CN111095990A - 选择性改变无线接入点的激活状态 - Google Patents

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CN111095990A CN201880058064.3A CN201880058064A CN111095990A CN 111095990 A CN111095990 A CN 111095990A CN 201880058064 A CN201880058064 A CN 201880058064A CN 111095990 A CN111095990 A CN 111095990A
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Abstract

描述了一种用于在无线系统中选择性地改变接入点的激活状态的方法。该无线系统包括多个无线接入点和控制器，所述多个无线接入点具有与其耦接的用于扩展无线信号覆盖范围的至少一个装置。所述控制器被配置为基于用户装置到无线系统的连接质量，来改变与所述多个无线接入点中的一个或多个耦接的至少一个扩展器的激活状态。

Description

选择性改变无线接入点的激活状态
技术领域
本公开涉及无线通信网络，特别涉及管理提供对无线通信的接入的网络装置，包括无线接入点。
背景技术
本部分旨在向读者介绍技术的各个方面，这些方面可能与以下描述的实施例相关。相信该讨论有助于向读者提供背景信息，以促进更好地理解本公开的各个方面。因此，应理解的是，应从该角度阅读这些阐述。
贯穿该说明书，除非另有说明，否则术语无线LAN、WLAN、Wi-FiTM和IEEE 802.11可以互换使用。术语无线接入点，也用其缩写AP来指代，是指提供对网络(例如，因特网、局域网(LAN)或广域网(WAN))的无线接入的装置。AP可以包括或可以不包括路由器或网关的功能，并且可以是这种装置的集成部分。SSID是服务集标识符(Service Set Identifier)的缩写，并且此外指代可以与其他无线网络区分开的无线网络的名称。无线扩展器是使用相同的SSID来扩展在距AP给定区域或距离内的AP所提供的无线网络的无线信号覆盖范围的装置。扩展器可以在其范围(reach)扩展的与AP相同的信道上或不同的信道上操作。扩展器可以经由有线或无线链路与AP连接。在后一种情况下，扩展器称为“中继器”。实现AP的装置可以用作扩展器。术语移动站或MS是指可以无线连接到用于接入网络的AP的移动装置。术语关联是指在MS与特定AP之间建立连接的处理，而术语解除关联是指终止MS与特定AP之间的连接的处理。在MS可以与AP关联之前，它通常必须终止与不同AP的任何先前连接(解除关联)，如果适用的话。
移动性和漫游是无线网络中的关键问题，并且用户希望他们的平板电脑、笔记本电脑等随时连接到网络。与移动电话一样，用户想在四处移动时保持与无线网络的连接。在Wi-FiTM网络和IEEE 802.11术语的情况下，这意味着保持移动站的无线接口与接入点相关联，该操作模式被称为基础架构模式。
在电信网络中，关联处理由网络本身控制。然而，在WiFi网络中，关于与AP关联或与AP解除关联的判断完全留给移动站。因此，移动站必须扫描潜在的信道以发现新的接入点并请求关联。此外，互连网络必须例如通过保持桥接和路由表为最新状态、或者通过分配新的IP地址，来对这些连续的关联做出反应。这些过程导致移动性期间的延迟的可变性，这显著降低了受限业务量(例如IP上的语音)的服务质量。此外，由于移动性判断是在站点中做出的，因此不可能在接入点的网络中提供有效的资源管理，用于负载平衡或干扰减轻。
某些无线网络(特别是WiFi网络)使用中继器，用于在单个AP无法覆盖的较大区域中提供适当的信号覆盖。但是，有源中继器通常总是接通并消耗能量。节能的唯一解决方案是手动关断活动中继器。这样，通常期望在不使用这样的装置时降低其功耗。
发明内容
所提出的方法和设备涉及在无线系统中动态地禁用包括扩展器/中继器的接入点。将理解的是，该方法和设备不限于任何特定类型的系统，并且可以应用于任何无线通信系统，例如无线局域网(WLAN)或WiFi网络。
