CN1918813B - 无线设备中的自适应发送功率控制 - Google Patents

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Abstract

在无线网络中，发送功率电平可被交互地调整以在变化的网络环境中保持期望的网络负载水平和/或数据吞吐量。

Description

无线设备中的自适应发送功率控制
背景
在无线局域网(WLAN)中，可将网络中各设备的发送功率减至低于最大电平以保持设备的电池电量。但是改变发送功率电平会影响通信过程的其他方面。将发送功率减小到一定的电平之下则会导致接收机处因为信号太弱而无法正确接收。相反地，若功率增加过多则会导致设备间和/或相邻系统间的干扰问题。这些问题会因引起数据速率的下降和/或重发的增加而降低整个通信过程的效率。
发送功率控制的传统方法对站移动性或其他可变条件可引发整个网络环境中经常改变的高可变网络环境来说过于简单。
附图说明
通过参考随后的说明以及用于说明本发明实施例的附图就可理解本发明。在所述附图中：
图1根据本发明的一个实施例示出了响应于网络参数调整发送功率的方法流程图。
图2根据本发明的一个实施例示出了基于吞吐量调整发送功率的方法流程图。
图3根据本发明的一个实施例示出了基于网络负载调整发送功率的方法流程图。
图4根据本发明的一个实施例示出了使用无线设备的部分网络示意图。
具体实施方式
在随后的说明中阐明了多种具体细节。然而应该理解就算没有这些具体细节也能实践本发明的实施例。在其他实例中，未详细示出已知的电路、结构和技术以避免淡化对本说明书的理解。
对“一个实施例”、“一实施例”、“示例实施例”、“各实施例”等指的是如此描述的本发明的实施例可包括特定特征、结构或特性，但不是每个实施例都必须包括特定的特征、结构或特性。此外，重复使用的短语“在一个实施例中”可以指同一实施例，但无需总是指同一实施例。
在随后的说明和权利要求中，会使用术语“耦合”和“连接”以及它们的变体。应该理解这些术语并不相互同义。相反地在某些实施例中，“连接”用于指示相互直接物理或电气连接的两个或更多元素。而“耦合”则意味着直接物理或电气连接的两个或更多元素。尽管“耦合”也指不相互直接连接，但仍然相互协作或交互动作的两个或更多元素。
在本文件的上下文中，使用术语“无线”及其变体描述可使用已调制的电磁辐射经由非固体介质进行数据通信的电路、设备、系统、方法、技术、通信信道等等。该术语并非暗示相关设备不含有任何电线，虽然在某些实施例中的确不含有。
除非另外特别指出，否则从随后的讨论中可以显见本说明通篇使用的诸如“处理”、“计算”、“计算的”、“确定”之类的术语涉及计算机或计算系统或者类似的电子计算设备的动作和/或过程，所述电子设备将表示为所述计算系统的寄存器和/或存储器内诸如电子的物理量的数据操作或变换成类似地表示为计算系统的存储器、寄存器或其他此类信息存储、传输或显式设备内物理量的其他数据。
以类似的方式，术语“处理器”可指处理来自寄存器和/或存储器的电子数据的任何设备或设备的一部分，用以将那些电子数据转换成可被存储在寄存器和/或存储器内的其他电子数据。“计算平台”可以包括一个或多个处理器。
除非特别指出，否则在此用于描述普通物体的序数形容词“第一”、“第二”、“第三”等只是指出了所涉及类似物体的不同实例，而非暗示需要以给定的时间、空间、排序或任何其他方式的顺序描述这些物体。
可以在硬件、固件和软件的一个或组合中实现本发明的实施例。也可将本发明的实施例实现为存储在机器可读介质上的指令，该指令可由计算平台读取并执行以实现在此描述的操作。机器可读介质可以包括用于以机器(例如，计算机)可读形式存储或发送信息的任何机制。例如，机器可读介质可以包括：只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)、磁盘存储介质、光存储介质、闪存设备、电气、光学、声学或其他传播信号形式(例如，载波、红外信号、数字信号、发送和/或接收这些信号的接口等)等等。
本发明的各实施例可以包括基于对特定网络参数的观察，动态调整发送功率以影响该网络参数。在一个实施例中，所述网络参数可以是特定设备的吞吐量，即该设备在特定时间间隔内所发送的数据量。在另一个实施例中，网络参数可以是网络负载，即网络中的介质在相关信道上忙碌的时间分数。
