CN113875290A - 虚拟无线网络 - Google Patents

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Abstract

公开的虚拟无线网络包含通过宽带主干与无线接入点互连的网络控制器。控制器可以包含网关或与网关相接口，网关经由一个或多个中间的网络将虚拟网络耦合到互联网。宽带主干包括网络交换机和将无线接入点和网络控制器互连的宽带互连。宽带主干可以被实现为光学主干并且宽带互连可以包含一个或多个光纤互连。网络控制器可以控制移动设备连接到无线接入点的方式。网络控制器可以配置无线接入点，以向隔离环境内的移动设备呈现由多个单独无线接入点作为单个虚拟无线网络提供的多个物理无线小区。网络控制器还可以在移动设备和无线接入点之间分配无线连接。

Description

虚拟无线网络
相关申请的交叉引用
不适用。
关于联邦资助的研究或开发的声明
不适用。
参考附录
不适用。
技术领域
所公开的主题从属于无线通信网络，并且，更具体地，提供到移动电子设备的无线连接。
背景技术
智能手机、平板设备以及其他移动电子设备，在本文一般简称为移动设备，一般包含一个或多个无线收发器和支持硬件、软件和固件资源，这些资源遵守包含一般称为WiFi的一个或多个IEEE 802.11标准的一个或多个无线网络标准。在其他应用中，广泛地部署WIFI，以提供对在直接或间接耦合到互联网的支持WiFi的无线接入点的范围内的移动设备的互联网接入。
在常规WiFi中，无线接入点建立、提供和/或支持WiFi小区。WiFi小区的有效半径可以受到许多因素的影响，包含环境特征、适用载波信号的频率和无线接入点的无线收发器的额定功率，但是对于至少一些最常见的WiFi配置和应用，有效半径一般小于100米并且可以接近或小于10米。
支持WiFi的移动设备一般被配置为广播探测请求，并等待来自无线接入点的响应，该无线接入点接收、检测探测请求或处于探测请求的范围内。检测到探测请求的每个无线接入点可以通过发送探测响应来回复，该探测响应通常包含网络标识符和其他信息。来自符合WiFi的无线接入点的探测响应中包含的网络标识符可以被称为服务集标识符(SSID)，并且支持WiFi的移动设备可以被配置为通过连接到传输响应的无线接入点来响应检测到响应中的SSID。以这种方式，物理无线接入点与物理无线小区以及与该小区相关联的SSID紧密地相关联。如果移动设备在两个或更多个支持WiFi的无线接入点的范围内，则移动设备可以被配置为根据选择协议来选择两个或更多个无线接入点中的一个，例如，连接到具有最强SSID信号的无线接入点。
在常规的WiFi部署中，移动设备控制与无线接入点建立WiFi连接的过程。当大量移动设备紧密地位于特定无线接入点附近时，每个移动设备可以试图连接到该无线接入点，这可能导致该无线接入点的过度负载。
移动设备一般还被配置有功能，该功能用于当现有连接的强度下降到阈值以下并且存在新的更强的连接时，终止现有的WiFi连接以支持新的连接。然而，常规的WiFi切换序列一般太长或太慢，无法支持包含宽带流应用的流行应用。
发明内容
本文所公开的主题的一个方面是一种虚拟无线网络，该虚拟无线网络适合于提供到位于通信隔离环境中的移动设备的无线连接。出于本公开的目的，通信隔离环境，在本文也简称为隔离环境，包含在其中使用常规WiFi连接资源的移动设备不能够(无论直接地或通过耦合到互联网的公用或专用网络)建立有足够的带宽来支持由移动设备执行的一个或多个应用的互联网连接的任何环境。隔离环境可以完全或基本上被周围结构围住和/或位于远处。通信隔离环境的非限制性示例包含但不限于：飞行中的飞机内部、海上的船上、隧道内或地下场地(例如，停车场)等。尽管本文所公开的虚拟无线网络是关于在飞行中的飞机内部的通信隔离环境来说明和解释的，但虚拟无线网络等同地可应用于其他隔离环境。
本文所公开的虚拟无线网络包含网络控制器、两个或更多个无线接入点以及将网络控制器和无线接入点互连的宽带主干。网络控制器可以包含网关或与网关相接口，该网关(无论直接地或经由一个或多个中间的公用或专用网络间接地)将虚拟无线网络耦合到互联网。宽带主干包含一个或多个网络交换机以及将无线接入点和网络控制器互连的宽带互连。宽带主干可以被实施为光学主干并且宽带互连可以包含一个或多个光纤互连。
在至少一些实施例中，网路控制器包含处理器、适合将处理器耦合到宽带主干的宽带接口、适合将处理器耦合到网关资源的网关接口，和存储器和/或存储资源，该存储器和/或存储资源包含当由处理器执行时使网络控制器执行可以在本文中称为网络控制操作的操作的指令。网络控制操作可以包含适合控制移动设备连接到无线接入点的方法的操作。这些操作可以包含用于向隔离环境内的移动设备呈现由多个单独无线接入点作为单个虚拟无线网络提供的多个物理无线小区的操作，以及用于管理虚拟无线网络并包含用于管理移动设备和无线接入点之间的无线连接的操作的操作。
每个无线接入点可以被配置为提供无线小区，即，在无线接入点附近的物理区域，该物理区域支持无线通信连接。多个无线接入点可以被配置为执行某些无线接入点操作。无线接入点操作可以包含广播网络标识符、中继从请求网络接入的一个或多个移动设备接收的探测请求，以及从网络控制器接收针对请求网络接入的移动设备中的至少一个的分配信息。