根据本公开的第一方面，公开了一种用于确定用户装置到一个或多个无线接入点的连接质量的方法，所述一个或多个无线接入点具有与其耦接的至少一个用于扩展无线信号覆盖范围的装置；并然后基于所确定的用户装置的连接质量，来改变与所述一个或多个无线接入点耦接的所述至少一个用于扩展无线信号覆盖范围的装置的激活状态。
在实施例中，基于信噪比、正确传送的分组的数目、重传的百分比的倒数、所述用户装置是否能连接到多个无线接入点之一和上游或下游借方(debit)中的一个或多个，来确定所述用户装置的连接质量。
在实施例中，根据下式来确定所述用户装置的连接质量：
Figure BDA0002402501910000021
其中Qt(d,a)是连接强度，并且C|A|是所述至少一个用于扩展无线信号覆盖范围的装置的能耗。
在实施例中，所述多个接入点是WLAN或WiFi网络之一的接入点。
根据本公开的第二方面，提供了一种控制器，具有一个或多个处理器，被配置为基于用户装置的连接质量，来改变与一个或多个无线接入点耦接的至少一个用于扩展无线信号覆盖范围的装置的激活状态。
在实施例中，基于信噪比、正确传送的分组的数目、重传的百分比的倒数、所述用户装置是否能连接到多个无线接入点之一和上游或下游借方中的一个或多个，来确定所述用户装置的连接质量。
在实施例中，其中根据下式来确定所述用户装置的连接质量：
Figure BDA0002402501910000031
其中Qt(d,a)是连接强度，并且C|A|是所述至少一个用于扩展无线信号覆盖范围的装置的能耗。
在实施例中，提供了一种系统，包括多个无线接入点，所述多个无线接入点具有与其耦接的至少一个用于扩展无线信号覆盖范围的装置；和控制器，被配置为基于用户装置的连接质量，来改变与一个或多个无线接入点耦接的至少一个用于扩展无线信号覆盖范围的装置的激活状态。
在实施例中，所述多个接入点是WLAN或WiFi网络之一的接入点。
在实施例中，提供了一种用于连接到多个接入点中的至少一个的用户装置。
由本公开的元素实现的一些处理可以是计算机实现的。因此，这样的元素可以采取以下形式：完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)、或组合软件和硬件方面的实施例，在本文中通常将所有这些都称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，这样的元素可以采取在任何有形的表达介质中体现的计算机程序产品的形式，在该介质中体现有计算机可用程序代码。
由于本公开的元素可以在软件中实现，因此本公开可以体现为任何合适的载体介质上用于提供到可编程设备的计算机可读代码。有形载体介质可以包括诸如软盘、CD-ROM、硬盘驱动器、磁带装置或固态存储装置等的储存介质。瞬时载体介质可以包括诸如电信号、光信号、声信号、磁信号或电磁信号的信号，例如微波或RF信号。
附图说明
现在将仅通过示例的方式并参考以下附图，来描述本公开的实施例，其中：
图1图示了根据本公开实施例的示例性无线系统的简化框图；
图2图示了根据本公开的一个实施例的示例性方法的流程图；
图3图示了根据本公开的另一实施例的示例性方法的流程图；
图4图示了根据本公开的另一实施例的示例性方法的流程图；和
图5图示了根据本公开的另一实施例的示例性方法的流程图。
应当理解，附图是出于说明本公开的构思的目的，并且不一定是用于说明本公开的唯一可能配置。
具体实施方式
图1图示了根据本公开的实施例的示例性无线系统100。无线系统100可以是例如家庭网络或公共网络。无线系统包括打算利用无线系统100的一个或多个用户装置102、103。无线系统100还包括一个或多个接入点105或扩展器/中继器110、112、114、116、以及配置为禁用一个或多个接入点105或扩展器/中继器110、112、114、116(改变其状态)的控制器120。例如，控制器120可以在无线网关中实现。
控制器被配置为基于针对一个或多个用户装置102、103确定的连接质量，来改变一个或多个接入点105或扩展器/中继器110、112、114、116的激活状态。这种布置有利地节约电力，因为在不需要用于无线通信时可以关断组件。
例如，参考图1，用户装置103可以具有到中继器110、112或扩展器116之一(而不是中继器114)的更好的确定的连接质量。在这种情况下，控制器120可以禁用中继器114(改变其激活状态)以节约电力。
