CN1833409A

CN1833409A - 无线网络系统中的信道协调

Info

Publication number: CN1833409A
Application number: CNA2004800226106A
Authority: CN
Inventors: T·赫尔比希
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Philips Intellectual Property and Standards GmbH; Koninklijke Philips NV
Priority date: 2003-08-07
Filing date: 2004-07-28
Publication date: 2006-09-13
Anticipated expiration: 2024-07-28
Also published as: US20060217067A1; JP5086638B2; JP2007502039A; US8054781B2; DE602004013336T2; EP1654836A1; DE602004013336D1; CN1833409B; WO2005015839A1; EP1654836B1; ATE393516T1

Abstract

ISM频带中的无线网络通常是通过放置将终端彼此相连并与网络相连的接入点来建立的。这种状况有可能在没有协调就个别建立网络的时候引发问题，例如在公寓建筑的不同公寓中。依照本发明，接入点建立彼此相连的通信信道，以便以合作方式来协调和优化频率/信道的使用。非常有利的是，在这种网络中可以减少干扰出现。

Description

无线网络系统中的信道协调

当前，无线局域网(LAN)已被开发出来，以此用增强的方式来取代有线LAN。在用于数据通信的无线LAN中，其中存在多个能够进行无线通信的(移动)网络站(例如个人计算机、电信设备等等)。与有线LAN相比，由于网络站在LAN覆盖的区域中的布局非常灵活，并且没有电缆和连接，因此，无线LAN中的数据通信的用途更多。

无线LAN通常是依照ISO-IEC 8802-11国际标准(IEEE802.11)规定的标准来实现的。IEEE 802.11描述的是用于无线LAN系统的标准，该系统工作在2.4～2.5GHz的ISM(工业、科学与医学)频带上。这个ISM频带在全世界都可以使用，并且允许进行未经许可的扩频通信系统操作。对美国和欧洲来说，2,400～2,483.5MHz的频带已被分配，但对其他某些国家、例如日本来说，2.5～2.4GHzISM频带的另一部分已被分配。IEEE802.11标准集中在用于以接入点(AP)为基础的网络以及自组织网络的MAC(介质访问控制)和PHY(物理层)协议。

在基于AP的无线网络中，群组或小区内部的站可以直接与AP进行通信。AP则会将消息转发到同一小区内部的目的站，或者通过有线分布式系统将其转发到另一个AP，由此该消息最终将会到达目的站。在自组织网络中，所述站以对等级别运作，其中并不存在AP或(有线)分布式系统。

802.11标准支持三种PHY协议，即DSSS(直接序列扩展频谱)、SHSS(跳频扩展频谱)以及结合了PPM(脉冲位置调制)的红外通信。所有这三种PHY全都提供了1和2Mbit/s的比特率。此外，IEEE 802.11还包括扩展协议11a和11b，这些扩展协议提供了附加的更高比特率：在相同的2.4～2.5GHz的ISM频带内部，扩展协议11b提供的是大小为5.5和11M比特/秒的比特率以及大小为1和2M比特/s的基本DSS比特率。扩展协议11a提供的则是高比特率OFDM(正交频分复用调制)PHY标准，该标准在5GHz的频带中提供的是大小为6～54M比特/秒的比特率。

ISM频带中的这种无线网络通常是通过放置接入点来建立的，这些接入点将终端彼此相连，并且将它们连接到诸如公共电话交换网(PSTN)、综合服务数字网ISDN或分组交换公用数据网PSPDN之类的核心网络。每一个DSSS-AP可以在一条信道上工作。信道数量则取决于使用无线LAN的受管理区域(例如美国的2.4GHz频带中有11条信道)。在ISO/IEC880211，ANSI/IEEE标准802.11版本1999-00-00中可以找到这个数字。如果信道距离至少是3，那么使用不同信道的重叠小区可以在无干扰的情况下同时运作。