从网络控制器接收的分配信息可以包含指示无线接入点的连接信息和由网络控制器分配给移动设备的频率信道。在从网络控制器接收将移动设备分配给无线接入点的分配信息时，适用无限接入点然后可以开启并建立与适用移动设备的无线连接。相似地，当在移动设备和无线接入点之间的现有无线连接的强度减弱超过阈值或其他准则时，网络控制器可以将移动设备的无线连接重新分配给另一无线接入点。将切换(handoff)过程的控制委托给网络控制器有利于简化和缩短切换，因为所产生的切换可以在不执行由移动设备控制的常规的切换序列中所需的寻求和认证步骤的情况下完成。
网络控制器可以被配置为通过确定请求无线接入的所有或一些移动设备的无线连接分配来响应接收一个或多个探测请求，该一个或多个探测请求由无线接入点中的一个或多个中继。网络控制器可以基于各种准则和/或规则来确定无线连接分配。例如，尽管常规的WiFi可以导致专门或基本上基于接收的信号功率来分配或以其他方式确定无线连接，即，移动设备与提供具有最高接收信号功率的信号的无线接入点建立无线连接，但是本文所公开的网络控制器的实施例可以将移动设备分配给“辅助”无线接入点，即，提供具有这样的接收信号功率的信号的无线接入点，该这样的接收信号功率小于向移动设备提供信号的一个或多个其他无线接入点的接收信号功率。
在确定无线连接分配之后，网络控制器可以发送连接信息消息，指导适用无线接入点与移动设备建立无线连接。作为适用于WiFi实施例的示例，连接信息消息可以指示用于无线连接的移动设备、WiFi频带(例如，2.4GHz、5GHz或60GHz)、频率信道和安全级别(例如，有线等效隐私(WEP)、WiFi受保护接入(WPA)或WPA2)。其他实施例可以包含足以使无线接入点能够与适用无线设备建立连接的附加的或不同的信息。在一些实施例中，网络控制器可以向所有无线接入点广播连接信息消息，在这种情况下，连接信息消息可以指示将与移动设备建立无线连接的无线接入点。在其他实施例中，网络控制器可以将连接信息消息寻址到适用无线接入点，在这种情况下，连接信息消息可以省略适用无线接入点的明确指示。在一些实施例中，网络控制器可以向所有或一些无线接入点发送所有连接信息消息。
如前所述，每个无线接入点提供无线小区，并且每个无线小区具有对应的范围。在至少一些实施例中，无线接入点在隔离环境内密集地间隔开。在这种情况下，密集间隔的无线接入点可以指由两个或多个无线接入点提供的无线小区在其中重叠的环境。例如，如果由第一无线接入点生成的第一无线小区具有第一半径R1，并且由第二无线接入点生成的第二无线小区具有第二半径R2，则如果两个无线接入点之间的距离小于R1和R2的和，这两个无线接入点可以被表征为密集间隔或重叠。虽然密集间隔的无线接入点可以导致常规环境中不期望的大量切换，但是本文所公开的虚拟化无线网络可以利用密集间隔来许可网络控制器基于除信号强度之外的一个或多个参数来分配无线连接。例如，当移动设备在信号强度差异相对小的两个无线接入点的范围内时，网络控制器可以将移动设备分配给信号稍弱的无线接入点，以实现或识别另一性能参数，例如负载。
在虚拟无线网络的一个方面，无线接入点中的每个可以被配置为广播公共网络标识符、安全级别和/或媒体接入信道地址。分配给特定连接的频率信道可以表示与无线网络相关联的标准指定频带内的多个频率信道之一。在这种实施例中，接收探测请求可以包含接收协调探测请求的一个或多个集合，其中协调探测请求的每个集合包含对应于频率信道中的每个的探测请求。在常规的WiFi实施中，移动客户端通过在支持的频率信道之一上发送探测请求来加入WiFi网络。如果移动设备在超时间隔内没有接收到探测响应，则移动设备在支持的频率信道中另外一个频率信道上重新发送探测请求。作为非限制性示例，对于美国境内的2.4GHz WiFi，采用了11个频率信道。常规地，一旦移动设备在特定频率信道上接收到来自接入点的探测响应，移动设备就开始关联过程。在本文所公开的WiFi网络系统的至少一些实施例中，从移动设备接收探测请求的接入点不立即向移动设备发送探测响应。相反，每个接入点将其接收的探测请求中继到网络控制器。因为移动设备在超时间隔内将不会接收到任何探测响应，所以移动设备将在下一个频率信道上发送后续探测请求，并且接入点将再次将这些探测请求中继到网络控制器。以这种方式，请求接入的每个移动设备可以为11个频率信道中的每个发送探测请求，并且每个接入点可以向网络控制器转发每个移动设备11个探测请求。作为结果，网络控制器获得网络接入状态的全局视图。
借助其网络无线接入状态的全局视图，网络控制器独特地适合于将接入点和频率信道分配给移动设备，以实现与延迟、带宽、信号强度、接入点负载或任何其他适合的一个或多个参数有关的一个或多个目标。在至少一个实施例中，网络控制器维持指示每个无线小区的总体使用的信息，并且至少部分地基于使用信息来确定将哪个接入点分配给发送新接入请求的移动设备，或者分配给在隔离环境内漫游的现有移动设备。
网络控制器对所有接入点和频率信道的探测结果的全面了解使得网络控制器能够支持优先级连接特征，其中分配给移动设备的无线连接包含两个或更多个接入点，其中两个或更多个接入点可以同时通过公共频率信道向移动设备传输信息。
附图说明
