CN113923744A - 用于无线交叉频段回传的方法和系统 - Google Patents

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CN113923744A CN202111155904.8A CN202111155904A CN113923744A CN 113923744 A CN113923744 A CN 113923744A CN 202111155904 A CN202111155904 A CN 202111155904A CN 113923744 A CN113923744 A CN 113923744A
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Abstract

本发明描述了一种用于EasyMesh组网的无线交叉频段回传的方法。该方法通过路径度量来衡量最佳的路径选择。具体而言，通过统计和分析无线回传质量相关参数(如信道使用率、噪声干扰、客户端连接率和接收信道功率参数等)来动态选择节点组网设备之间的回传路径以及是使用5G频段还是使用2.4G频段进行回传。

Description

用于无线交叉频段回传的方法和系统
技术领域
本发明涉及无线通信和终端领域，尤其涉及一种用于EasyMesh组网的无线交叉频段回传方法和系统。
背景技术
EasyMesh是Wi-Fi联盟针对Mesh Wi-Fi组网设备提供的一个标准化认证项目，旨在推进不同厂商Mesh设备实现良好互通，提升用户使用Mesh Wi-Fi的便利性，促进家庭组网市场的快速发展。
EasyMesh网络由一个主节点和一个或多个从节点设备通过有线或者无线的方式组网。当前EasyMesh无线组网中节点设备间只考虑在同一个频段进行回传链路的选择，很难符合家庭用户实际复杂环境场景下的无线组网性能。
因此，需要改进现有技术中的上述缺陷的技术。
发明内容
提供本发明内容来以简化形式介绍将在以下具体实施方式部分中进一步描述的一些概念。本发明内容并不旨在标识出所要求保护的主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于帮助确定所要求保护的主题的范围。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种用于EasyMesh组网的无线交叉频段回传的方法。该方法通过当前节点设备与下一级节点设备之间的所有可能路径的路径度量来做出最佳的路径选择和频段选择。
具体而言，本发明的技术方案通过统计和分析无线回传质量相关参数(如信道使用率、噪声干扰、客户端连接率和接收信道功率参数等)来动态选择节点组网设备之间的回传路径以及是使用5G频段、2.4G频段或是其他所支持的频段，以使得能够进行无线交叉频段回传。
该方法进一步优化了无线回传链路的选择，而不是仅仅局限于在同一频段和单一信号强度因子来考量作为无线回传的依据。此外，本发明适用于EasyMesh无线组网场景下选择无线回传链路，最大化无线带宽的使用率，提升家庭用户实际复杂环境场景下的组网性能。
在本发明的一个实施例中，公开了一种用于EasyMesh组网的无线交叉频段回传方法，该方法包括：
在当前节点设备处接收来自上一级节点设备的封包；
基于当前节点设备与下一级节点设备之间的所有路径的路径度量来选择最佳频段和最佳路径，所述最佳频段和最佳路径基于所述所有路径中具有最小路径度量的路径来选择；以及
采用所述最佳频段和所述最佳路径来将所述封包发送至所述下一级节点设备。
在本发明的一个实施例中，节点设备可以是EasyMesh节点设备。
在本发明的一个实施例中，所述所有路径可包括从所述当前节点设备，经过零个或更多个中间节点设备到达所述下一级节点设备的所有可能路径，并且每条路径由该路径中的所有节点设备中的每一对相邻节点设备之间的链路组成。
在本发明的一个实施例中，所述路径度量可以是所对应的路径中的所有链路的链路度量之和。