可替代地，用户装置102可以具有直接到接入点105(而不是经由扩展器/中继器110、112、114、116)的更好的确定的连接质量。在这种情况下，控制器120可以改变扩展器/中继器110、112、114、116中的一个或多个的激活状态以节约电力。
图2图示了根据本公开的另一方面的示例性方法200的流程图。在步骤201中，确定用户装置102、103到与至少一个扩展器/中继器110、112、114、116耦接的一个或多个接入点105的连接质量。
如图2的步骤205所描绘的，基于所确定的用户装置102、103的连接质量，禁用与接入点中的一个或多个耦接的至少一个扩展器/中继器110、112、114、116。
用于确定一个或多个用户装置102、103的连接质量的示例性函数通常可以包含两个术语。第一个将测量连接的质量，第二个将处罚能耗。例如，考虑以下表达式：
Figure BDA0002402501910000051
其中，Qt(d,a)测量多个接入点105或至少一个扩展器/中继器110、112、114、116的连接的质量，并且C|A|是每个接入点105或至少一个扩展器/中继器110、112、114、116的能耗。
这种示例性函数最好应得到所有接入点(S)105和/或扩展器/中继器110、112、114、116的最佳子集A，以激活：
-对于访问系统的用户装置(D)102、103的集合中的每个用户装置d，并标识系统中的每个接入点105和/或扩展器/中继器110、112、114、116的连接质量Qt(d,a)；
-同时还考虑每个接入点105和/或扩展器/中继器110、112、114、116在可操作时的能量成本C。
在上述函数中，常数C可以适于增加或减少针对连接质量的节能的重要性。当存在多于一个用户装置时，可以将以上函数修改为：
Figure BDA0002402501910000052
许多其他函数也是可能的。当人们移动进入例如房屋、邻居使用其WiFi、接通微波时，预期到连接质量Qt(d,a)随着时间的推移发生变化。因此，控制器将通常尝试迭代地优化对该函数的期望，如图3所示。为了测量该变化，可以在时间窗口(以t表示)期间估计函数，并在那些时间窗口期间将其视为常数。
图3图示了根据本公开的另一方面的示例性方法300。在步骤301中，确定用户装置102、103到与至少一个扩展器/中继器110、112、114、116耦接的一个或多个接入点105的连接质量。
如图3的步骤305中所描绘的，基于所确定的用户装置102、103的连接质量，禁用与接入点中的一个或多个耦接的至少一个扩展器/中继器110、112、114、116。
连接质量Qt(d,a)可以是与质量相关联的任何度量，例如上游或下游借方、信噪比、正确传送的分组的数目、重传的百分比的倒数、装置是否可以连接等。
参考图4的步骤401，控制器120将通过观察每一用户装置的连接质量，来获取关于连接的质量的信息。如步骤405中描绘的，它将采用该信息并逐步优化用户装置访问无线系统可激活的接入点和/或中继器的子集。为了如步骤410中描绘的经由附加测量来执行所选配置的此优化，控制器将使用加强算法，因为它们适合在不确定性下优化和通过实验学习。更具体地，一个示例性实施例包括复杂的组合式强盗(bandit)算法。参考图5，我们为了说明在下面描述一种这样的算法，但是其他方案也是可能的。
算法说明：
-如步骤501中描绘的，针对每一用户装置102、103(和关联的质量模型)定义(估计)关于每个接入点105和/或扩展器/中继器110、112、114、116的质量的先验信念(priorbelief)。该先验信念可以采取瞬时连接质量Qt(d,a)的概率分布pQ(d,a)(.|θd,a)的参数θd,a上的概率分布
Figure BDA0002402501910000061
的形式。作为示例，
Figure BDA0002402501910000062
可以是正反伽马分布，而pQ(d,a)(.|θd,a)可以是正态分布。另外，关于每个接入点105和/或扩展器/中继器110、112、114、116的质量的先验信念可以被配置(成形)以获得当学习处理开始时的特定行为。例如，先验信念可能是乐观的，这意味着它将高估每个接入点105和/或扩展器/中继器110、112、114、116的连接质量，使得所有接入点和/或扩展器/中继器首先处于活动状态，并逐步被禁用。作为另一示例，可以将先验信念设计为模仿接入点和/或扩展器/中继器的预期连接质量，使得系统的行为更快地收敛到最佳值。先验信念也可以基于关于接入点和/或扩展器/中继器品牌的已知信息、或关于特定区域中的接入点和/或扩展器/中继器的历史信息。先验信念通常但不一定属于共轭先验信念族。