除非陈述表明，否则附图不是按比例绘制的。本文所公开的方法、系统和/或制品的实施例参考以下附图进行描述，除非另有指示，否则其中相同的参考数字指示相同的元件，并且其中参考数字的连字符形式指示对应的元件的实例，对应的元件的实例还可以一般地或共同地用参考数字的非连字符形式以供参考，例如，…第一窗口部件11-1和第二窗口部件11-1…其中每个窗口部件11包含…并且其中窗口部件还包含…
图1图示了由飞机内部表示的隔离环境实施的示例性虚拟无线网络；
图2图示了在图1中的虚拟化无线网络内漫游的移动设备；
图3是图示了加入并漫游图1中的虚拟化无线网络的移动设备的示例性流程序列图；
图4图示了在图1中的虚拟化无线网络内的优先化协调的多端口传输；以及
图5是适合于网络控制器的示例性服务器的框图。
具体实施方式
以上参考的附图和以下对具体结构和功能的书面描述的呈现不是为了限制申请人已经发明的范围或所附权利要求的范围。相反，提供附图和书面描述是为了教导本领域的任何技术人员制造和使用寻求专利保护的发明。本领域技术人员将理解，为了清楚和理解起见，没有描述或示出本发明的商业实施例的所有特征。本领域技术人员还将理解，并入本公开的各方面的实际商业实施例的开发将需要许多特定于实施的决策来实现开发者对于商业实施例的最终目标。这种特定于实施的决策可以包含并且可能不限于与系统相关、商业相关、政府相关以及其他约束相符合，这些约束可以由具体的实施位置而变化并且随时间而变化。虽然开发者的努力在绝对意义上可能是复杂且耗时的，但是对于受益于本公开的本领域普通技术人员来说，这种努力将是常规的任务。必须理解的是，本文所公开和教导的发明容易受到许多的和各种各样的修改和替代形式的影响。单数术语的使用，诸如但不限于“一”，并不旨在限制项目的数量。特定组件、元件或步骤的项目的图示数量可以变化，并且图示不是限制性的。此外，系统的各种方法和实施例可以彼此组合地包括以产生所公开的方法和实施例的变体。单数元件的讨论可以包含复数元件，反之亦然。对至少一个项目或一个或多个项目的引用可以指一个项目或指多个项目。此外，实施例的各个方面可以彼此结合使用，以达到任何公开的目标、优点或益处。除非上下文另有要求，术语“包括”或诸如“包含”或“含有”的变体应被理解为暗示包括至少所述元件或步骤或者元件组或步骤组或者其等同物，而不排除更大数量或任何其他元件或步骤或者元件组或步骤组或者其等同物。设备或系统可以在多个方向和取向上使用。除非另有具体限定，步骤的顺序可以以各种序列出现。本文所描述的各种步骤能够与其他步骤组合，与所述步骤穿插，和/或分成多个步骤。类似地，元件已经在功能上进行了描述，并且能够体现为单独的组件或能够组合成具有多种功能的组件。
图1图示了根据本文所公开的主题的示例性虚拟无线网络100。图1图示的虚拟无线网络100包含网络控制器101，该网络控制器101通信耦合到隔离环境103内的多个无线接入点102。如图1所描绘，隔离环境103是飞机105的内部。图1图示的隔离环境103内的每个无线接入点102提供、建立和/或维持无线小区104。每个无线小区104(104-1、104-2和104-3)具有大致指示无线小区范围的特性半径，尽管无线小区104可以在某些方向上比在其他方向上延伸得更远。例如，无线小区104可以具有椭圆形横截面或者在其他方式中是非球形的。无线小区104的形状或范围可以受到隔离环境的边界的影响。例如，在由飞机限定的隔离环境内，无线小区104中的一个或多个的部分可以终止于飞机壁。此外，即使在不受隔离环境边界约束的情况下，半径可以取决于许多因素，包含(作为非限制性示例)适用通信协议的频带。对于采用WiFi的实施例，无线小区104可以具有2.4GHz频带中的一个半径，例如802.11b/g/n，5GHz频带中的第二半径，例如802.11a/n/ac/ax，以及60GHz频带中的第三半径等。在密集配置中，相邻无线接入点102之间的间隔可以远小于由每个无线接入点102提供的小区104的半径。在这种配置中，无线小区104重叠，并且在本文所公开的至少一些实施例中，对于2.4GHz和5GHz WiFi，无线小区104显著重叠。每个频带可以包含多个频率信道。例如，如在美国内实施的2.4GHz WiFi包含11个重叠的频率信道，而5GHz WiFi包含至少23个不重叠的信道。在WiFi实施中，每个无线小区104的半径对于2.4GHz和5GHz可以是大约30米，对于60GHz可以是10米或更小。在每个无线小区104的半径之外，信号衰减可以是渐进的，导致相邻无线小区104之间相当大的重叠；或者是快速的，导致相邻小区之间较少的重叠。例如，无线接入点可以维持2.4、5和60GHz，并且在至少一些实施例中，2.4GHz与5GHz小区相当大地重叠，无线小区104可以具有相当大的重叠。
图1图示的无线接入点102经由宽带基础设施(本文称为宽带主干106)通信耦合到网络控制器101。图1图示的宽带主干106经由两个网络交换机110(110-1和110-2)和宽带互连108组将四个无线接入点102(102-1、102-2、102-3和102-4)互连。将每个无线接入点102耦合到网络交换机110之一，并且两个网络交换机110互连。如图1所描绘，宽带互连108包含连接网络控制器101和第一网络交换机110-1的第一宽带互连108-1、连接第一网络交换机110-1和第二网络交换机110-2的第二宽带互连108-2、连接第一无线接入点102-1和第一网络交换机110-1的第三宽带互连108-3、连接第二无线接入点102-2和第一网络交换机110-1的第四宽带互连108-4、连接第三无线接入点102-3和第二网络交换机110-2的第五宽带互连108-5，以及连接第四无线接入点102-4和第二网络交换机110-2的第六宽带互连108-6。尽管图1描绘了具有四个无线接入点102的商用飞机，但是图1图示的无线网络100可以部署在具有更多或更少的无线接入点102以及更多或更少的网络交换机110的更大或更小的飞机中。在至少一些实施例中，每个宽带互连108可以用光纤或形成光纤环的一对光纤电缆来实施。在这些实施例中，网络交换机110具有宽带以太网和光纤交换能力。