在本发明的一个实施例中，所述链路度量可按照下式，基于链路的信道使用率(CU)、噪声干扰(NI)、客户端连接率(CA)和接收信道功率参数(RCPI)并结合上述各项在不同频段下的权重来计算：
链路度量＝[(CU*Wcu)+(NI*Wni)+(CA*Wca)-(RCPI*Wrcpi)]/4，
其中Wcu、Wni、Wca和Wrcpi分别是信道使用率(CU)、噪声干扰(NI)、客户端连接率(CA)和接收信道功率参数(RCPI)在使用不同频段时的权重，所述权重是因频段而异的，并且
其中每条链路的链路度量取的是根据对应于不同频段的不同权重计算得到的链路度量中的最小值。
在本发明的一个实施例中，所述最佳频段可以是计算得到最小链路度量时所使用的频段，并且可以从5G频段和2.4G频段以及其他支持的频段(诸如6G等)中选择。
在本发明的一个实施例中，所述信道使用率(CU)的度量是按照下式，基于最后30秒测得的信道使用率信息来提供的：
CU＝(前15秒CU*30+后15秒CU*70)/100，
其中在这30秒的测量中，后15秒占70％的权重，前15秒占30％的权重。
在本发明的一个实施例中，所述噪声干扰(NI)的度量是按照下式，基于最后30秒测得的虚警与信道空闲评估的比率来确定的：
NI＝(前15秒NI*30+后15秒NI*70)/100，
其中在这30秒的测量中，后15秒占70％的权重，前15秒占30％的权重。
在本发明的一个实施例中，所述客户端连接率(CA)的度量是按照下式，基于链路中两个节点设备当前频段上的总客户端数与这两个节点设备所有共有频段上的总客户端数的百分比来确定的：
CA＝(两个节点设备当前频段上的总客户端数/这两个节点设备所有共有频段上的总客户端数)*100，
其中所述客户端连接率(CA)在2.4G频段下的权重更高。
在本发明的一个实施例中，所述接收信道功率参数(RCPI)的度量是按照下式，基于指定信道上的前导码和整个帧的射频功率来确定的：
RCPI＝取整{(以dBm为单位的功率+110)×2}，
其中：-110dBm<功率<0dBm。
在本发明的另一实施例中，公开了一种计算机系统，包括用于执行根据本发明的一个实施例的上述方法中的各步骤的装置。
在本发明的又一实施例中，公开了一种存储指令的计算机可读存储介质，所述指令在由处理器执行时用于执行根据本发明的一个实施例的上述方法中的各步骤。
在结合附图研读了下文对本发明的具体示例性实施例的描述之后，本发明的其他方面、特征和实施例对于本领域普通技术人员将是明显的。尽管本发明的特征在以下可能是针对某些实施例和附图来讨论的，但本发明的全部实施例可包括本文所讨论的有利特征中的一个或多个。换言之，尽管可能讨论了一个或多个实施例具有某些有利特征，但也可以根据本文讨论的本发明的各种实施例使用此类特征中的一个或多个特征。以类似方式，尽管示例性实施例在下文可能是作为设备、系统或方法实施例进行讨论的，但是应当领会，此类示例性实施例可以在各种设备、系统、和方法中实现。
附图说明
为了能详细理解本公开的以上陈述的特征所用的方式，可参照各方面来对以上简要概述的内容进行更具体的描述，其中一些方面在附图中阐示。然而应该注意，附图仅阐示了本公开的某些典型方面，故不应被认为限定其范围，因为本描述可允许有其他等同有效的方面。
图1a、1b、1c示出了用于EasyMesh组网的现有无线回传方式以及根据本发明的实施例的无线交叉频段回传方式。
图2示出了根据本发明的一个实施例的无线交叉频段回传模块的框图。
图3示出了根据本发明的一个实施例的无线交叉频段回传方法的流程图。
具体实施方式
以下将参考形成本发明一部分并示出各具体示例性实施例的附图更详尽地描述各个实施例。然而，各实施例可以以许多不同的形式来实现，并且不应将其解释为限制此处所阐述的各实施例；相反地，提供这些实施例以使得本公开变得透彻和完整，并且将这些实施例的范围完全传达给本领域普通技术人员。各实施例可按照方法、系统或设备来实施。因此，这些实施例可采用硬件实现形式、全软件实现形式或者结合软件和硬件方面的实现形式。因此，以下具体实施方式并非是局限性的。
