TWI466575B - 用於無線區域網路的方法及無線存取點 - Google Patents

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Description

用於無線區域網路的方法及無線存取點
本發明總體涉及無線區域網路，並且更具體地，涉及用於無線區域網路空中傳輸時間公平性的系統和方法。
諸如智慧型電話和平板計算裝置的無線設備持續激增，增加了尋求無處不在的Wi-Fi連接的移動設備的總數。此類移動設備上的高新應用程式和網際網路使用的快速引入增加了在企業環境中網路支援的挑戰。特別是，企業面臨在其無線區域網路(LAN)環境中識別它們構建中最佳實踐的重大挑戰。
隨著無線連接速度的提升，無線LAN技術進一步發展。因而無線網路需配置為支援多種設備類型，包括傳統802.11 a/b/g設備、允許速度超過100Mbit/s的目前802.11n設備、以及允許速度超過1Gbit/s的未來802.11AC設備。此類無線LAN連接的上限將繼續推進，因而增加了無線LAN網路在確定的地域和混合的無線裝置上提供充分支援的負擔。
企業需制定構建和維護其無線LAN環境的適當的策略。隨著更多的僅支援無線的設備進入市場並且更多的個體將此類設備帶入企業環境，此類計畫的費用將會增加。在沒有適當的無線LAN策略的情況下，企業現存網路部署將由產生不令人滿意的網路性能的點所左右。
該領域中的趨勢表明，隨著行動網路的負擔變得過重，將更依賴Wi-Fi技術。現在，行動網路的操作人員更加重視記入移動設備的資料速率。
(1)一種方法，包括：通過無線存取點對通道的第一利 用率度量進行第一監控，所述第一監控包括識別第一時間週期期間的所述第一監控檢測到所述通道上的能量的時間部分；通過所述無線存取點在第二時間週期期間針對與所述無線存取點相關聯的多個基地台對所述通道的第二利用率度量進行第二監控，所述第二監控包括識別所述第二時間週期期間的所述第二監控檢測到由所述無線存取點發送至所述多個基地台或由所述無線存取點從所述基地台接收的資料流量的時間部分；基於所述第一利用率度量和所述第二利用率度量，確定所述通道的可用性；以及，在所述多個基地台之間分配所確定的所述通道的所述可用性。
(2)根據(1)所述的方法，其中，所述確定包括計算1-U1+U2，其中，U1是第一利用率度量，並且U2是第二利用率度量。
(3)根據(1)所述的方法，其中，所述第一監控考慮與所述基地台不相關聯的第二無線存取點對所述通道的利用率。
(4)根據(1)所述的方法，其中，所述第一監控考慮與所述無線存取點不相容的其他設備對所述通道的利用率。
(5)根據(1)所述的方法，其中，所述分配包括通過所述無線存取點將各計數器分配至所述多個基地台中的每個，所述計數器用於監控所述多個基地台中的每個使用所述通道的程度。
(6)根據(5)所述的方法，還包括：當確定出與所述多個基地台中的第一基地台相關聯的計數器超過閾值水準時，丟棄從所述多個基地台中的所述第一基地台接收的資料包。
(7)根據(1)所述的方法，其中，所述確定被週期性執行。
(8)一種方法，包括：基於通道能量檢測度量和基地台利用率度量，確定通道的可用性，所述通道能量檢測度量代表第一時間週期期間的在所述通道上檢測到能量的第一時間百分率，並且所述基地台利用率度量代表第二時間週期期間的在無線存取點和多個基地台之間檢測到通訊的第二時間百分率；以及，在所述多個基地台之間分配所確定的所述通道的所述可用性。
(9)根據(8)所述的方法，其中，所述確定包括計算1-U1+U2，其中，U1是所述通道能量檢測度量，並且U2是所述基地台利用率度量。
(10)根據(8)所述的方法，其中，所述通道能量檢測度量考慮與所述基地台不相關聯的第二無線存取點對所述通道的利用率。
(11)根據(8)所述的方法，其中，所述通道能量檢測度量考慮與所述無線存取點不相容的其他設備對所述通道的利用率。
(12)根據(8)所述的方法，其中，所述分配包括：通過所述無線存取點將各計數器分配至所述多個基地台中的每個，所述計數器用於監控所述多個基地台中的每個使用所述通道的程度。