固定到飞机105外部的一个或多个天线111耦合到网络控制器101。图1图示的飞机105包含固定到飞机105的陆地表面的第一天线111-1，用于经由直接空对地(ATG)通信114与蜂窝塔113通信。图示的飞机105还包含第二天线111-2，固定到飞机105的天空表面，用于与通信卫星115通信。图1中未描绘的其他飞机可以仅包含一个或多个ATG天线或者仅包含一个或多个卫星天线。
图1图示了生成无线小区104的紧密间隔的无线接入点102，无线小区104重叠并且可能相当大地重叠。同样，图1图示的每个无线接入点102生成、支持并对应于不同的或物理的无线小区104。通常，假设隔离环境103内的无线接入点102都具有相当的性能特性，移动设备将连接到最近的无线接入点102，以获得良好的无线信号质量。虽然连接到密室(closet)信号对于常规环境来说是固有敏感的，在该常规环境中移动设备通常非常接近明显强于其他可用信号的一个或少量无线接入点，如果在密集间隔的无线小区104的隔离环境103内采用最近连接惯例，则在通过以非常规方式实施连接可能改善整体性能的条件下，最近连接惯例可能导致不平衡的负载。作为简单示例，十个移动设备可以足够接近两个无线接入点，其中第一无线接入点和第二无线接入点之间的信号强度差对于由十个设备中的任何一个执行的任何应用来说都不是太大。在该图示中，可以通过分布连接来改善整体性能，使得例如十个移动设备中的六个连接到第一无线接入点，而十个设备中的四个连接到第二无线接入点。相比之下，常规实施的无线网络可以将所有设备连接到具有更强信号的无线接入点，尽管只是稍强，因此潜在地使无线接入点之一过载，而未充分利用另一个无线接入点。
图2图示了移动设备201在虚拟无线网络100内从第一位置202-1通过在中间的位置202-2、202-3和202-4移动或漫游到最终位置202-5。为了清楚起见，在虚拟无线网络100下面图示移动设备201，但是本领域普通技术人员将理解，图2表示在虚拟无线网络100及其无线小区104内移动或漫游的移动设备201。普通技术人员还将注意到，图2图示的虚拟无线网络100具有三个无线接入点102和三个对应的无线小区104，其中图1图示的虚拟无线网络100包含四个无线接入点102和四个对应的无线小区104。这种区别说明了虚拟无线网络100的灵活性或可配置性的一个方面。
每个无线接入点102可以被配置为广播可由移动设备201检测的网络标识符。在WiFi实施例中，这些网络标识符可以由每个无线接入点102广播的SSID组成，或者包含在其内。在至少一个WiFi实施例中，网络控制器101已经将每个无线接入点102配置为具有相同的媒体接入控制(MAC)地址并广播相同的SSID。
在至少一些实施例中，包含WiFi实施例，移动设备201被配置为通过传输一个或多个探测请求来发现无线网络。正在传输探测请求的移动设备201的范围内的无线接入点102可以根据探测请求来确定移动设备是否兼容，例如，移动设备是否支持由无线接入点支持的一个或多个数据速率。如果常规WiFi中的无线接入点确定移动设备是兼容的，则无线接入点可以通过传输通告无线接入点的网络标识符的探测响应来响应探测请求。
在常规的WiFi环境中，移动设备可以经由适用频带的第一信道发送第一探测请求，并等待探测响应。如果在具体的时间间隔内没有接收到探测响应，则移动设备可以经由频带的第二信道发送第二探测请求。然而，在本文所公开的虚拟无线网络100的至少一些实施例中，无线接入点102不通过向移动设备201发回探测响应来响应来自移动设备201的探测请求，而是将所有探测请求中继到网络控制器101。因此，在这些实施例中，因为移动设备201将不接收对其探测请求的响应，所以移动设备201将发出探测请求的集合，其中探测请求的集合包含为由适用协议支持的每个频率信道发送的探测请求。例如，在2.4GHz WiFi(US)无线接入点的情况下，移动设备201可以发送11个探测请求，探测请求中的每个由无线接入点102-1接收并中继到网络控制器101。
在图2图示的隔离环境103内，移动设备201在第一位置202-1检测到的唯一网络标识符是由第一无线接入点102-1广播的网络标识符。因此，移动设备201可以发出探测请求的集合，包含针对每个适用频率信道的一个探测请求，探测请求中的每个被第一无线接入点102-1接收，并且仅被第一无线接入点102-1接收，第一无线接入点102-1可以被配置为将请求中继到网络控制器101。网络控制器可以被配置为将无线连接分配给移动设备201，即，确定哪个无线接入点102和频率信道用于与移动设备201的无线连接。网络控制器101用来做出这种分配的算法或规则在本文的其他地方进行讨论，但是可以基于各种无线接入点的现有负载或受其影响。在至少一些情况下，网络控制器101可以将移动设备201分配给无线接入点，而不是最近的无线接入点和/或具有最强网络标识符信号的接入点。在图2图示的特定情况下，因为移动设备201仅在第一无线接入点102-1的范围内，所以网络控制器101将移动设备201分配给第一无线接入点102-1。