图1根据本发明的一个实施例示出了响应于网络通信量参数调整发送功率的方法流程图。网络通信量参数可以是基于观察到的通信容量的各种参数的任一个，诸如：1)一个或多个设备的数据吞吐量、或者2)由多个设备影响的网络负载，虽然本发明的各实施例并不限于这两个实例。在流程图10中，过程可以通过在110确定用于当前发送功率设置的网络通信量参数的值来初始化。此值可通过观察、测量、计算或者另外经由任何可用的手段和信息确定特定参数值来确定。在某些实施例中，可以在110之前将发送功率的初始值设为缺省值(未示出)，但是在其它实施例中可以使用导出的发送功率当前值。
在120通过提高或降低功率电平来改变所述发送功率电平。对于提高或降低的选择、做出这种选择的方式以及改变量的多少都是基于未在图1所述实例中提及的许多因素。在130则可基于在这一新功率电平上的传输来确定新的网络通信量参数值。如果该网络通信量参数值有所改善——如在140确定的，则发送功率在150会以与先前变化相同的方向再次变化(即，如果先前变化是提高则提高，而如果先前变化是降低则降低)。如果该网络通信量参数值没有改善——如在140确定的，则确定发送功率在160会以与在前变化相反的方向变化。在上述任一情况下，都可在130处为这一新的发送功率设置确定网络通信量参数的新值并重复该循环。由此就能通过使用网络通信量参数值的变化作为反馈，反复调节发送功率以动态保持网络通信量参数处于特定范围内。可以连续地、定期地、不定期地或以任何可行的方式重复该循环。本说明书中所使用的“改善”的定义可以取决于网络通信量参数的类型、期望的结果和/或其他因素而变化。
图2根据本发明的一个实施例示出了基于吞吐量调整发送功率的方法流程图。可以使用各种方法确定吞吐量，诸如但不限于：1)给定时段内发送的数据量、2)给定时段内通过发送队列传递的数据量、3)给定时段内有效接收的数据量。在某些实施例中，单个网络设备可以控制其自身的发送功率并能确定其自身的数据吞吐量，而无需考虑其他设备的那些因素，但是其他实施例并不限于这一方面。在某些实施例中，单个网络设备可以测量该网络中一个或多个设备的吞吐量并且通过指示发送功率调整或指示这些设备要使用的新发送功率电平的分组传输来控制所述一个或多个设备的发送功率。
在流程图20中，可以在210将发送功率的当前值初始化为预定值，其中该预定值在一特定实施例内可以是该设备支持的最大值，虽然本发明的其它实施例不限于这一方面。在215，所述过程等待直到分组多到足以做出统计学上有效的传输吞吐量已被缓冲的确定。在某些实施例中，215处的循环还可包括即便在累积了足够分组时仍需等待一个最小时间周期。在由215表示的等待周期内也可以执行其他过程，而这些过程可以包括发送不用于流程图20吞吐量评估的分组。一旦累积了足够的分组，就在220以当前的发送功率值发送这些分组，并且为这些传输确定吞吐量的当前值。一旦确定了吞吐量的值，就在225和245把当前的发送功率电平分别与功率电平的最小值和最大值进行比较。这些最小和最大功率电平可以基于各种准则来设置，诸如但不限于：1)设备支持的功率电平范围、2)通信误差低于特定阈值的功率电平范围以及3)发送设备中的电池储量。
如果当前发送功率电平的设置并非在最小值之上，则如225处所确定的，随后就跳过在更低功率电平处对系统的评估过程(230-235-240)以避免功率电平降至该最小值之下。但若是当前发送功率电平的设置在最小值之上，则如225处所确定的，就基于新近被发送的数据在230降低功率、发送更多数据并确定新的吞吐量。在235，如果这一新的吞吐量值与220处确定的吞吐量相比变化不充分(在这里“充分”指代多于预定量)，就保持这一新的功率电平并考虑作为流程图20下一个循环的当前功率电平。如果这一新的吞吐量值变化充分，则如235处所确定的，在240重新将功率电平恢复到与在220确定的吞吐量相关联的值并且在245将该功率电平与预定最大值功率电平相比较。
如果功率电平并未低于最大值，正如245所确定，随后就跳过在更高功率电平处对系统的评估过程(250-255-260)以避免功率电平升至该最大值之上。但若是当前发送功率电平的设置小于该最大值，正如245所确定，就在250增加功率、发送新数据并确定新的吞吐量。在255，如果这一新功率电平上的吞吐量值与220处确定的吞吐量相比已经充分增加，则保持这一新的功率电平并考虑作为流程图20下一个循环的当前功率电平。如果这一新的吞吐量值未充分增加，正如255所确定，则在260重新将功率电平恢复到与在220确定的吞吐量相关联的值并且通过流程图20开始新的循环。可以定期或不定期地重复流程图20的过程以基于对吞吐量的结果影响的反馈连续调整发送功率电平。