ISM频带中的这种无线网络通常是通过放置接入点来建立的，这些接入点将终端彼此相连，并且将其连接到诸如公共电话交换网PSTN、综合业务数字网ISDN或分组交换公用数据网PSPDN之类的核心网络。因此，如果网络是通过个别地放置接入点并设定信道来建立的，那么有可能出现干扰增大之类的问题。举例来说，如果ISM频带中的无线网络是以未协调方式建立的，例如是在公寓建筑物的不同公寓建立的，则有可能经常出现上述情况。在这种情况下，在个别网络中有可能出现很高干扰，由此导致质量和带宽下降。此外，这种未协调网络有可能具有很低的频谱效率，并且由此可能导致系统容量过早饱和。

本发明的目的是提供一种针对无线网络系统中的接入点(AP)的通信信道所进行的改进式协调。

依照本发明的示范性实施例，上述目标是通过无线网络解决的，该网络包括用于给第一终端提供第一通信信道的第一接入点，以及用于给第二终端提供第二通信信道的第二接入点。依照本发明的这个示范性实施例的一个方面，第一接入点被适配成建立到第二接入点的第三通信信道，从而协调第一和第二通信信道的设置。

非常有利的是，依据本发明的这个示范性实施例，可以提供无线网络系统，其接入点能以合作方式协调并优化终端的某个邻域(neighborhood)的频率或信道使用情况。非常有利的是，与没有执行接入点的通信信道设置协调的系统相比，出现干扰的情况有可能减少，并且系统的频谱效率有可能得到改进。

依照权利要求2所述的本发明的另一个示范性实施例，第一接入点为另一个接入点执行检测。由此，非常有利的是，诸如第一接入点之类的新接入点可以处于其他已有小区附近。然后，依照本发明的无线网络系统中的接入点可以自动检测其他网络点，并且协调信道设置。由此可以避免由于重叠小区以及未协调信道所导致的出现问题的情况。

依照权利要求3所述的本发明的另一个示范性实施例，第一接入点被适配成确定是否存在任何空闲信道。如果第一接入点确定存在空闲信道，那么这些空闲信道将被设定和/或分配给其他接入点，由此减少干扰并提高频谱效率。

依照权利要求4所述的本发明的另一个示范性实施例，如果没有空闲信道，那么第一接入点将会从其他接入点请求干扰和信道使用接入点，然后则根据第一接入点计算得到的优化信道布局来执行信道分配。非常有利的是，由于本发明的这个示范性实施例，在这里将会执行信道(例如频率)的合作小区优化。

依照权利要求5所述的本发明的另一个示范性实施例，其中可以通过执行分群来使规定范围以内的接入点分成合作接入点群组。依照本发明这个实施例的一个方面，所述群组可以依照从无线电性能推导得到的邻近程序来分配。

依照本发明的另一个示范性实施例，通信信道对应的是ISM频带中的频率。

依照权利要求7所述的本发明的另一个示范性实施例，其中提供了接入点设备，以便在无线网络系统中使用，其中依照本发明的这个示范性实施例的一个方面，所述接入点被适配成构建连至另一个接入点的通信信道，从而协调通信信道的设置。依照本发明这个示范性实施例的一个方面，用于协调信道设置的通信信道可以借助核心网络或是无线网络来建立。这样则可以用一种未协调方式来提供接入点，其中该接入点可以处于已有网络附近，然后，该接入点可以结合周围网络的其他接入点来自动协调其信道设置。

权利要求8～10提供了依照本发明的接入点的另一个示范性实施例。

依照权利要求11所述的本发明的另一个示范性实施例，其中提供了一种对无线网络接入点进行操作的方法、由此可以建立到另一个接入点的通信信道，从而协调通信信道的设置。非常有利的是，由于本发明的这个示范性实施例，在相邻无线网络或无线网络小区中引发的干扰是可以减少的。