-然后，该系统对于每一时间窗口执行以下更新：
○从对应的分布
Figure BDA0002402501910000063
采样用于每一手臂和装置的参数θd,a的值
Figure BDA0002402501910000064
○如图5的步骤505中描绘的，判断用户装置访问无线系统的哪个接入点和/或扩展器/中继器，并改变与多个接入点中的一个或多个耦接的至少一个扩展器/中继器的激活状态(禁用)。通过优化目标函数ot(A)的期望值，来选择用户装置访问的接入点和/或扩展器/中继器，
其中针对参数
Figure BDA0002402501910000065
取该期望值。
■取决于此目标的形式，该解可能没有解析表达式。在那种情况下，人们可以替代地优化表达式的下限或上限、或使用蒙特卡洛采样。
○如图5的步骤510中描绘的，在时间窗口期间应用计算出的解，并观察每个装置的连接质量以及接入点和/或中继器的质量，并收集附加测量。几个观察O是可能的。系统100可以观察每个用户装置连接到哪个接入点和/或中继器(并假设这是最好的)。系统100可以观察每个装置及其连接到的接入点和/或中继器的时间窗口的质量度量。该系统还可以例如使用802.11K信标报告，来测量没有彼此连接的接入点和/或扩展器/中继器和用户装置的一些质量度量。这些观察可以由接入点和/或扩展器/中继器或由装置执行。在后一种情况下，必须将观察值传递到系统100。
○更新关于每一接入点和/或扩展器/中继器-用户装置对的质量的信念。这可以通过应用贝叶斯规则以从上一个和新观察值计算后验分布来完成：
Figure BDA0002402501910000071
如果不可能进行精确推断，则可以使用诸如粒子过滤之类的近似推断。
上面描述的算法在假设分布不会突然或随时间改变的同时优化了系统。这在家庭网络中是不现实的：装置将移动、被接通/关断、(例如来自邻居的)干扰会来来去去等。至少存在三种方法来处置这样的改变。
1.第一种方法包括“忘记”随着时间的过去而获取的信息。实际上，这可以通过稍微修改后验分布的参数以使其更接近先验信念来实现。替代地，可以仅修改一些参数，例如通过增加后验分布的“方差”，同时保持其均值不变。
2.第二种方法包括在系统中使用变化检测算法。例如，这种算法可以使用组合式强盗算法所维护的分布来检测“局外人(outliers)”，并且在检测到太多局外人时，用信号通知变化。然后取决于变化，可以为所有或某些用户装置或接入点和/或中继器重新初始化该系统。
3.第三种方法使用用户装置。如图5的步骤520中描绘的，能使用诸如加速度计之类的内部传感器来检测装置位置的变化，并向该系统用信号通知该变化。
另外，如果不存在访问无线系统100的用户装置，则上述某些方法可能不起作用。解决方案包括：在某些或所有接入点和/或扩展器/中继器上的特定按钮以重新启动系统，由系统进行定期检查，始终保持至少一些接入点和/或扩展器/中继器接通以检测新装置(但潜在地不向他们提供最佳连接)。
应当理解，附图中所示的元素可以以各种形式的硬件、软件或其组合来实现。优选地，这些元素在一个或多个适当编程的通用目的装置上以硬件和软件的组合来实现，所述通用装置可以包括处理器、存储器和输入/输出接口。
在本文中，短语“耦接”被定义为意指直接连接或通过一个或多个中间组件间接连接。这样的中间组件可以包括基于硬件和软件两者的组件。
本说明书说明了本公开的原理。因此，将理解，本领域的技术人员将能够设计出尽管未在本文中明确描述或示出、但体现本公开的原理并且包括在其范围内的各种布置。
本文阐述的所有示例和条件语言旨在用于教育目的，以帮助读者理解本公开的原理和发明人为促进本领域做出贡献的构思，并且应解释为不限于这些具体阐述的示例和条件。
此外，本文中阐述本公开的原理、方面和实施例、以及其特定示例的所有陈述旨在涵盖其结构和功能上的等效物两者。另外，意图是这样的等效物包括当前已知的等效物以及将来开发的等效物两者，即，执行相同功能所开发的任何元素，而与结构无关。