(13)根據(12)所述的方法，還包括：當確定出與所述多個基地台中的第一基地台相關聯的計數器超過閾值水準時，丟棄從所述多個基地台中的所述第一基地台接收的資料包。
(14)根據(8)所述的方法，其中，所述確定被週期性執行。
(15)一種無線存取點，包括：無線收發器，能夠經由通訊通道與多個基地台進行通訊，以及，控制器，在所述多個基地台之間分配可用的佔用時長，所述可用的佔用時長基於通道能量檢測度量和基地台利用率度量來確定，所述通道能量檢測度量代表第一時間週期期間的在所述通訊通道上檢測到能量的第一時間百分率，並且所述基地台利用率度量代表第二時間週期期間的在所述無線存取點和所述多個基地台之間檢測到通訊的第二時間百分率。
(16)根據(15)所述的無線存取點，其中，所述可用的佔用時長通過計算1-U1+U2確定，其中，U1是所述通道能量檢測度量，並且U2是所述基地台利用率度量。
(17)根據(15)所述的無線存取點，其中，所述通道能量檢測度量考慮與所述基地台不相關聯的第二無線存取點對所述通道的利用率。
(18)根據(15)所述的無線存取點，其中，所述通道能量檢測度量考慮與所述無線存取點不相容的其他設備對所述通道的利用率。
(19)根據(15)所述的無線存取點，其中，所述分配將各計數器分配至所述多個基地台中的每個，所述計數器用於監控所述多個基地台中的每個使用所述通道的程度。
(20)根據(19)所述的無線存取點，其中，當確定出與所述多個基地台中的第一基地台相關聯的計數器超過閾值水準時，所述無線存取點丟棄從所述多個基地台中的所述第一基地台接收的資料包。
以下將詳細說明本發明的各種實施方式。雖然對詳細實施方式進行說明，但應當理解，其僅用於示例的目的。本領域的技術人員應當理解，在不違背本發明的精神和範圍的情況下，可使用其他元件和配置。
隨著無線產業尋求滿足日益增長的對於多媒體內容的需求，無線設備的網路連接速度快速向前推進。當前，普通用戶的頻寬需求以與所使用的高新應用程式以及由作為整體的Wi-Fi網路的擴展的覆蓋範圍提供的增加的連接性相關聯的快速速度增加。因而現在的用戶更寄希望於由無線LAN網路提供的支援的水準。
企業中，無線LAN網路面臨支援各種範圍的設備的挑戰，從傳統的無線設備至允許速度超過Gbit/s的新生代無線設備。企業面臨的一個挑戰在於公平地支援此類混合的裝置的能力。
關於此，公平性是為無線設備提供適當支援的關鍵屬性。為說明公平性的概念，考慮一個支持混合的基地台的無線存取點。在一簡單的實例情景下，與無線存取點相關聯的第一基地台可以300Mbit/s的速度連接，而與該無線存取點相關聯的第二基地台可以1Mbit/s的速度連接。在該情景下，在相同的時間中，第一基地台傳輸和接收的資料量是第二基地台傳輸和接收的資料量的300倍。作為替代，可理解該差異在於，第一基地台與第二基地台傳輸相同量的資料，第一基地台所需的時間是第二基地台的1/300。
應當理解，資料傳輸率的該差異可能是由裝置的類型以及基地台與無線存取點之間的距離所導致。無論如何，當支 援混合的設備時，支援較低速度的傳統設備的一般情景能夠在時間和/或資料方面關於基地台連接性形成不成比例的使用率情景。當考慮支援傳輸速率設計為Gbit/s的新生代802.11AC設備時更是這樣。
與無線存取點相關的基地台之間的公平性的仲裁是確保無線存取點的可接受性能的關鍵機制。未能適當地仲裁此類公平性可導致通過在無線LAN基礎設施中建立比所需容量更大的容量來過渡補償此類“不公平性”的無線LAN部署情景。
因此本發明的一個特徵在於，可通過準確地估算可分配至與無線存取點相關的移動設備站的可用的佔用時長(airtime)來實現無線LAN空中傳輸時間公平性。如以下將詳細說明，估算可用的佔用時長的該機制可與以“公平”方式分配佔用時長至基地台的各種類型的分配機制一起使用。
為說明本發明的特徵，首先參考圖1顯示的示意性無線LAN網路環境。如顯示，無線LAN網路環境100包括佈置在企業中的多個無線存取點(WAP)110-N，以在指定的物理空間上提供完全的無線覆蓋。每個無線存取點110-N可通過網路介面耦合至交換機120。交換機120提供無線存取點110-N至企業網路(未顯示)的進一步連接。