权利要求12提供了依照本发明的方法的另一个示范性实施例。

可以看出的是，作为本发明示范性实施例的要旨，在这里提供了至少一个接入点，该接入点借助核心网络或以无线方式构建了连至另一个接入点的通信信道，以便协调彼此之间的频率/信道使用情况。依照本发明的一个方面，一旦接通第一接入点，那么它可以扫描周围的附近地区的信道/频率使用情况，并且构建无线电连接映射(map)。这个映射可以长久更新。一旦检测到无线电达到范围内部的另一个接入点，那么它会建立与所述接入点相连的控制连接。如果存在用于与“他的”终端进行通信的空闲信道/频率，那么该接入点将会选择这种空闲频率/信道，或者可以向其他接入点分配这其中的某一条空闲频率/信道，从而与相应分配的终端进行通信。举例来说，如果没有空闲频率/信道，那么专用网络点将会从其他接入点请求干扰和信道使用映射，以便基于这些干扰和信道使用映射来计算优化的频率/信道布局，其中所述专用网络点可以是具有最高或最低标识符的网络点。由此，频率/信道将被分配给接入点。

本发明的这些和其他方面将通过参考下文描述的实施例而变得清楚并得到阐述。

在下文中将参考以下附图来描述本发明的示范性实施例：

图1显示的是依照本发明示范性实施例的无线网络系统的简化示意图。

图2a和2b显示的是用于操作图1所示的无线网络系统的方法的示范性实施例的简化操作序列图，其中该系统包含了依照本发明的接入点。

图1显示的是网络系统的示范性实施例的简化示意图，其中包含了依照本发明示范性实施例的接入点。

图1中的参考数字2表示的是用于与终端T₁～T_n以及在其间建立无线电通信的第一接入点AP1，其中所述终端T1～T4则是用参考数字4表示的。终端4可以被调整成处于小区6以内，所述小区则是由接入点AP2的无无线电到达范围确定的。如接入点AP1 2与另一个接入点AP2 8之间的通信链路16所示，接入点AP1 2被适配成与另一个接入点AP2 8建立通信。接入点AP2 8则限定了另一个无线电小区10。接入点AP2 8被调整成提供往来于终端T₁…T_n 4以及其间的通信。此外，接入点AP1 2以及AP2 8分别被适配成经由通信链路18和20来与另一个接入点AP3 12进行通信。接入点AP3 12则限定了另一个无线电小区14，以便提供往来于终端T₁…T_n 4以及其间的通信。接入点2、8、12与终端T₁…T_n 4之间的通信是借助了ISM频带的无线电通信。接入点2、8、10之间的通信可以是借助同样处于ISM频带的空中信道的无线通信，也可以借助诸如PSTN网络、ISDN网络或PSPDN网络之类的核心网络来进行。

图2a和2b显示的是对无线网络系统进行操作的方法的简化操作序列图，其中该系统包含了依照本发明的示范性实施例的接入点。

尽管图2a和2b描述的是在接入点AP1、AP2以及AP3之间进行的频率协调的事实，但是图2a和2b所示的依照本发明的示范性方法并不局限于频率协调，而是一般性地适用于信道分配。

从图2a中可以了解，当在步骤S1中为接入点AP1加电之后，接入点AP1将会在步骤S2中就空闲频率而执行频率扫描。然后，如果AP1发现空闲频率、即无线电到达范围内部的别的接入点并未使用的频率，那么接入点AP1会在步骤S3中选择第一频率F1，以便与“他的”终端4进行通信，其中所述终端是处于该接入点自身的无线电到达范围所定义的自身无线电小区6内部的终端。

与之并行的是，当在步骤S17中为接入点AP2加电之后，接入点AP2会在步骤S18中就空闲频率而执行频率扫描。同样，与之并行的是，当在步骤S27中加电之后，接入点AP3会在步骤S28中就空闲频率而执行扫描。