图3根据本发明的一个实施例示出了基于网络负载调整发送功率的方法流程图。网络负载是指示介质在信道上忙碌的时间分数，其中“忙碌”包括观察设备传输以及由观察设备检测到的其他设备的传输。此外，代替对实际传输的监视，还可通过检查发送队列中用于传输的数据缓冲量来估计“忙碌”。在某些实施例中，可以通过组合对发送队列的监视和检查来确定“忙碌”。传输包括但不限于传输数据和/或传输载波和/或检测信道上高于某些阈值的能量。用来确定指示网络负载的值有许多种方式，包括但不限于：1)忙碌时间除以用于观察的总流逝时间、2)介质现在正忙碌的时间量除以在所有站都已缓冲了通信量时介质将忙碌的时间量、以及3)乘以或除以预定数字的介质忙碌时间量。对介质的观察可以在网络中的单个点上或在网络中的多个点上连同集体合并的值做出。网络负载可表示为分数、百分数、数值或任何其他可行的方式。网络可以包括各种组件，例如在一个实施例中的网络可以包括能够在一个或多个检测点上在同一信道上接收可检测传输的所有设备。可以通过直接测量、计算、其他技术或它们的结合来确定网络负载。为确定网络负载值的计算可以在单个设备中或分配给多个设备执行。
在流程图30中，在310处发送数据并且基于这些发送确定网络负载的当前值。可以通过任何可行的技术，包括前述和其他未描述的技术来确定网络负载。在320处可比较网络负载的当前值和预定的最小目标值。目标值范围可以包括期望保持的实际网络负载的值的范围，而其最小值和最大值则分别位于该范围的下限和上限。在一个特定实施例中，范围的宽度可以接近零，即最小值和最大值大致相等。
如果网络负载的值低于最小值，则如320处判定的，可在330降低发送功率，否则就在340处比较网络负载的值和预定的最大目标值。如果网络负载的值大于最大值，则在350处就增加发送功率。随后就可使用当前功率电平(无论其是在330处的减小值设置、在350处的增加值设置或是在320和340处确定位于目标范围内的未改变值)在下一估计阶段进行传输，其中在所述估计阶段中则可通过流程图30在下一个循环期间在310确定网络负载。在某些实施例中，可以通过360处的等待周期分开贯穿流程图30始终的连续循环。在某些实施例中，可以将网络负载的目标范围有意设置在低于实际或理论最高限度网络负载之下，从而能够观察并校正超出该范围的增量。
图1至图3描述的循环都能以期望和/或可行的方式定期或不定期地重复。通过基于观察到的操作条件对发送功率进行动态调整，就能做出反复调整以保持发送功率处于适应操作条件变化的电平上。在某些实施例中，被观察值和比较值之间的差值在被认为有效之前必须超过一个预定的增量阈值，但是本发明的其它实施例不限于这一方面。
图4根据本发明一个实施例示出了使用无线设备的一部分网络的示意图。在某些实施例中，无线设备可以由接入点(AP)或移动站(STA)组成，无线设备可以包括AP或STA，或者无线设备可以是更大装置的一部分。在其它实施例中，也可以使用除了AP和STA之外的其他设备，虽然本发明不限于这一方面。AP 410被示为具有天线420以便分别与STA 431至434经由它们的天线441至444进行通信，虽然实际的天线可能与所示的结构不同。在某些实施例中，一些或全部设备可以具有多个天线，而不是所示实施例中的单个天线。在某些实施例中，部分或全部的天线可以是相对全向的，而在其它实施例中这些天线可以是相对定向的。在示出的实施例中，AP 410可能已经与STA 431至434建立起通信。所述通信可以使用任何可行的技术，诸如但不限于；频分多址(FDMA)、码分多址(CDMA)、超宽带(UWB)、空分多址(SDMA)以及它们的组合技术等等。在某些实施例中，多组设备(例如，各自与不同组的STA通信的多个AP)可以共享和/或合并网络参数值以适应功率变化对比图4示出的更多设备组的影响。
前述说明是示意性而非限制性的。本领域普通技术人员可以对其进行变化。这些变化旨在包含在仅由所附权利要求的精神和范围限定的本发明各实施例中。

Claims (27)

1.一种用于在无线网络内进行通信的方法，包括：
在第一发送功率电平下发送数据；
在所述第一发送功率电平下确定网络通信量参数的第一值；