如無線存取點110-N的實例顯示，無線存取點除了耦合至一個或多個天線的無線LAN收發器(WLAN TCVR)，還可包括應用程式處理器(APP PROC)。WLAN TCVR根據支援多個相關基地台(STA)的一個或多個無線標準(例如，802.11 a/b/g、802.11n、802.11AC等)來實現無線通訊。在圖1顯示的實例中，基地台130-M與無線存取點110-N相關聯 ，而基地台140與無線存取點110-2相關聯。
基地台和無線存取點之間的通訊是基於載波監聽機制。該載波機制可由空閒通道評估(Clear Channel Assessment，CCA)表示，其確定在無線存取點和另一基地台之間是否正在發生另一通訊。作為該過程的部分，CCA可檢測和解碼傳入的Wi-Fi信號前導碼，在該信號前導碼上，CCA可指示繁忙介質。如果基地台檢測到繁忙介質，那麼基地台在執行CCA的再評估之前可等待預定的回退時段。
根據本發明，在通道上執行能量檢測，以確定可分佈至所有流量源的通道利用率。此處，意識到以下三種流量可存在於戶外(open-air)通道：類型1流量，其包括無線存取點和與該無線存取點相關聯的基地台之間的單播流量；類型2流量，其包括相同戶外通道上的至/來自其他無線存取點的流量；類型3流量，其包括諸如廣播/多播流量的公共流量、諸如信標的無線分佈服務(WDS)鏈路和管理幀、或可在戶外通道上檢測到的其他設備產生的能量。
圖2顯示可歸因於類型1、類型2和類型3流量的通道能量的實例。如顯示，可以在預定的時間週期(例如，5至10秒)中測量由類型1、類型2和類型3流量生成的在通道上檢測到的能量。此處，時間週期中的在通道上能夠檢測到可歸於類型1、類型2和類型3流量的能量的一部分可表示CCA通道利用率。
在一個實施方式中，該CCA通道利用率可由無線存取點使用能夠實現在預定時間週期上測量通道上的可檢測能量的適當的邏輯、電路和/或代碼進行檢測。例如，無線存取點可在無線存取點的應用程式處理器和/或無線收發器中使用適 當的邏輯、電路和/或代碼，以確定使用一個或多個計時器在通道上檢測能量的時間量。作為該過程的一部分，無線存取點將連續測量是否在通道上檢測到高於閾值水準的能量，從而確定在該時間週期期間可歸於忙碌狀態或可用狀態的時間。在一個實施方式中，該CCA通道利用率結果簡單地由通道處於忙碌狀態的時間百分率表示。
如以上說明，CCA通道利用率的測量可被設計為測量由於類型1、類型2和類型3流量而引起的通道上的活動。為確定可分配至相關聯的基地台的空閒時間的實際量，可歸於類型1流量的時間量被確定。
圖3顯示存在於通道上的類型1流量的量。如顯示，通道上的類型1流量表示由於圖2顯示的類型1、類型2和類型3流量引起的通道上的總的可檢測能量的子集。因此圖2的視圖和圖3的視圖之間的差異可歸因於由類型2和類型3流量產生的可檢測能量。
在一個實施方式中，存在於該通道上的類型1流量的量可由無線存取點通過測量無線存取點和所有相關聯的基地台之間的流量通訊量來確定。在一個實例中，無線存取點和所有相關聯的基地台之間的流量通訊量的測量可通過使用測量此類通訊資料包持續時間的一個或多個計數器來執行。應當理解，測量通訊的具體機制可根據實現方式的不同而變化。重要的是，通過依賴於實現方式的機制來確定可歸因於類型1通訊的佔用時長量相對於總可用時間的度量。在一個實例中，該度量可被表示為總可用時間的百分率。
在本發明中，如圖2中顯示的CCA通道利用率的度量與如圖3顯示的類型1基地台利用率的度量一起可用於確定實 際通道可用性。該測定在圖4中用圖表表示。
如顯示，總的使用時間代表如圖2顯示的通道上總的測得的能量。在圖4的視圖中，該總的測得的能量可分為兩部分：第一部分由類型2和類型3流量表示，而第二部分由類型1流量表示(見圖3)。總的測得的能量被分為此兩個部分是因為將被分配至相關聯的基地台的實際可用時間包括在通道上未檢測到能量的時間以及由於類型1流量引起的時間。此兩個部分的組合在圖4中顯示為可用時間。
如以上說明，無線存取點可被設計為測量CCA通道利用率和類型1基地台利用率。在確定如4中顯示的可用時間的過程中，可使用以下等式： 通道可用性=1-(CCA通道利用率)+(類型1基地台利用率)