各流程图中的步骤可通过硬件(例如，处理器、引擎、存储器、电路)、软件(例如，操作系统、应用、驱动器、机器/处理器可执行指令)或其组合来执行。如本领域普通技术人员将理解的，各实施例中所涉及的方法可以包括比示出的更多或更少的步骤。
下文中将通过框图、数据流图以及方法流程图对本公开的各方面进行详细描述。
图1a、1b、1c示出了用于EasyMesh组网的现有无线回传方式以及根据本发明的实施例的无线交叉频段回传方式。
如图1a所示，当前EasyMesh无线组网中节点设备间只考虑在同一个频段(如图1a中的5GHz频段)进行回传链路的选择，并且路径选择时的考虑因素也仅仅限于信号强度。因此，现有的无线回传方式缺少路径选择和频段选择的灵活性。
本发明的技术方案能够除了考虑传统的信号强度因子(即本发明中的接收信道功率)，还能够增加信道使用率、噪声干扰、客户端连接率等因子，从能更准确地提供无线回传链路选择，并且针对不同实际使用场景，不同组网设备之间还能选择5G、2.4G或其他支持的频段(诸如6G等)进行无线交叉回传，以确保更好的链路质量
对于频段的灵活选择，因为5G频段在短距离有更高的数据传输速率和更快的速度，但在空气或障碍物中传播时衰减较大；而2.4G频段信号频率低，传输速率低，但在空气或障碍物中传播时衰减较小，传播距离更远，因此，对于双频的EasyMesh设备，无线回传需要根据实际使用场景更精确、更灵活地来选择更为合理的无线回传频段。
如图1b所示，不同于图1a中均采用5GHz频段来进行回传，节点设备B到节点设备C的链路基于信道使用率、噪声干扰、客户端连接率和接收信道功率参数来改为采用2.4GHz频段，这是因为结合与2.4GHz频段对应的权重，基于链路基于信道使用率、噪声干扰、客户端连接率和接收信道功率参数来计算得到了该链路的最小链路度量，该最小链路度量使得整条路径(即节点设备A→节点设备B→节点设备C)的路径度量可以变得更小，这将在下文中被详细地描述。
可见，本发明的技术方案改变了原本所有组网设备间都只在5G频段或者2.4G频段回传的局限性，实现所有组网设备可通过交叉频段进行无线回传，进一步优化实际无线回传链路质量，最大化无线带宽的使用率，提升家庭用户实际复杂环境场景下的组网性能。
除了图1b所示的拓扑之外，图1c示出了采用本发明的无线交叉频段回传方式的更复杂拓扑的示例。虽然在图1c中只示出了2.4GHz和5GHz这两个频段，但本领域技术人员可以理解，该示例也支持其他合适的频段，诸如6GHz等。在该示例中，当考虑无线交叉频段回传时，可能的路径选择就会变得非常复杂。以下表1示出了这3台EasyMesh节点设备之间的无线组网路径选择。
Figure BDA0003286968570000061
表1：3台EasyMesh节点设备之间的无线组网路径选择
如本领域技术人员可以理解的，以上表1仅仅示例性地示出了3台EasyMesh节点设备之间的无线组网路径选择，本发明不限于三台节点设备及其组成的拓扑。
从表1中可见，当拓扑改变或者更多无线的节点设备加入，可能的最佳路径选择会增加很多。因此，需要一种更灵活的方式来解决并满足环境的不断变化，这将在下文中更详细地描述。
图2示出了根据本发明的一个实施例的无线交叉频段回传模块的框图。
如图2所示，示例性的三个无线交叉频段回传模块202、204、206可被实现在各自的EasyMesh节点设备A、B、C(如图1c所示)中，并且这三个节点设备组成了如图1c所示的拓扑。本领域技术人员可以理解的，图2中的无线交叉频段回传模块(以及其中实现该无线交叉频段回传模块的节点设备A、B、C)的数量仅仅是示例性的，并且所组成的拓扑结构也是示例性的，图2所示的三个无线交叉频段回传模块(以及其中实现该无线交叉频段回传模块的节点设备A、B、C)及其组成的拓扑结构仅仅是为了阐明本发明的各实施例而示出的，而不旨在限制本发明的范围。
在本发明的一个实施例中，当其中实现无线交叉频段回传模块202的节点设备A从上一级节点设备接收到封包时，无线交叉频段回传模块202，具体而言是无线交叉频段回传模块202中的路径选择组件基于所在节点设备A与下一级节点设备之间的所有路径的路径度量来选择最佳频段和最佳路径。
