TWI495360B - 在密集ｗｉｆｉ網路中干擾管理及網路效能最佳化 - Google Patents

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TWI495360B
TWI495360B TW102112453A TW102112453A TWI495360B TW I495360 B TWI495360 B TW I495360B TW 102112453 A TW102112453 A TW 102112453A TW 102112453 A TW102112453 A TW 102112453A TW I495360 B TWI495360 B TW I495360B
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Description

在密集WIFI網路中干擾管理及網路效能最佳化 相關申請案之交叉參考
本申請案主張對2012年4月6日提出申請且標題為「INTERFERENCE MANAGEMENT AND NETWORK PERFORMANCE OPTIMIZATION IN DENSE WIFI NETWORKS VIA CLOUD-BASED SON SOFTWARE」之美國臨時專利申請案第61/621,316號之優先權，且主張對2012年9月7日提出申請且標題為「DYNAMIC CHANNEL SELECTION IN WI-FI NETWORKS」之美國臨時專利申請案第61/698,426號之優先權，該等美國臨時專利申請案皆出於各種目的併入本文中。
Wi-Fi網路越來越多地用於家庭、辦公室及公共熱點中之高速無線連接。Wi-Fi網路係基於IEEE 802.11族Wi-Fi標準來設計，包含早期的802.11a/b/g標準、當前的802.11n標準及下一代802.11ac標準，其中802.11ac標準提供用於超過每秒十億位元(Gbps)之峰值資料率。此等標準已經設計以將具有相對小的涵蓋區域及低密度部署之存取點(AP)作為目標。在密集部署中，AP之間的干擾可係嚴重的，且Wi-Fi標準缺乏複雜機制以減輕干擾。結果，在密集部署中，當前Wi-Fi系統可展現差的頻譜再使用以及AP及用戶端當中的顯著競爭，從而導致低輸送量及差的終端使用者體驗。
101‧‧‧具Wi-Fi能力之用戶端
102‧‧‧具Wi-Fi能力之用戶端/用戶端
103‧‧‧具Wi-Fi能力之用戶端
104‧‧‧經授權存取點/存取點
106‧‧‧經授權存取點/存取點
108‧‧‧骨幹網際網路
201‧‧‧存取點
202‧‧‧存取點
221‧‧‧用戶端
223‧‧‧用戶端
302‧‧‧Wi-Fi網路管理器
304‧‧‧獨立Wi-Fi存取點
306‧‧‧纜線數據機
308‧‧‧纜線數據機終止系統
310‧‧‧光纖同軸混合電纜網路
312‧‧‧存取點/整合單元
314‧‧‧業者核心網路
316‧‧‧網際網路閘道器
318‧‧‧網際網路
502‧‧‧存取點
504‧‧‧存取點
506‧‧‧局域化區
508‧‧‧局域化區
702‧‧‧存取點
704‧‧‧存取點
706‧‧‧存取點
708‧‧‧存取點
802‧‧‧存取點
804‧‧‧存取點
901‧‧‧存取點
902‧‧‧存取點
903‧‧‧存取點
911‧‧‧用戶端
912‧‧‧用戶端
913‧‧‧用戶端
在下列詳細說明及附圖中揭示本發明之各種實施例。
圖1圖解說明一Wi-Fi網路，其中當一具Wi-Fi能力之用戶端(101、102或103)在任一經授權AP(104或106)之涵蓋區域內時該用戶端可連接至該AP。
圖2A圖解說明當載波感測臨限值(CST)係高的時載波感測半徑係小的。
圖2B圖解說明當CST係低的時載波感測半徑係大的。
圖3圖解說明用於自動地且動態地組態及更新一或多個Wi-Fi網路中之Wi-Fi AP參數以最佳化該一或多個Wi-Fi網路之總網路效能之一Wi-Fi網路管理器之一實施例。
圖4係圖解說明用於自動地且動態地組態及更新一或多個Wi-Fi網路中之Wi-Fi AP參數以最佳化總網路效能之一處理程序之一實施例之一流程圖。
圖5圖解說明可將AP劃分成複數個局域鄰域供用於局域最佳化。
圖6圖解說明可將輸送量圖提供以展示貫穿Wi-Fi網路在不同位置處可用之輸送量。
圖7圖解說明其中主要頻道經指派以使得其主要頻道在同一頻道上之AP最遠離開之一實施例。
圖8圖解說明鄰近AP具有不重疊之主要頻道(標記為P)，而每一AP之次要頻道S2與另一AP之主要頻道重疊。
圖9圖解說明其中AP 902經組態有一低CST而AP 901及AP 903經組態有高CST值之時間間隔。