当移动设备201移动到达图2图示的第二位置202-2时，移动设备201将在多于一个无线接入点102的范围内。具体地，在这种情况下，移动设备201将在第一无线接入点102-1和第二无线接入点102-2的范围内。此外，网络控制器101可以监控连接到虚拟无线网络100的每个移动设备201的无线连接的信号强度。由网络控制器101接收的信号强度信息可以是由移动设备201生成的信号强度信息或者由无线接入点102生成的信号强度信息。如果移动设备的现有连接的强度下降到某个阈值以下或者不能满足一个或多个信号强度准则，则网络控制器可以代表移动设备201开启切换。
在至少一个实施例中，由网络控制器101开启的切换过程与常规的WiFi切换过程相比有利地更简单且持续时间更短。在包括常规WiFi的常规蜂窝网络中，当移动设备移动到与第一无线接入点(本文称为衰落(waning)无线接入点)相关联的第一无线小区(本文称为衰落小区)的可用范围之外时，其连接到与第二无线接入点(本文称为满盈(waxing)无线接入点)相关联的第二无线小区(本文称为满盈小区)。常规的WiFi切换过程包含扫描操作、认证操作和重新关联操作。与常规WiFi切换相关联的延迟和/或时延可以至少部分地归因于移动设备本身，移动设备本身确定何时开启切换以及何时从衰落小区断开。尽管与常规WiFi切换相关联的延迟大小可以受到许多因素的影响，但WiFi切换延迟达到或超过500毫秒并不意外。对于至少在一些应用，切换延迟可以对性能和/或质量有可察觉的负面影响。
在至少一个实施例中，当移动设备201和第一无线接入点102-1之间的无线连接的信号强度充分减弱时，由网络控制器101开启的切换过程可以只需要以上所描述的三类操作之一。具体地，网络控制器开启的切换过程可以省略常规WiFi切换的扫描操作和认证操作，至少部分因为网络控制器已经知道存在哪些无线小区，并且因为每个可用的无线小区具有相同的认证参数。
以这种方式，当移动设备201从第一无线接入点102-1移动得更远并且更接近第二无线接入点102-2时，网络控制器101可以将移动设备201分配给与第二无线接入点102-2的无线连接。此外，通过消除常规WiFi切换序列的寻求间隔和认证间隔，由网络控制器101开启的切换可以足够简短，以许可不间断服务，即使当移动设备正在执行高带宽应用(例如通过IP的流语音应用)时也是如此。随着移动设备继续到第三位置202-3，网络控制器101可以维持移动设备201和第二无线接入点102-2之间的现有连接。当移动设备201到达第四位置202-4时，现有的无线连接信号强度可能已经下降到适用阈值以下，在这种情况下，网络控制器101开启第二缩短切换序列，以将移动设备201从第二无线接入点102-2断开，并将移动设备201连接到第三无线接入点102-3。类似于较早的切换，这种切换能够在不需要常规切换中所需的扫描操作、认证操作或两者的情况下发生。当移动设备201从第四位置202-4移动并到达第五位置202-5处的最终目的地时，无线连接持续存在。
在一些实施例中，虚拟无线网络100与移动设备201的常规WiFi配置兼容。在这些实施例中，几乎不需要对移动设备的WiFi连接资源和代码进行任何修改，因为虚拟无线网络100内的移动设备仅感知一个可用的WiFi网络，并且，因此，不开启任何切换。以这种方式，在不需要或强加移动设备的WiFi或其他适合的本地无线接口的任何改变的情况下实施无线网络100。
图3是图示了由移动设备201和虚拟无线网络组件执行的操作以及它们之间交换的信息的流程序列图，虚拟无线网络组件包含网络控制器101和多个无线接入点102-1至102-m。为了清楚起见，图3仅图示了一个移动设备201及其对应的无线网络操作。然而，应当理解，虚拟无线网络支持多个移动设备，并且每个移动设备可以与类似于图3图示的操作相关联。图3图示的操作包含网络加入操作301和网络漫游操作321。网络加入操作301包含由移动设备201执行的一个或多个探测请求广播操作(302-1至302-n)，由无线接入点102-1至102-m中的一个或多个执行的一个或多个请求转发操作(304-1至304-p)，以及由网络控制器101执行的分配确定操作310和分配发送操作312。图3图示的网络漫游操作321包含由移动设备201执行的信号监控操作322、由网络控制器101执行的重新分配操作324、由移动设备201执行的关联操作326以及由网络控制器101执行的解除关联操作328。
如图3所示，移动设备201通过首先尝试通过广播或以其他方式无线传输一个或多个探测请求303来建立与无线接入点102的无线连接，从而尝试建立对互联网或另一公用或专用广域网的访问。在图3图示的移动设备201广播探测请求303时，移动设备201可以在多个无线接入点102的范围内，在图示的示例中多个无线接入点102包含无线接入点102-1、无线接入点102-2以及无线接入点102-m。在至少一些实施例中，每个探测请求广播操作302包含移动设备201在特定频率信道上无线广播探测请求303。每个单独的探测请求303可以由无线接入点102-1至102-m中的任何一个或多个接收。在最一般的情况下，每个无线接入点102接收由移动设备201广播的每个单独的探测请求303。然而，取决于包含每个探测请求303的传输功率、隔离环境103(图2)的物理尺寸、隔离环境内的结构的位置、大小和组成等的各种参数，探测请求303中的任何一个或多个可以未被无线接入点102中的任何一个或多个检测到。