為說明該計算，考慮無線存取點確定通道上檢測到的能量是70%的實例。換句話說，只有30%的時間是所考慮的、通道上沒有可檢測能量的時間。進一步假設無線存取點確定通道上類型1流量被測量為30%。根據以上等式，通道可用性將被確定為1-0.70+0.30=0.60。
如該實例顯示，將有60%的通道可用於相關聯的基地台。然後，此確定的時間量將表示能夠在相關聯的基地台之間進行分配的可用時間。例如，在一個實施方式中，每秒中的600ms可在相關聯的基地台之間被分配。因而，如果無線存取點具有六個其支援的相關聯的基地台，則無線存取點可為每個相關聯的基地台分配少於100ms的計數器。在該實例中，少於100ms的佔用時長被分配至每個基地台，使得某些佔用時長留在可用時間中。剩餘的時間可用於容納與無線存取 點相關聯的新的基地台。這將允許無線存取點在原始的六個基地台之間保持現在的時間分佈。
在一個實施方式中，被分配至相關聯的計數器可被用於支配允許流入/流出相關聯的基地台的流量。例如，可對在無線存取點和特定基地台之間通訊的所有測得的流量進行計數，並且所計數的佔用時長可導致計數值的減除。在一個實施方式中，超過歸於特定基地台的時間量將導致無線存取點丟棄接收的資料包。這將導致基地台在接收TCP_ACK消息時被延遲，這將有效的減慢至/來自基地台的流量。
本發明的一個特性在於，在實施一些公平性測量時可結合各種分配方案來使用基於以上說明的機制的、可用時間的確定。實際可用時間的確定可在實施它們的公平性分配方案中為公平性機制提供確定的起始點。由此，被設計為實施計數、標記等的各種公平性演算法可被用於如期望地實施可用時間的相等份額或不等份額。
為進一步說明本發明的特徵，現參考圖5的流程圖，其顯示本發明的過程。如顯示，過程開始於步驟S502，其中無線存取點使用在通道上檢測到的能量來監控總的通道利用率。此處，值得注意，總通道利用率的監控可基於可配置參數週期性地執行。例如，該可配置參數可指示總的通道利用率的測量可每5至10秒執行一次。應當理解，此類測量的具體頻率將是依賴於實現方式的，以提供足夠的粒度來影響期望的公平性控制。
接下來，步驟S504，無線存取點監控通道的基地台利用率。與總通道利用率的監控一樣，類型1流量的此監控可基於可配置參數週期性地執行。此處，值得注意，總通道利用 率的監控週期不必與通道的基地台利用率的監控週期一致。應當理解，週期性將依賴於在生成可用時間(其將在相關聯的基地台之間分配)的充分估算中公平性控制的粒度。
在步驟S502和S504生成了總通道利用率和基地台利用率的度量之後，然後可在步驟S506確定通道的可用性。在一個實施方式中，可使用以上列出的等式來確定通道的可用性。
在通道的可用性被確定之後，可在步驟S508執行所確定的可用時間的分配。如以上說明，可用時間在相關聯基地台之間分配的具體機制根據實現方式而不同。在一個實施方式中，可用時間的分配控制由無線存取點執行。該實施方式代表關於公平性機制的最簡實現方式。在一個實施方式中，該無線存取點將確定如何分配可用時間，然後使用一個或多個佔用時長計數器管理該分配。
在另一個實施方式中，的分配控制可至少部分地受與多個無線存取點通訊的交換機或其他網路設備(一般稱為網路控制器)的影響。在該實施方式中，網路控制器可被設計為分析多個無線存取點的可用時間的相對大小，並確定是否影響無線存取點之間的負載平衡。例如，網路控制器可被設計為引導一個或多個基地台與具有較大的可用時間的特定無線存取點相關聯。
本發明的另一個實施方式可提供機器和/或電腦可讀記憶體和/或介質，其上存儲有機器代碼和/或電腦程式，具有由機器和/或電腦可執行的至少一個代碼段，從而使機器和/或電腦執行此處說明的步驟。
因此，本發明可在硬體、軟體或硬體和軟體的組合形式 下實現。本發明可在至少一個電腦系統中以集中方式實現，或以不同的元素分佈在若干互連的電腦系統的分散式形式實現。可使用適用於執行此處說明的方法的任何類型的電腦系統或其他裝置。
本發明也可嵌於電腦程式產品中，其包括允許執行此處說明的方法的所有特徵，並且當載入電腦系統時可執行此類方法。在本上下文中的電腦程式意思是指令組的以任何語言、代碼或符號的運算式，旨在使系統具有資訊處理的能力，以直接地或在以下情況之後執行具體的功能：a)轉換至另一種語言、代碼或符號；b)以不同物質形態複製。