因此，例如，本领域技术人员将理解的是，本文呈现的框图表示体现本公开原理的说明性电路的构思图。类似地，将理解的是，任何流程图、流程图解、状态转变图、伪代码等代表可以实质上在计算机可读介质中代表并因此由计算机或处理器执行的各种处理，无论是否明确示出这样的计算机或处理器。
图中所示的各种元素的功能可以通过使用专用硬件以及能够与适当的软件相关联地执行软件的硬件来提供。当由处理器提供时，这些功能可以由单个专用处理器、单个共享处理器或多个单独的处理器提供，其中一些可以共享。此外，对术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应解释为排他地指代能够执行软件的硬件，并且可以隐式地包括但不限于数字信号处理器(DSP)硬件、用于存储软件的只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)和非易失性储存器。
也可以包括其他常规的和/或定制的硬件。类似地，图中所示的任何开关仅是构思上的。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、或者甚至手动来执行，这些特定技术可如从上下文中更具体理解的那样由实现者选择。
在本文的权利要求中，表达为用于执行指定功能的部件的任何元素旨在涵盖执行该功能的任何方式，包括例如a)执行该功能的电路元素的组合或b)任何形式的软件，因此包括固件、微代码等，与用于运行该软件以执行该功能的适当电路组合。这样的权利要求所定义的公开在于以下事实，以权利要求所要求的方式将由各种阐述的部件提供的功能进行组合和集合。因此认为可以提供那些功能的任何部件都等效于本文所示的那些。

Claims (11)

1.一种方法，包括：
获得用户装置到一个或多个无线接入点的连接质量，所述一个或多个无线接入点具有与其耦接的至少一个用于扩展无线信号覆盖范围的装置；和
基于所确定的用户装置的连接质量，来改变与所述一个或多个无线接入点耦接的所述至少一个用于扩展无线信号覆盖范围的装置的激活状态。
2.根据权利要求1所述的方法，其中基于信噪比、正确传送的分组的数目、重传的百分比的倒数、所述用户装置是否能连接到无线接入点之一、和上游或下游借方中的一个或多个，来确定所述用户装置的连接质量。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，根据下式来确定所述用户装置的连接质量：
Figure FDA0002402501900000011
其中Qt(d,a)是连接强度，并且C|A|是所述至少一个用于扩展无线信号覆盖范围的装置的能耗。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中所述一个或多个无线接入点是WLAN或WiFi网络之一。
5.一种控制器，包括：
一个或多个处理器，被配置为基于用户装置的连接质量，来改变与一个或多个无线接入点耦接的至少一个用于扩展无线信号覆盖范围的装置的激活状态。
6.根据权利要求5所述的控制器，其中所述一个或多个处理器被配置为基于信噪比、正确传送的分组的数目、重传的百分比的倒数、所述用户装置是否能连接到接入点之一、和上游或下游借方中的一个或多个，来获得所述用户装置的连接质量。
7.根据权利要求5或6所述的控制器，其中所述一个或多个处理器被配置为根据下式来确定所述用户装置的连接质量：
Figure FDA0002402501900000012
其中Qt(d,a)是连接强度，并且C|A|是所述至少一个用于扩展无线信号覆盖范围的装置的能耗。
8.一种系统，包括：
一个或多个无线接入点，具有与其耦接的至少一个用于扩展无线信号覆盖范围的装置；和根据权利要求5至7中任一项所述的控制器。
9.根据权利要求8所述的系统，其中所述一个或多个无线接入点是WLAN或WiFi网络之一。
10.根据权利要求8或9所述的系统，进一步包括用于耦接到所述一个或多个无线接入点的用户装置。
11.一种用于可编程设备的计算机程序产品，所述计算机程序产品包括指令序列，所述指令序列当被加载到所述可编程设备中并由其运行时，用于实现根据权利要求1至4中任一项所述的方法。
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