如前所指示，虚拟无线网络100内的无线接入点102可以被配置为将探测请求303中继到网络控制器101，而不是向移动设备201返回响应。因为移动设备201没有接收到对其探测请求303的立即响应，所以移动设备201图示为发送“n”个探测请求303-1至303-n的集合，其中每个探测请求303经由适用信号频带的不同频率信道发送，并且其中“n”表示无线协议支持的频率信道的数量。因此，图3图示了无线接入点102向网络控制器101转发探测请求303。在最一般的情况下，其中“m”个无线接入点102-1到102-m中的每个接收“n”个探测请求303-1到303-n中的每个，总共“p”个探测请求303-1到303-p被转发到网络控制器101，其中p等于m和n的乘积。在基于美国实施的2.4GHz WiFi中，例如，移动设备201可以发送11个探测请求303-1至303-11的集合(在图3中没有明确描绘)，包含用于由协议指定或支持的11个频带中的每个。
在至少一个实施例中，网络控制器101处理探测请求303-1至303-p，并根据一个或多个目标和/或准则，为移动设备201分配(操作310)无线连接。网络控制器101然后可以向无线接入点102中的一个或多个发送(操作312)无线连接信息313。无线连接信息313可以包含指示哪个无线接入点102和频率信道已经被分配给移动设备201的信息。在一些实施例中，包含网络控制器101仅向适用无线接入点102发送无线连接信息313的实施例，无线接入点信息可以从无线连接信息313中省略。
图3图示的网络控制器101可以从在移动设备201范围内的每个无线接入点102接收探测请求303的完整集合。在这种情况下，网络控制器101可以被描述为接收针对移动设备201的探测请求的完整集合。类似地，如果图3被修改为包含第二移动设备，其中第二移动设备正在请求WiFi接入，网络控制器101也能够接收针对该第二移动设备的探测请求的完整集合。因此，在至少一些实施例中，网络控制器能够从位于请求无线网络接入的隔离环境103内的每个移动设备201接收探测请求303的完整集合。在至少一个实施例中，网络控制器101被配置为为从虚拟无线网络100的无线接入点102的任何一个或多个中寻求无线连接的每个移动设备201分配无线连接。
至少部分基于从无线接入点102接收的探测响应的完整集合，网络控制器可以被配置为将请求网络接入的每个移动设备201分配给具体的无线连接，即，将每个移动设备分配给特定的无线接入点102和具体的频率信道。此外，网络控制器101可以被配置为基于除信号强度之外的参数或准则来做出连接分配。例如，网络控制器101可以被配置为分配(操作310)网络连接，以维持移动设备和无线接入点的期望集群以及无线接入点和频率信道的期望分布。作为简单的示例，网络控制器可以接收指示两个移动设备正在请求网络接入的探测请求，其中每个移动设备最接近第一无线接入点102-1，并且每个移动设备次接近第二无线接入点102-2。如果网络控制器确定或以其他方式检测到第一无线接入点102-1和第二无线接入点102-2之间的强度差太小而不会导致性能上的显著差异，则网络控制器101可以确定平衡跨两个不同无线接入点102的探测请求的负载优选于将两个探测请求分配给单个无线接入点，即使当该无线接入点向两个移动设备提供最强信号时也是如此。
在一些实施例中，网络控制器101可以被配置为至少部分基于由移动设备中的一个或多个提供的网络使用信息来分配无线连接。在至少一个实施例中，移动设备201向它们相应的无线接入点报告使用信息，并且无线接入点向网络控制器101转发该信息。网络控制器101可以使用该信息来估计或确定每个无线小区的总体使用。当以后有必要或期望将漫游移动设备201分配给不同的无线接入点102时，网络控制器101可以使用该使用数据来影响新的无线接入点的选择。在支持IEEE 802.11k的至少一个WiFi实施例中，可以经由由移动设备201提供的临近报告信息将使用信息递送到网络控制器101。
当隔离环境103内的无线接入点102具有显著重叠的覆盖时，基于多个参数来分配无线连接的能力尤其有价值。显著的覆盖重叠表明重叠无线接入点的信号强度足够接近，证明不将仅基于信号强度做出的无线连接分配是合理的。