确定不同于所述第一发送功率电平的第二发送功率电平；
在所述第二发送功率电平下发送数据；
在所述第二发送功率电平下确定网络通信量参数的第二值；
其中所述网络通信量参数基于由单个网络设备所观察到的通信容量。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定第一值包括确定第一吞吐量值，而所述确定第二值包括确定第二吞吐量值。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该方法还包括随后响应于如下的两部分条件之一，以所述第二发送功率电平发送数据，所述条件是：
所述第二发送功率电平小于所述第一发送功率电平，且所述第二吞吐量值约等于所述第一吞吐量值；以及
所述第二发送功率电平大于所述第一发送功率电平，且所述第二吞吐量值大于所述第一吞吐量值。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，该方法还包括随后响应于如下的两部分条件之一，以所述第一发送功率电平发送数据，所述条件是：
所述第二发送功率电平小于所述第一发送功率电平，且所述第二吞吐量值并不约等于所述第一吞吐量值；以及
所述第二发送功率电平大于所述第一发送功率电平，且所述第二吞吐量值并不大于所述第一吞吐量值。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定第一值包括确定第一网络负载值，而所述确定第二值包括确定第二网络负载值。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述确定第二发送功率电平包括响应于所述第一网络负载值小于目标值而确定第二发送功率电平小于所述第一发送功率电平。
7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述确定第二发送功率电平包括响应于所述第一网络负载值大于目标值而确定第二发送功率电平大于所述第一发送功率电平。
8.一种用于在无线网络内进行通信的设备，包括：
用于在单个网络设备中在第一发送功率电平下发送数据的装置；
用于在单个网络设备中基于在所述第一发送功率电平下的传输，确定第一数据吞吐量值的装置；
用于在不同于所述第一发送功率电平的第二发送功率电平下发送数据的装置；
用于基于在所述第二发送功率电平下的传输，确定第二数据吞吐量值的装置；以及
用于在单个网络设备中基于在所述第一和第二数据吞吐量值之间的比较，将后续发送功率电平设定为所述第一发送功率电平和所述第二发送功率电平之一的装置。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，
所述第二发送功率电平小于所述第一发送功率电平，并且
所述设定包括响应于确定所述第二数据吞吐量值约等于所述第一数据吞吐量值，将所述后续发送功率电平设定为所述第二发送功率电平。
10.如权利要求8所述的设备，其特征在于，
所述第二发送功率电平大于所述第一发送功率电平，并且；
所述设定包括响应于确定所述第二数据吞吐量值大于所述第一数据吞吐量值，将所述后续发送功率电平设定为所述第二发送功率电平。
11.如权利要求8所述的设备，其特征在于，所述第一和第二发送功率电平都小于预定的最大发送功率电平并大于预定最小发送功率电平。
12.一种用于在无线网络内进行通信的设备，包括：
用于在单个网络设备中设置第一发送功率电平的装置；
用于在单个网络设备中在第一发送功率电平下发送数据的装置；
用于在单个网络设备中基于在所述第一发送功率电平下发送的数据确定第一网络负载值的装置；
用于在单个网络设备中比较所述网络负载值与预定范围的网络负载值的装置；以及
用于在单个网络设备中基于所述比较的结果为数据的后续数据传输改变所述发送功率电平的装置。
13.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述用于改变的装置包括用于响应于所述网络负载值小于所述预定范围的最小值，而降低用于后续传输的所述发送功率电平的装置。
14.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述用于改变的装置包括用于响应于所述网络负载值大于所述预定范围的最大值，而增加用于后续传输的所述发送功率电平的装置。