接入点AP1、AP2以及AP3在步骤S2、S18以及S28中执行的频率扫描主要包含的是判定在邻域中是否存在其他接入点。如果在步骤S2、S18以及S28中发现其他频率，则在相应接入点中确定在邻域中存在其他接入点。

当AP1在步骤S2中进行频率扫描的过程中，其他接入点AP2和AP3仍旧处于初始化阶段，并且尚未有效执行与其终端4的任何通信，因此，如果AP1发现空闲信道并且没有在邻域中发现其他接入点，那么AP1会在步骤S 3中选择频率F1，并且开始与其终端4进行通信。在AP2和AP3的扫描步骤S18和S28中，由于AP1已经在频率F1上进行传送，因此AP2和AP3中的每一个都会在步骤S18和S28的频率扫描过程中检测到别的接入点，即AP1。因此，如步骤S19和S29所示，依照本发明的一个方面，AP2和AP3将会建立到AP1的控制信道。换句话说，依照本发明的一个方面，如果在先前的频率扫描中已经识别出另一个接入点，那么依照本发明示范性实施例的接入点将会建立到另一个接入点的控制信道。

依照本发明的另一个方面，其中选择了专用接入点来执行频率协调，在这里，该接入点是具有最低标识符的接入点。然而，依照本发明这个示范性实施例的变体，在这里也可以选择接入点中具有最高标识符的接入点或者任意选定的接入点来执行频率协调。接入点之间的通信可以用无线方式执行，也可以借助核心网络执行。同样，通信可以借助多跳连接来执行。

举例来说，如果AP2在步骤S18的频率扫描中判定已经确定了频率，那么该方法将会继续进行到步骤S21，其中接入点AP1将会协调AP2的频率设置，以便在步骤S4和S21中将频率F2分配给AP2。然后，AP2可以使用频率F2来发起或者继续其与其终端4的通信。之后，AP2的操作将会从步骤S21继续进行到步骤S22，并且在这里结束。

在步骤S30，AP3将会判定是否存在空闲信道。如果在步骤S30中确定存在空闲信道，那么AP1将会协调AP3的频率设置，以便在步骤S5和S31中将空闲频率F3分配给AP3。然后，AP3的操作将会从S31继续进行到S32，并且在这里结束。

如上所述，接入点AP1、AP2以及AP3之间用于将空闲信道F1、F2和F3分配给AP1、AP2和AP3的所有通信都可借助无线电路径或核心网络来执行。同样，应该指出的是，尽管在AP1、AP2和AP3之间只显示了少量用于设置通信频率F1、F2和F3的通信箭头，但在接入点AP1、AP2以及AP3之间还可以进行图2a中并未显示的更多通信，例如从AP2到AP1的关于已经在步骤S20确定空闲信道的通信，以及从AP3到AP1的关于已经在步骤S30中确定空闲信道的通信。

如果在步骤S20和S30中确定没有空闲信道，那么AP2和AP3的操作将会继续进行到步骤S23和S33。在步骤S23和S33中，AP2和AP3将会触发AP1中的频率优化。如图2a底部圆圈包围的B以及图2b顶部圆圈包围的B所示，该方法将会从步骤S23继续进行到步骤S24。如图2a底部和图2b顶部圆圈包围的C所示，操作将会从步骤S33继续进行到步骤S34。

在AP1中，操作将会从步骤S5继续进行到步骤S6，其中将会确定是否触发了频率优化。如果在步骤S6中确定尚未触发频率优化，那么该方法将会继续进行到步骤S7，并且在这里结束。

如果在步骤S6中确定AP2或AP3已经触发频率优化，那么如图2a底部以及图2b顶部圆圈包围的A所示，该方法将会继续进行到步骤S8。

在步骤S8，AP1将会向AP2和AP3请求信道使用/干扰映射。

AP2和AP3可以被适配成在频率扫描步骤S18以及S28中自动确定或实施相应的信道使用/干扰映射。在步骤S24，AP2将其自身的信道使用/干扰映射传送到AP1，而AP1则在步骤S9中对其进行接收。在步骤S24，AP3将其自身的信道使用/干扰映射传送到AP1，而AP1则在步骤S10中对其进行接收。然后，在步骤S11，AP根据接收到的信道使用/干扰映射来确定优化的频率/信道布局。