本發明的此類和其他方面將對參閱了之前的詳細說明的本領域的技術人員變得顯而易見。雖然以上對本發明的大量的主要特徵進行了說明，但對本領域的技術人員顯而易見的是在閱讀了本公開的發明之後，本發明能以其他實施方式出現並且能以各種方式執行和實施，因此以上說明不應理解為排除此類其他實施方式。並且，也應當理解，此處使用的措辭和術語僅用於說明的目的並且不應理解為限制。
100‧‧‧網路環境
110-1~110-N‧‧‧無線存取點
120‧‧‧交換機
130-1~130-M、140‧‧‧基地台
S502~S508‧‧‧步驟
圖1顯示無線區域網路的示意性實施方式。
圖2顯示所有源引起的通道上的能量。
圖3顯示無線存取點和註冊的基地台之間的通道上的通訊。
圖4顯示所確定的通道上的空閒時間的實施方式。
圖5顯示本發明的處理的流程圖。
100‧‧‧網路環境
110-1~110-N‧‧‧無線存取點
120‧‧‧交換機
130-1~130-M、140‧‧‧基地台

Claims (7)

  1. 一種用於無線區域網路的方法，包括：通過無線存取點對通道的第一利用率度量進行第一監控，所述第一監控包括識別第一時間週期期間的所述第一監控檢測到所述通道上的能量的時間部分；通過所述無線存取點在第二時間週期期間對與所述無線存取點相關聯的多個基地台對所述通道的第二利用率度量進行第二監控，所述第二監控包括識別所述第二時間週期期間的所述第二監控檢測到由所述無線存取點發送至所述多個基地台或由所述無線存取點從所述基地台接收的資料流量的時間部分；基於所述第一利用率度量和所述第二利用率度量，確定所述通道的可用性；以及在所述多個基地台之間分配所確定的所述通道的所述可用性；其中，所述分配包括通過所述無線存取點將各計數器分配至所述多個基地台中的每個，所述計數器用於監控所述多個基地台中的每個使用所述通道的程度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的方法，其中，所述確定包括計算1-U1+U2，其中，U1是第一利用率度量，並且U2是第二利用率度量。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的方法，還包括：當確定出與所述多個基地台中的第一基地台相關聯的計數器超過閾值水準時，丟棄從所述多個基地台中的所述第一基地台接收的資料包。
  4. 一種用於無線區域網路的方法，包括：基於通道能量檢測度量和基地台利用率度量，確定通道的可用性，所述通道能量檢測度量代表第一時間週期期間的在所述通 道上檢測到能量的第一時間百分率，並且所述基地台利用率度量代表第二時間週期期間的在無線存取點和多個基地台之間檢測到通訊的第二時間百分率；以及在所述多個基地台之間分配所確定的所述通道的所述可用性；其中，所述分配包括：通過所述無線存取點將各計數器分配至所述多個基地台中的每個，所述計數器用於監控所述多個基地台中的每個使用所述通道的程度。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的方法，其中，所述確定包括計算1-U1+U2，其中，U1是所述通道能量檢測度量，並且U2是所述基地台利用率度量。
  6. 一種無線存取點，包括：無線收發器，能夠經由通訊通道與多個基地台進行通訊；以及控制器，在所述多個基地台之間分配可用的佔用時長，所述可用的佔用時長基於通道能量檢測度量和基地台利用率度量來確定，所述通道能量檢測度量代表第一時間週期期間的在所述通訊通道上檢測到能量的第一時間百分率，並且所述基地台利用率度量代表第二時間週期期間的在所述無線存取點和所述多個基地台之間檢測到通訊的第二時間百分率；其中，所述分配將各計數器分配至所述多個基地台中的每個，所述計數器用於監控所述多個基地台中的每個使用所述通道的程度。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的無線存取點，其中，所述可用的佔用時長通過計算1-U1+U2確定，其中，U1是所述通道能量檢測度量，並且U2是所述基地台利用率度量。
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