15.如权利要求12所述的设备，其特征在于，所述改变的装置包括如下之一：
用于响应于所述网络负载值大于所述预定值，而增加用于后续传输的所述发送功率电平的装置；以及
用于响应于所述网络负载值小于所述预定值，而减小用于后续传输的所述发送功率电平的装置。
16.一种用于在无线网络内进行通信的装置，包括：
单个网络设备，用于：
确定第一发送功率电平；
在所述第一发送功率电平下发送数据；
至少部分基于在所述第一发送功率电平下的传输，确定网络通信量参数的第一值；
确定与所述第一发送功率电平不同的第二发送功率电平；
在所述第二发送功率电平下发送数据；以及
至少部分基于使用所述第二发送功率电平的传输，确定网络通信量参数的第二值；
其中所述网络通信量参数是基于由移动站所观察到的通信容量；
其中确定以及发送的操作均是在所述单个网络设备内执行的。
17.如权利要求16所述的装置，其特征在于，
所述网络通信量参数是数据吞吐量参数；
所述单个网络设备还响应于所述第二发送功率电平小于所述第一发送功率电平并且所述第二值约等于所述第一值，而在所述第二发送功率电平下后续发送数据；以及
所述单个网络设备还响应于所述第二发送功率电平小于所述第一发送功率电平并且所述第二值不约等于所述第一值，而在所述第一发送功率电平下后续发送数据。
18.如权利要求17所述的装置，其特征在于，
所述单个网络设备还响应于所述第二发送功率电平大于所述第一发送功率电平并且所述第二值大于所述第一值，而在所述第二发送功率电平下后续发送数据；以及
所述单个网络设备还响应于所述第二发送功率电平大于所述第一发送功率电平并且所述第二值并不大于所述第一值，而在所述第一发送功率电平下后续发送数据。
19.如权利要求16所述的装置，其特征在于，
所述网络通信量参数是网络负载参数；并且
所述单个网络设备还响应于所述第一值小于第一预定值，而将所述第二发送功率电平设定为小于所述第一发送功率电平。
20.如权利要求19所述的装置，其特征在于，所述单个网络设备还响应于所述第一值大于第二预定值，而将所述第二发送功率电平设定为大于所述第一发送功率电平。
21.如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述第一预定值是预定范围值内的最小值而所述第二预定值是预定范围值内的最大值。
22.一种用于在无线网络内进行通信的系统，包括：
单个网络设备，包括全向天线，所述单个网络设备用于：
确定第一发送功率电平；
在所述第一发送功率电平下发送数据；
至少部分基于在所述第一发送功率电平下的传输，确定网络通信量参数的第一值；
确定与所述第一发送功率电平不同的第二发送功率电平；
在所述第二发送功率电平下发送数据；以及
至少部分基于使用所述第二发送功率电平的传输，确定网络通信量参数的第二值；
其中所述网络通信量参数基于所观察到的通信容量。
23.如权利要求22所述的系统，其特征在于，
所述网络通信量参数是数据吞吐量参数；
所述单个网络设备还响应于所述第二发送功率电平小于所述第一发送功率电平并且所述第二值约等于所述第一值，而在所述第二发送功率电平下后续发送数据；以及
所述单个网络设备还响应于所述第二发送功率电平小于所述第一发送功率电平并且所述第二值不约等于所述第一值，而在第一发送功率电平下后续发送数据。
24.如权利要求23所述的系统，其特征在于，
所述单个网络设备还响应于所述第二发送功率电平大于所述第一发送功率电平并且所述第二值大于所述第一值，而在第二发送功率电平下后续发送数据；以及
所述单个网络设备还响应于所述第二发送功率电平大于所述第一发送功率电平并且所述第二值并不大于所述第一值，而在第一发送功率电平下后续发送数据。
25.如权利要求22所述的系统，其特征在于，
所述网络通信量参数是网络负载参数；并且
所述单个网络设备还响应于所述第一值小于第一预定值，将所述第二发送功率电平设定为小于所述第一发送功率电平。
26.如权利要求25所述的系统，其特征在于，所述单个网络设备还响应于所述第一值大于第二预定值，将所述第二发送功率电平设定为大于所述第一发送功率电平。
27.如权利要求26所述的系统，其特征在于，所述第一预定值是预定范围值内的最小值而所述第二预定值是预定范围值内的最大值。
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