具体而言，作为示例而非限制，如果无线交叉频段回传模块202中的路径选择组件确定下一级节点设备是无线交叉频段回传模块206所在的节点设备C，则所有可能路径包括AB+BC以及AC，即所有路径可包括从当前节点设备A，经过零个或更多个中间节点设备(节点设备B)到达下一级节点设备(节点设备C)的所有可能路径。
每条路径由该路径中的所有节点设备中的每一对相邻节点设备之间的链路组成，在该示例中，路径AB+BC由链路AB和BC组成，路径AC由链路AC组成。
路径度量是一条单路径的开销，它可能通过信号强度或者其他因素来评估每个节点的链路质量。按图2所示的拓扑来看，无线交叉频段回传模块202中的路径选择组件可确定：从节点设备A到节点设备C的路径的最佳度量是路径AB+BC(以下简称为路径1)的路径度量和路径AC(以下简称为路径2)的路径度量中的最小值，如下式所示：
A→C最佳度量＝最小值(|AB|度量+|BC|度量，|AC|度量)。
在该上下文中，由于路径1由AB链路和BC链路组成(即，每一对相邻节点设备之间的链路)，因此路径1的路径度量是AB链路和BC链路的链路度量之和，并且由于路径2仅仅包括一个链路，即AC链路，因此路径2的路径度量即AC链路的链路度量。
随后，无线交叉频段回传模块202中的路径选择组件计算所有可能路径中的各个链路的链路度量。
在本发明的一个实施例中，无线交叉频段回传模块202中的路径选择组件可按照下式，基于链路的信道使用率(CU)、噪声干扰(NI)、客户端连接率(CA)和接收信道功率参数(RCPI)并结合上述各项在不同频段下的权重来计算链路电路：
链路度量＝[(CU*Wcu)+(NI*Wni)+(CA*Wca)-(RCPI*Wrcpi)]/4，其中Wcu、Wni、Wca和Wrcpi分别是信道使用率(CU)、噪声干扰(NI)、客户端连接率(CA)和接收信道功率参数(RCPI)在使用不同频段时的权重，权重是因频段而异的，并且每条链路的链路度量取的是根据对应于不同频段的不同权重计算得到的链路度量中的最小值。
在上述实施例中，链路度量的计算方式需要结合不同频段所对应的权重的原因是：因为5G频段在短距离有更高的数据传输速率和更快的速度，但在空气或障碍物中传播时衰减较大；而2.4G频段信号频率低，传输速率低，但在空气或障碍物中传播时衰减较小，传播距离更远，因此对于双频的EasyMesh设备，无线回传需要根据实际使用场景更精确、更灵活地来选择更为合理的无线回传频段和路径选择。
由此，在以上用于计算链路度量的公式中，通过分别用5Ghz和2.4GHz所对应权重计算出不同频段下的链路度量，并取最小值作为当前链路的链路度量。
在本发明的一个实施例中，因为2.4G频段频宽、封包传输速度等和5G频段都不一样，所以2.4G频段和5G频段因子权重应略有不同，如下表所示(作为示例而非限制)：
Figure BDA0003286968570000091
表2：2.4G频段和5G频段下的各个参数的权重值
当计算出链路的链路度量的最小值时，无线交叉频段回传模块202中的频段选择组件可确定计算出该最小链路度量时所使用的频段(即，在计算出最小链路度量时使用的是该频段所对应的一组权重)并将其作为该链路的最佳频段。
在本发明的一个实施例中，在计算链路度量时，无线交叉频段回传模块202中的路径选择组件按照下式，基于最后30秒测得的信道使用率信息来计算信道使用率(CU)的度量：
CU＝(前15秒CU*30+后15秒CU*70)/100，其中在这30秒的测量中，后15秒占70％的权重，前15秒占30％的权重。
在本发明的一个实施例中，在计算链路度量时，无线交叉频段回传模块202中的路径选择组件按照下式，基于最后30秒测得的虚警与信道空闲评估的比率来确定噪声干扰(NI)的度量：
NI＝(前15秒NI*30+后15秒NI*70)/100，其中在这30秒的测量中，后15秒占70％的权重，前15秒占30％的权重。