现在参考图3图示的网络漫游操作321，移动设备201可以监控(操作322)与移动设备的无线连接(包含，作为常见但非限制性示例，移动设备的无线连接的RSSI)相关联的一个或多个操作参数。移动设备201可以向无线接入点102转发(操作323-1)操作参数信息331，包含但不限于RSSI信息，无线接入点102然后可以向网络控制器101转发(操作323-2)操作参数信息331。不论何时网络控制器101确定(操作324)移动设备准备好进行无线连接切换，网络控制器101可以被配置为向移动设备递送(操作325-1，325-2)新的无线连接分配333。此外，因为网络控制器101监督所有无线连接，所以网络控制器101可以采用省略扫描间隔、认证间隔或两者的缩短切换序列。相反，一旦网络控制器101决定移动设备需要新的无线连接，则向适用移动设备通知新的无线连接分配333，并且移动设备然后可以简单地与新的无线连接相关联(操作326)。移动设备然后可以经由无线接入点102向网络控制器101转发(操作327-1，327-2)确认新的连接的消息。当接收到确认消息时，网络控制器101然后可以解除(操作328)先前的无线接入点102与移动设备201的关联。
图4图示了当两个或更多个无线接入点102显著重叠时可以使用的协调多点传输。在图示的示例中，无线接入点102-2和102-3同时向紧密位于两个无线接入点附近的移动设备201传输。同时传输可以针对每个无线接入点102利用相同的频率信道，以实现具有改善的接收信号质量的高吞吐量通信。网络控制器101协调多点传输，并且能够实施多点传输作为优先化服务。例如，可以提供多点传输作为优先化服务，并且可以将多点传输作为奖励或刺激提供给选定的乘客，例如，购买头等舱座位的奖励或刺激。
图5图示了适合用作网络控制器101的示例性服务器500或其他计算资源的框图。图5图示的服务器500的元件包含处理器501和芯片集507以及网关520，处理器501通过存储器接口505耦合到系统存储器503，芯片集507包含一个或多个接口适配器509(509-1和509-2)，网关520耦合到接口适配器509之一。系统存储器503可以包含易失性随机存取存储器(RAM)、非易失性存储器(包含闪存设备)或两者。系统存储器503可以存储数据和/或处理器可执行指令。图5图示的芯片集设备507包含将网关520耦合到处理器501的网关接口适配器509-1，以及适合于将处理器501耦合到宽带主干106(图1)的宽带接口适配器509-2。
没有明确在图5中描绘的系统存储器503和/或其他存储资源可以包含处理器可执行程序指令，当由处理器501执行时，该处理器可执行程序指令使服务器500执行网络控制操作。网络控制操作可以包含操作，该操作如以上关于图1至图4所讨论的适合于控制移动设备连接到无线接入点的方式。这些操作可以包含操作，诸如图2至图4图示的，用于向隔离环境内的移动设备呈现由多个单独无线接入点作为单个虚拟无线网络提供的多个物理无线小区的操作，以及用于管理虚拟无线网络并包含用于管理移动设备和无线接入点之间的无线连接的操作的操作。
已经在优选和其他实施例的上下文中对本发明进行了描述，并且没有描述本发明的每个实施例。本领域普通技术人员可以对所描述的实施例进行明显的修改和替代。所公开的和未公开的实施例并不旨在限制或约束申请人所构思的发明的范围或适用性，而是根据专利法，申请人旨在完全保护落入所附权利要求的等同物的范围或范畴内的所有这些修改和改进。

Claims (29)

1.一种用于提供虚拟无线网络的方法，所述方法包括：
配置位于限定的环境内的多个无线接入点以执行无线接入点操作，包括：
广播网络标识符；
将从请求网络接入的移动设备接收的一个或多个探测请求中继到网络控制器；
从所述网络控制器接收对应于所述一个或多个探测请求的分配信息；以及
根据所述分配信息将探测响应中继到所述移动设备；
响应于接收到由所述无线接入点中的一个或多个中继的一个或多个探测请求，确定对于所述移动设备的无线连接分配，其中所述无线连接分配指示分配到请求接入的所述移动设备的无线接入点和频率信道；以及
向所述无线连接分配中指示的所述无线接入点发送指示所述无线连接分配的分配信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述无线接入点中的每个被配置为提供无线小区并且每个无线小区具有对应的范围，以及进一步其中至少两个无线接入点被间隔开，其中所述两个无线接入点之间的距离小于所述两个无线接入点的对应的范围的和。
3.根据权利要求2所述的方法，其中配置所述无线接入点包含将所述无线接入点中的每个配置为广播公共网络标识符和安全级别。
4.根据权利要求2所述的方法，还包括：
将所述多个无线接入点中的每个配置有公共媒体接入信道地址。
5.根据权利要求1所述的方法，其中每个频率信道包括在与所述无线网络相关联的频带内的多个频率信道之一。
6.根据权利要求5所述的方法，其中接收所述探测请求包括接收协调探测请求的集合，其中所述协调探测请求的集合包含对应于所述多个频率信道中的每个频率信道的探测请求。
7.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述无线连接分配包括根据从包括以下的组中选定的一个或多个目标来确定所述无线连接分配：
实现所述接入点的期望负载；以及
实现分配的频率信道的期望分布。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所限定的环境包括飞机内部。
9.根据权利要求1所述的方法，其中所述无线连接分配指示特定无线接入点，其中所述特定无线接入点与提供具有较高接收功率的信号的无线接入点不同。
10.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述网络分配包含至少部分基于由所述无线接入点中的一个或多个提供的使用信息来确定网络分配。
