间的至少一个估计距离D，例如通过如下计算它：
·D＝d1-d2(最小距离：STA直接在多个AP之间)
·D＝d1+d2(最大距离：STA在关联AP的远侧)
·(STA与多个AP之间的直线成直角)。
在步骤S370中，处理器241将至少一个估计距离D转换为预测的RSSI。这与从RSSI获取距离相反，并且因此可以使用逆公式(至少对于某些公式)来完成。
在步骤S380中，处理器241将预测的RSSI提供给骨干接口244，以便经由连接260发射到WLAN控制器250。
注意，处理器241优选地向WLAN控制器提供用于移动台和非关联AP的多个(优选全部)组合的预测RSSI。
在步骤S390(如虚线所示，不是估计方法的一部分，因为它是由WLAN控制器执行的)中，WLAN控制器250处理器251使用用于漫游决策的至少一个预测的RSSI，可能切换至少一个移动台。
RSSI预测240获取移动台与切换后现在关联的AP之间的测量的RSSI是优选的。然后，处理器241将测量的RSSI与相应的预测RSSI一起存储在存储器242中。通过对测量并预测的RSSI的分析，可以确定AP的模式然后相应地调整RSSI估计以便未来估计。例如，在AP1和AP2在开放空间(没有诸如阳台的外部空间)的对角的情况下，那么它可以例如假设D总是小于d1，其然后可以被设置为最大距离(而不是d1+d2)。
将理解，本原理可以提供基于可用的信息的RSSI而不需要AP切换信道，并且该原理也可以独立于芯片组。
应当理解，图中所示的元件可以以硬件、软件或它们的组合的各种形式来实现。优选地，这些元件可以在一个或多个适当编程的通用设备上的硬件和软件的组合中实现，其可以包括处理器、存储器和输入/输出接口。
本说明书说明了本公开的原理。因此可以理解的是，本领域的技术人员能够设计出各种布置，虽然没有在此明确的描述或所示这些布置，但其体现了本公开的原理并被包括在本公开的范围内。
这里所列举的所有示例和条件语言旨在教育的目的，以帮助读者理解本公开的原理和由发明人贡献的构思以推进本领域，并且被解释为对这些具体列举的示例和条件没有限制。
此外，这里列举本公开的原理、方面和实施例、以及其具体示例的所有陈述，旨在包括其结构和功能的等效方式。此外，旨在使这些等效方式包括目前已知的等效方式以及将来开发的等效方式，即无论结构如何，所开发的执行相同功能的任何元件。
因此，例如，本领域的技术人员可以理解的是，这里所呈现的框图表示体现了本公开的原理的说明性电路的概念视图。类似的，可以理解的是，任何流程图、流程框图、状态转换框图、伪代码等表示各种过程，可以在计算机可读介质中基本上表示这些过程，并且不管是否明确示出计算机或处理器，可以由这样的计算机或处理器运行这些过程。
图中所示的各种元件的功能可以由专用硬件以及能够与适当的软件一起运行软件的硬件提供。当由处理器提供时，功能可以由单个专用处理器、由单个共享处理器或由其中一些处理器可以共享的多个单独的处理器提供。此外，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应被解释为专指能够运行软件的硬件，并且可以隐含地、没有限制地包括数字信号处理器(DSP)硬件、只读存储器(ROM)以便存储软件、随机存取存储器(RAM)和非易失性存储装置。
还可以包括其他硬件、常规的和/或定制的。类似地，图中所示的任何开关仅是概念性的。它们的功能可以通过程序逻辑的操作、通过专用逻辑、通过程序控制和专用逻辑的交互、或者甚至手动地执行，具体技术由实现者可选择，如从上下文更具体地理解的。
在这里的权利要求中，被表达为用于执行指定功能的部件的任何元件旨在包括执行该功能的任何方式，包括，例如，a)执行该功能的电路元件的组合或者b)以任何形式的软件，因此包括固件、微代码等、与用于运行软件以执行该功能的适当的电路组合。由这样的权利要求所定义的本公开存在于以下事实：即由各种列举的部件提供的功能被组合并以权利要求需要的方式集中在一起。因此，认为可以提供这些功能的任何部件都等效于这里所示的那些。

Claims (11)

1.一种用于预测无线网络(200)中的无线台(210)和与所述无线台(210)非关联的接入点(220，230)之间的信号强度的方法(300)，所述方法包括在信号强度预测器(240)中的至少一个硬件处理器(241)中：
-通过将所述无线台(210)和关联的接入点(220，230)之间的信号强度转换为距离，来获取(S340)所述无线台(210)和与其关联的接入点(220，230)之间的第一距离(d2)；以及
-通过将非关联的接入点(220，230)和所述无线台之间的第二距离(D)转换为信号强度来确定(S370)预测的信号强度，所述第二距离是从所述第一距离(d2)以及在关联的接入点(220，230)和非关联的接入点(220，230)之间的第三距离所确定的。
2.如权利要求1所述的方法，还包括向网络控制器(250)提供(S380)预测的信号强度，所述网络控制器(250)被配置为在网络(200)中执行无线台(210)的切换。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述无线台(210)和所述关联的接入点(220，230)使用第一信道进行通信，第一信道不同于由非关联的接入点使用的用于通信的第二信道。
4.如权利要求1所述的方法，还包括：
-获取(S310)接入点(220，230)的信标的发射功率；
-从所述接入点(220，230)获取(S320)扫描列表；以及
-获取(S330)每对接入点(220，230)之间的距离。
5.如权利要求1所述的方法，还包括：确定(S350)所述第一距离是否小于阈值。
6.如权利要求5所述的方法，其中仅在第一距离小于阈值的情况下执行计算。
7.如权利要求5所述的方法，还包括：在第一距离大于阈值的情况下使用等于第一距离和第三距离之和的估计距离。
8.如权利要求1所述的方法，还包括：计算第一距离和第三距离之间的比率，其中仅在所述比率小于阈值的情况下执行计算。
9.一种用于信号强度预测的设备(240)，所述设备被配置为预测无线网络(200)中的无线台(210)和与所述无线台(210)非关联的接入点(220，230)之间的信号强度，用于信号强度预测的设备(240)包括至少一个硬件处理器(241)，所述至少一个硬件处理器(241)被配置为：
-通过将所述无线台(210)和与其关联的接入点(220，230)之间的信号强度转换为距离来获取所述无线台(210)和关联的接入点(220，230)之间的第一距离(d2)；以及
-通过将非关联的接入点(220，230)和所述无线台之间的第二距离(D)转换为信号强度来确定预测的信号强度，所述第二距离是从所述第一距离(d2)以及在关联的接入点(220，230)和非关联的接入点(220，230)之间的第三距离所确定的。
10.如权利要求9所述的设备，还包括硬件接口(244)，所述硬件接口(244)被配置为向网络控制器(250)提供预测的信号强度，所述网络控制器(250)被配置为在网络(200)中执行无线台(210)的切换。
11.如权利要求9所述的设备，其中所述无线台(210)和所述关联的接入点(220，230)使用第一信道进行通信，第一信道不同于由非关联的接入点使用的用于通信的第二信道。
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