在本发明的一个实施例中，在计算链路度量时，无线交叉频段回传模块202中的路径选择组件按照下式，基于链路中两个节点设备当前频段上的总客户端数与这两个节点设备所有共有频段上的总客户端数的百分比来确定客户端连接率(CA)的度量：
CA＝(两个节点设备当前频段上的总客户端数/这两个节点设备所有共有频段上的总客户端数)*100，
其中所述客户端连接率(CA)在2.4G频段下的权重更高。
在本发明的一个实施例中，在计算链路度量时，无线交叉频段回传模块202中的路径选择组件按照下式，基于指定信道上的前导码和整个帧的射频功率来确定接收信道功率参数(RCPI)的度量：
RCPI＝取整{(以dBm为单位的功率+110)×2}，其中：-110dBm<功率<0dBm。
由此，无线交叉频段回传模块202可确定从节点设备A到节点设备C的最佳路径以及该最佳路径中的一个或多个链路所采用的最佳频段。
在本发明的一个实施例中，如果无线交叉频段回传模块202中的路径选择组件确定A→C最佳路径是路径2，即直接从节点设备A到节点设备C，则节点设备A采用由无线交叉频段回传模块202中的频段选择组件确定的链路AC的最佳频段来将接收到的封包直接发送至节点设备C。
在本发明的另一实施例中，如果无线交叉频段回传模块202中的路径选择组件确定A→C最佳路径是路径1，即从节点设备A经由节点设备B到节点设备C，则节点设备A采用由无线交叉频段回传模块202中的频段选择组件确定的链路AB的最佳频段来将接收到的封包发送至节点设备B。随后，节点设备B中的无线交叉频段回传模块204以相同的方式确定到节点设备C的最佳路径和最佳频段，或者可采用节点设备A中的无线交叉频段回传模块202所确定的最佳路径和最佳频段。
图3示出了根据本发明的一个实施例的无线交叉频段回传方法300的流程图。
方法300开始于步骤302，在当前节点设备处接收来自上一级节点设备的封包。在本发明的一个实施例中，节点设备可以是EasyMesh节点设备。
在步骤304，基于当前节点设备与下一级节点设备之间的所有路径的路径度量来选择最佳频段和最佳路径，该最佳频段和最佳路径基于所有路径中具有最小路径度量的路径来选择。
在本发明的一个实施例中，所有路径可包括从当前节点设备，经过零个或更多个中间节点设备到达下一级节点设备的所有可能路径，并且每条路径由该路径中的所有节点设备中的每一对相邻节点设备之间的链路组成。
在本发明的一个实施例中，路径度量可以是所对应的路径中的所有链路的链路度量之和。
在本发明的一个实施例中，链路度量可按照下式，基于链路的信道使用率(CU)、噪声干扰(NI)、客户端连接率(CA)和接收信道功率参数(RCPI)并结合上述各项在不同频段下的权重来计算：
链路度量＝[(CU*Wcu)+(NI*Wni)+(CA*Wca)-(RCPI*Wrcpi)]/4，
其中Wcu、Wni、Wca和Wrcpi分别是信道使用率(CU)、噪声干扰(NI)、客户端连接率(CA)和接收信道功率参数(RCPI)在使用不同频段时的权重，权重是因频段而异的，并且每条链路的链路度量取的是根据对应于不同频段的不同权重计算得到的链路度量中的最小值。
在本发明的一个实施例中，最佳频段可以是计算得到最小链路度量时所使用的频段，并且可以从5G频段和2.4G频段以及其他支持的频段(诸如6G等)中选择。
在本发明的一个实施例中，信道使用率(CU)的度量是按照下式，基于最后30秒测得的信道使用率信息来提供的：
CU＝(前15秒CU*30+后15秒CU*70)/100，
其中在这30秒的测量中，后15秒占70％的权重，前15秒占30％的权重。
在本发明的一个实施例中，噪声干扰(NI)的度量是按照下式，基于最后30秒测得的虚警与信道空闲评估的比率来确定的：
NI＝(前15秒NI*30+后15秒NI*70)/100，
其中在这30秒的测量中，后15秒占70％的权重，前15秒占30％的权重。
在本发明的一个实施例中，客户端连接率(CA)的度量是按照下式，基于链路中两个节点设备当前频段上的客户端数与这两个节点设备所有共有频段上的总客户端数的百分比来确定的：
CA＝(两个节点设备当前频段上的总客户端数/这两个节点设备所有共有频段上的总客户端数)*100，