圖10圖解說明AP 902組態有一高CST而AP 901及AP 903組態有低CST值。
圖11圖解說明由Wi-Fi網路管理器產生之一涵蓋圖之一實施例。
本發明可以大量方式實施，包含作為一處理程序；一設備；一系統；一物質組成；在一電腦可讀儲存媒體上體現之一電腦程式產品；及/或一處理器，諸如經組態以執行儲存於耦合至該處理器之一記憶體上或由該記憶體提供之指令之一處理器。於此說明書中，此等實施方案或本發明可採取之任何其他形式可稱為技術。大體而言，可在本發明之範疇內變更所揭示處理程序之步驟次序。除非另外提及，否則諸如闡述為經組態以執行一任務之一處理器或一記憶體之一組件可實施為經暫時組態以在一既定時間執行該任務之一通用組件或經製造以執行該任務之一特定組件。如本文中使用，術語「處理器」係指經組態以處理諸如電腦程式指令之資料之一或多個裝置、電路及/或處理核。
下文連同圖解說明本發明之原理之附圖一起提供本發明之一或多個實施例之一詳細說明。本發明係結合此等實施例來闡述，但本發明不限於任何實施例。本發明之範疇僅由申請專利範圍限制，且本發明囊括大量替代形式、修改形式及等效形式。在下列說明中列舉大量特定細節以便提供對本發明之一透徹理解。此等細節係出於實例之目的而提供，且本發明可在不具有此等特定細節中之某些或全部之情況下根據申請專利範圍來實踐。為清楚起見，尚未詳細闡述與本發明相關的技術領域中已知的技術材料以免不必要地混淆本發明。
Wi-Fi網路係使用一或多個Wi-Fi AP形成，該一或多個Wi-Fi AP可部署於家庭、公寓、辦公大樓中及作為戶外熱點。圖1圖解說明一Wi-Fi網路，其中當一具Wi-Fi能力之用戶端(101、102或103)在任一經授權AP(104或106)之涵蓋區域內時該用戶端可連接至該AP。一旦一用戶端在一特定AP之涵蓋區域內，由該用戶端接收之信號一般即具有高於連接至彼AP所需之位準之一信號強度。然而，接近該AP之用 戶端通常比較遠離該AP之用戶端接收較強的AP信號，且享受與該較大信號強度相稱之優秀效能。AP連接至骨幹網際網路108，其中經由標準網際網路協定將訊務路由至其用戶端及自其用戶端路由訊務。當一用戶端在多個AP之涵蓋區域內時，通常基於靜態用戶端偏好(例如，一偏好的服務集ID或SSID)或最好的信號強度來選擇用於Wi-Fi連接之AP。舉例而言，圖1中之用戶端102在兩個AP(AP 104及AP 106)之涵蓋區域內，但用戶端102可基於其偏好的SSID而連接至AP 104。取決於所使用之特定Wi-Fi標準，Wi-Fi AP藉助20MHz、40MHz、80MHz或160MHz之頻道頻寬以2.4GHz及5GHz頻譜帶下操作。
減少一Wi-Fi網路中由用戶端經歷之干擾之一種方式係經由頻道分配。圖1圖解說明連接至一特定AP之用戶端可經歷由Wi-Fi網路內之其他AP所致之干擾。一Wi-Fi網路中之無線頻道係跨越所有AP及其用戶端共用。當由具有重疊的涵蓋區域之不同AP同時地使用一既定頻道時，該等AP形成對彼此之用戶端之干擾，如圖1中所展示。此干擾之量取決於諸多因素，包含傳播條件、載波頻率及干擾AP與用戶端之間的距離。在802.11中之頻道分配機制藉由將不同頻道指派給在彼此緊密相鄰內之AP來避免此干擾；此頻道指派可人工地或基於局域量測來完成。藉助此正交頻率再使用，AP使用不同的頻率且最小化AP間干擾。儘管此頻道分配對於避免低密度AP部署而言有效，但在密集部署中，不存在足夠頻道以使得此方法可行。舉例而言，在2.4GHz頻帶中僅三個不重疊頻道可用，使得難以且有時不可能為在此頻帶中操作之具有重疊涵蓋區域之AP各自指派一唯一頻道。
為減輕在同一頻道上操作之相對彼此接近之AP之間的同頻道干擾，使用一第二干擾減輕機制一具有碰撞避免之載波感測多重存取(CSMA/CA)。CSMA/CA藉由在時間上集結兩個AP之傳輸來避免由兩個AP在同一頻道上同時傳輸。在傳輸一訊框之前，一AP監視具有超 過一既定載波感測臨限值(CST)之接收功率之其他Wi-Fi傳輸的無線頻道。該CST定義繞每一傳輸裝置之一載波感測半徑：此半徑內之任何收聽裝置將偵測到高於該CST的干擾。在理想的自由空間傳播中，隨方位角而變之載波感測半徑軌跡為一圓圈。在較典型之操作環境中，由於在不同用戶端位置處經歷的不同遮蔽(shadowing)及多路徑，隨方位角而變的半徑將具有一不規則形狀。一基於隨機退避計時器之機制確保將頻道偵測為已佔用之收聽裝置將不會在該頻道變得不被佔用時立即全部同時地嘗試傳輸。