11.根据权利要求1所述的方法，其中经由光纤互连将所述无线接入点和所述网络控制器进行互连。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述无线连接分配包括优先级无线连接分配，所述优先级无线连接分配识别用于特定移动设备的两个或更多个无线接入点以及公共频率信道，并且其中所述方法还包含：
由所述两个或更多个无线接入点向所述特定移动设备同时传输。
13.一种用于虚拟无线网络的网络控制器，所述网络控制器包括：
处理器；
广播接口，其耦合到所述处理器并且被配置为耦合到广播互连；
网关接口，其耦合到所述处理器并且被配置为将所述处理器耦合到网关资源；以及
非暂时性计算机可读存储介质，其包含处理器可执行指令，当由所述处理器执行时，所述处理器可执行指令执行以下操作：
将位于限定的环境内的一个或多个无线接入点配置为：
将从移动设备接收的探测请求中继到所述网络控制器；以及
向所述移动设备发送对应于从所述网络控制器接收的无线连接分配的探测响应；
响应于接收到由所述无线接入点中的一个或多个中继的一个或多个探测响应，确定用于所述移动设备的无线连接分配，其中所述无线连接分配指示无线接入点和频率信道；以及
向所述无线连接分配中指示的所述无线接入点发送所述无线连接分配。
14.根据权利要求13所述的网络控制器，其中所述无线接入点中的每个被配置为提供无线小区并且每个无线小区具有对应的范围，以及进一步其中至少两个无线接入点被间隔开，其中所述两个无线接入点之间的距离小于所述两个无线接入点中任一个的对应的范围。
15.根据权利要求14所述的虚拟无线网络，其中配置所述一个或多个无线接入点包含将所述一个或多个无线接入点中的每个配置为广播公共网络标识符和安全级别。
16.根据权利要求14所述的网络控制器，其中所述操作包含：
将所述一个或多个无线接入点中的每个配置有公共媒体接入信道地址。
17.根据权利要求13所述的网络控制器，其中所述频率信道包括在与所述无线网络相关联的标准频率信道内的多个标准频率信道之一。
18.根据权利要求17所述的网络控制器，其中接收所述探测请求包括接收协调探测请求的一个或多个集合，其中协调探测请求的每个集合包括对应于所述多个标准频率信道中的每个的探测请求。
19.根据权利要求13所述的网络控制器，其中确定所述无线连接分配包括根据从包括以下的组中选定的一个或多个目标来确定网络分配：
实现所述接入点的期望负载；以及
实现分配的频率信道的期望分布。
20.根据权利要求13所述的网络控制器，其中所述无线连接分配包含用于特定探测请求的无线连接分配，其中所指示的无线接入点与接收到所述特定探测请求的无线接入点不同。
21.根据权利要求13所述的网络控制器，其中所述无线连接分配指示特定无线接入点，其中所述特定无线接入点与提供具有较高接收功率的信号的无线接入点不同。
22.根据权利要求13所述的网络控制器，其中确定所述网络分配包含至少部分基于由所述无线接入点中的一个或多个提供的使用信息来确定网络分配。
23.根据权利要求13所述的网络控制器，其中经由光纤互连将所述无线接入点与所述网络控制器进行互连。
24.根据权利要求23所述的网络控制器，其中所述无线连接分配包含优先级无线连接分配，所述优先级无线连接分配识别用于特定移动设备的两个或更多个无线接入点以及公共频率信道，并且其中所述方法还包含：
由所述两个或更多个无线接入点向所述特定移动设备同时传输。
25.一种用于虚拟无线网络的无线接入点，其中所述无线接入点包括：
处理器；
无线收发器，其耦合到处理器并且被配置为支持无线小区；
非暂时性计算机可读介质，其包含处理器可执行指令，当被执行时，所述处理器可执行指令使所述无线接入点执行以下操作：
将经由无线网络频带的一个或多个频率信道从移动设备接收的探测请求中继到网络控制器；以及
从所述网络控制器接收指示特定移动设备和特定频率信道的无线连接分配；以及
根据所述无线连接分配，经由所述特定频率信道来建立与所述移动设备的无线连接。
26.根据权利要求25所述的无线接入点，其中所述操作包含：
从所述网络控制器接收网络名称；以及
广播指示所述网络名称的网络标识符，其中所述网络标识符能被所述移动设备中的一个或多个检测到。
27.一种装配件，包括：
网络控制器，其耦合到通信隔离环境内的宽带主干；以及
多个无线接入点，其耦合到所述宽带主干，其中所述多个无线接入点中的每个被配置为提供无线小区，其中所述无线接入点中的两个或更多个包含在所述通信隔离环境内的一个或多个重叠无线小区；
其中所述多个无线接入点中的每个被配置为向所述网络控制器转发来自请求无线接入的移动设备的多个探测请求，其中所述多个探测请求包括对应于多个标准频率信道中的每个的探测请求；
其中所述网络控制器被配置为：
确定用于所述移动设备的无线连接信息，其中所述无线连接信息识别所述多个无线接入点之一和所述多个标准频率信道之一；以及
向所述无线连接信息中识别的所述无线接入点发送所述无线连接信息。
28.根据权利要求27所述的装配件，进一步其中所述多个无线接入点中的每个被配置有相同的媒体接入控制地址。
29.根据权利要求27所述的装配件，其中所述多个无线接入点中的每个被配置为广播相同的网络标识符。
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