其中所述客户端连接率(CA)在2.4G频段下的权重更高。
在本发明的一个实施例中，接收信道功率参数(RCPI)的度量是按照下式，基于指定信道上的前导码和整个帧的射频功率来确定的：
RCPI＝取整{(以dBm为单位的功率+110)×2}，
其中：-110dBm<功率<0dBm。
最后，在步骤306，采用该最佳频段和所述最佳路径来将该封包发送至下一级节点设备。方法300结束。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种用于EasyMesh组网的无线交叉频段回传方法，所述方法包括：
在当前节点设备处接收来自上一级节点设备的封包；
基于所述当前节点设备与下一级节点设备之间的所有路径的路径度量来选择最佳频段和最佳路径，所述最佳频段和所述最佳路径基于所述所有路径中具有最小路径度量的路径来选择；以及
采用所述最佳频段和所述最佳路径来将所述封包发送至所述下一级节点设备。
2.如权利要求1所述的方法，其中节点设备是EasyMesh节点设备。
3.如权利要求1所述的方法，其中所述所有路径包括从所述当前节点设备，经过零个或更多个中间节点设备到达所述下一级节点设备的所有可能路径，并且每条路径由该路径中的所有节点设备中的每一对相邻节点设备之间的链路组成。
4.如权利要求3所述的方法，其中所述路径度量是所对应的路径中的所有链路的链路度量之和。
5.如权利要求4所述的方法，其中所述链路度量是按照下式，基于链路的信道使用率(CU)、噪声干扰(NI)、客户端连接率(CA)和接收信道功率参数(RCPI)并结合上述各项参数在不同频段下的权重来计算的：
链路度量＝[(CU*Wcu)+(NI*Wni)+(CA*Wca)-(RCPI*Wrcpi)]/4，
其中Wcu、Wni、Wca和Wrcpi分别是信道使用率(CU)、噪声干扰(NI)、客户端连接率(CA)和接收信道功率参数(RCPI)在使用不同频段时的权重，所述权重是因频段而异的，并且
其中每条链路的链路度量取的是根据对应于不同频段的不同权重计算得到的链路度量中的最小值。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述最佳频段是计算得到最小链路度量时所使用的频段，并且从5G频段和2.4G频段以及其他支持的频段中选择。
7.如权利要求5所述的方法，其中所述信道使用率(CU)的度量是按照下式，基于最后30秒测得的信道使用率信息来提供的：
CU＝(前15秒CU*30+后15秒CU*70)/100，
其中在这30秒的测量中，后15秒占70％的权重，前15秒占30％的权重。
8.如权利要求5所述的方法，其中所述噪声干扰(NI)的度量是按照下式，基于最后30秒测得的虚警与信道空闲评估的比率来确定的：
NI＝(前15秒NI*30+后15秒NI*70)/100，
其中在这30秒的测量中，后15秒占70％的权重，前15秒占30％的权重。
9.如权利要求5所述的方法，其中所述客户端连接率(CA)的度量是按照下式，基于此链路中两个节点设备当前频段上的总客户端数与这两个节点设备所有共有频段上的总客户端数的百分比来确定的：
CA＝(两个节点设备当前频段上的总客户端数/这两个节点设备所有共有频段上的总客户端数)*100，
其中所述客户端连接率(CA)在2.4G频段下的权重更高。
10.如权利要求5所述的方法，其中所述接收信道功率参数(RCPI)的度量是按照下式，基于指定信道上的前导码和整个帧的射频功率来确定的：
RCPI＝取整{(以dBm为单位的功率+110)×2}，
其中：-110dBm＜功率＜0dBm。
11.一种用于Mesh组网的同步配置获取和下发的计算机系统，包括用于执行如权利要求1到10中的任一项所述的方法的装置。
12.一种存储指令的计算机可读存储介质，所述指令在由处理器执行时用于如权利要求1到10中的任一项所述的方法。
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