优化频率/信道布局的确定可以基于上至高复杂性的算法的任意分配，例如用于离线确定移动电信网络的算法。对在步骤S11中确定优化布局的方法所做出的选择而言，这种选择可以相对于AP1中提供的计算装置来选定。此外，对在步骤S11中所用方法所进行的选择也可以取决于AP1的可用性以及，以及相应接入点的实施方式所能允许的计算强度。

在非常密集的设置中，系统引入的接入点的数目有可能很高，由此导致产生用于传递控制信息的某些开销，并且还会急剧增加用于计算布局的工作量。依照本发明的一个方面，在步骤S11和S12中随后可以执行分群算法，依照该算法，全部接入点分成了合作接入点的群组。其中举例来说，这种分群可以根据从无线电性能导出的邻近范围、即相应接收的无线电信号的强度来实施。一旦达到某个规定数量的接入点，则可以自动执行这种分群。

此外，虽然这种群组可以独立运作，但是由于每一个群组中都会独立进行判定，因此有可能出现相应频率的来回翻转的情况。依照本发明这个示范实施例的另一个方面，与群组内部的网络相类似，每一个群组的专用接入点随后可以在其间再次建立控制网络，并可以使用核心网络或是无线网络来交换它们计算的优化布局，由此可以根据已确定的相应专用网络点的优化布局来执行进一步优化。换句话说，一个专用接入点可以根据来自另一个群组中的另一个专用网络点的优化布局以及从自身群组中的其他接入点接收的信道使用/干扰映射来确定优化布局。因此，在这里可以实现一种分层系统，并且非常有利的是，借助该系统可以将用于传递控制信息的开销减至最小。

AP1的操作将会从步骤S11中优化布局的计算或确定继续进行到步骤S12，在这里，根据接收到的信息，AP1将会基于优化布局来为AP1～AP3选择并分配频率F4～F6。如上所述，如果实现了分层系统，那么频率的选择和分配还可以基于其他群组中的其他专用接入点的优化布局。然后，在后续步骤S13，AP1会将F5分配给AP2，而AP2则会在S25中对其进行设置，由此AP2现在可以使用频率F5来继续或者初始化其与其终端的通信。AP2的操作则会从步骤S25继续进行到步骤S26，并且在这里结束。在步骤S14中，AP1设置和将频率F6分配给AP3，其中它在步骤S35中设置。然后，当在步骤S35中设置了频率F6之后，AP3可以使用频率F6来继续或者初始化其与其终端的通信。然后，AP3的操作继续进行到步骤S36，并且在这里结束。

步骤S13、S25、S14以及S35中所必需的通信可以借助无线空中链路来实现，也可以借助核心网络来实现。

然后，AP1的操作将会继续进行到步骤S15，其中会将频率F4设定成与AP1的终端4进行通信的通信频率。然后，AP1的操作将会从S15继续进行到步骤S16，并且在这里结束。

参考图2a和2b所描述的操作适用于ISM频带或其它频带中的无线局域网和个人局域网的任何实施方式。例如，本发明可以被适配并且应用于2.5和5GHz频带中的IEEE802.11网络、Hiperlan/2或其他网络。

非常有利的是，由于本发明，接入点能以合作方式协调和优化终端的一定领域中的频率/信道使用。

此外，非常有利的是，依照本发明，在这里可以提供这样的接入点，其中在包含扫描邻域所用频率的初始加电的时候，该接入点将会与该邻域中的其他AP建立逻辑连接，以便选择可用信道并协调信道设置。此外，依照本发明这个示范实施例的一个方面，在网络操作过程中，在接入点之间有可能交换用于显示相应接入点的邻域中的相应信道使用/干扰映射的那些信道使用/干扰映射，由此可以执行自动优化。此外，这种定期更新和交换的信道使用/干扰映射可被发送到专用接入点，然后，该接入点将会计算优化的频率使用模式，并且将其分发给接入点，用于新层的适配。

Claims

1.一种无线网络系统，包括；第一接入点，用于给第一终端提供第一通信信道；以及第二接入点，用于给第二终端提供第二通信信道；其中，第一接入点被适配成构建到第二接入点的第三通信信道，以便协调第一和第二通信信道的设置。

2.根据权利要求1的无线网络系统，其中，第一接入点被适配成执行第二接入点的检测；并且第一接入点被适配成在借助核心网络和无线信道中的至少一个检测到第二接入点的时候，建立到第二接入点的第三连接。

3.根据权利要求1的无线网络系统，其中，第一和第二通信信道是无线信道；其中第一接入点被适配成确定是否存在第一空闲信道和第二空闲信道；并且其中如果存在第一和第二空闲信道，那么第一接入点将被适配成根据第一和第二空闲信道来控制第一和第二通信信道的设置。

4.根据权利要求3的无线网络系统，其中，如果没有第一和第二空闲信道，那么第一接入点将被适配成确定第一干扰和信道使用映射；其中如果没有第一和第二空闲信道，那么第一接入点将被适配成向第二接入点请求第二干扰和信道使用映射；其中第一接入点被适配成根据第一和第二干扰和信道使用映射来确定优化的信道布局；以及其中第一接入点被适配成根据优化布局来控制第一和第二通信信道的设置。

5.根据权利要求4的无线网络，其中，将多个第三接入点分配给第一接入点，以便协调到相关终端的通信信道；并且其中将多个第四接入点分配给第二接入点，以便协调到相关终端的通信信道。

6.权利要求1的无线网络，其中，第一和第二通信信道对应于ISM频带中的第一和第二频率。

7.一种用于无线网络系统的接入点设备，其中，所述接入点设备被适配成：给一个终端提供第一通信信道；以及构建到另一个接入点的第二通信信道，以便协调第一通信信道的设置。

8.根据权利要求7的接入点设备，其中，该接入点设备还被适配成：执行对其他接入点的检测；并且在借助核心网络和无线信道中的至少一个检测到其他接入点的时候，建立到其他接入点的第二通信信道。

9.根据权利要求7的接入点设备，其中，第一通信信道是无线信道；其中第一接入点还被适配成确定是否存在第一空闲信道；并且其中如果存在第一空闲信道，那么第一接入点还被适配成根据第一空闲信道来控制第一通信信道的设置。

10.根据权利要求9的接入点设备，其中如果没有第一空闲信道，那么第一接入点还被适配成确定第一干扰和信道使用映射；其中如果没有第一空闲信道，那么第一接入点还被适配成向其他接入点请求第二干扰和信道使用映射；其中第一接入点还被适配成根据第一和第二干扰和信道使用映射来确定优化信道布局；并且其中第一接入点被适配成根据优化布局来控制第一通信信道的设置。

11.一种用于操作无线网络接入点的方法，该方法包括以下步骤：给终端提供第一通信信道；以及构建到另一个接入点的第二通信信道，以便协调该通信信道的设置。

12.权利要求11的方法，还包括以下步骤：执行对其他接入点的检测；在借助核心网络和无线信道中的至少一个检测到其他接入点的时候，建立到其他接入点的第二通信信道；确定是否存在第一空闲信道；如果存在第一空闲信道，则根据第一空闲信道来控制第一通信信道的设置；如果没有第一空闲信道，则确定第一干扰和信道使用映射；如果没有第一空闲信道，则向其他接入点请求第二干扰和信道使用映射；根据第一和第二干扰和信道使用映射来确定优化的信道布局；以及根据优化布局来控制第一通信信道的设置。