載波感測在AP之低密度部署中通常有效，其中存在足夠頻道以避免AP之間的干擾，且因此無需侵略式頻率再使用。然而，在密集部署中，藉助使用同一頻道之鄰近AP，載波感測引起侵略式頻率再使用與較高階干擾之間之一折衷，如圖2A及圖2B中所圖解說明。在圖2A中，當CST係高的時，載波感測半徑係小的。因此，AP 201及AP 202將同時地傳輸，導致對另一AP之用戶端的干擾。若此干擾並不阻止成功封包接收，則輸送量係高的；若該干擾足夠高致使封包錯誤，則此等封包需被重新傳輸，從而降低輸送量且增加延遲。在圖2B中，當CST係低時，載波感測半徑係大的。此將阻止AP 201及AP 202同時傳輸。若兩個AP皆具有待傳輸資料，則一個AP將退避，藉此減少其輸送量與增加延遲。
當前Wi-Fi網路使用可係AP特有之一靜態CST。選擇靜態CST極少最佳化網路效能，此乃因兩個鄰近APA及B是否同時地傳輸取決於在AP B處自AP A接收之功率(且反之亦然)是否低於臨限值。此並非使用之最好準則：特別是封包錯誤並非由鄰近AP之間的干擾所引起，而是由一既定AP和與鄰近AP相關聯之用戶端之間的干擾所導致。如圖2B中所展示，在一低CST之情況下，AP 201及AP 202落入各自之載波感測半徑內且因此將絕不同時地傳輸。然而，由於用戶端221遠離 AP 202，且用戶端223遠離AP 201，因此自AP 201至用戶端221之一傳輸可與自AP 202至用戶端223之一傳輸同時地發生，其等之間具有最小干擾。根本上，當AP 201正傳輸時AP 202是否應傳輸應取決於彼干擾對AP 201之用戶端所接收之信號的影響，亦即，其應取決於在AP 201之用戶端處的信號對干擾加雜訊(SINR)。除適應於SINR以外，在將較多AP添加至網路時，CST亦應適應於AP密度，以及適應於用戶端資料要求及改變共用同一頻道之AP的傳播條件。自適應地設定臨限值可增加輸送量且減小封包錯誤機率。
圖3圖解說明用於自動地且動態地組態及更新一或多個Wi-Fi網路中之Wi-Fi AP參數以最佳化該一或多個Wi-Fi網路之總網路效能之一Wi-Fi網路管理器之一實施例。在某些實施例中，Wi-Fi網路管理器302連接至AP且作為一伺服器將服務提供至該等AP。在某些實施例中，Wi-Fi網路管理器302管理該一或多個Wi-Fi網路內之數以千計(或更多)之AP。
圖3圖解說明其中AP使用纜線數據機連接至Wi-Fi網路管理器302及網際網路318之一項例示性實施例。應注意，圖3僅提供為一說明性實例。因此，本發明申請案並不限於此特定實例。舉例而言，由Wi-Fi網路管理器302管理之AP可使用不同於纜線數據機技術之網路技術連接至Wi-Fi網路管理器302，包含數位用戶線(DSL)技術及其他網際網路技術。
如圖3中所展示，由Wi-Fi網路管理器302管理之AP中之某些AP可係獨立Wi-Fi AP 304。另一選擇係，該等Wi-Fi AP中之某些Wi-Fi AP可嵌入至其他裝置中，諸如纜線數據機、DSL數據機及諸如此類。獨立Wi-Fi AP 304可連接至一纜線數據機306，且纜線數據機306可經由一光纖同軸混合電纜(HFC)網路310連接至一纜線數據機終止系統(CMTS)308。CMTS 308可進一步經由一業者核心網路314連接至Wi- Fi網路管理器302。透過一網際網路閘道器316路由自CMTS 308發送至網際網路318之資料封包。由Wi-Fi網路管理器302管理之某些AP(312)可係整合單元，其各自將一纜線數據機及一Wi-Fi AP整合為一單個單元。整合單元312可經由HFC網路310連接至CMTS 308。
在某些實施例中，將一軟體代理程式安裝於AP上。舉例而言，可由一終端使用者或一網路管理者將一件軟體安裝於一AP上。在另一實例中，可自一網站下載一應用程式，且將該應用程式用作該AP與Wi-Fi網路管理器302之間的一代理程式。Wi-Fi網路管理器302可使用不同協定來管理及組態一AP之參數，包含簡單網路管理協定(SNMP)、無線存取點之控制及佈建(CAPWAP)、技術報告069/181(TR-069/TR-181)、命令行介面(CLI)、可延伸標示語言(XML)及諸如此類。
圖4係圖解說明用於自動地及動態地組態及更新一或多個Wi-Fi網路中之Wi-Fi AP參數以最佳化總網路效能之一處理程序400之一實施例之一流程圖。在某些實施例中，處理程序400係在圖3中之Wi-Fi網路管理器302上運行之一處理程序。
在402處，發現安裝於由Wi-Fi網路管理器302管理之Wi-Fi網路中之AP。Wi-Fi網路管理器302經組態以管理AP之一異質群組。該等AP可支援不同Wi-Fi協定，包含802.11a、802.11c、802.11g、802.11n、802.11ac及諸如此類。該等AP可由不同的第三方廠商購買。該等AP中之某些AP可係現貨購買的。因此，由Wi-Fi網路管理器302管理之AP具有各種各樣之能力、可組態參數及介面。Wi-Fi網路管理器302發現Wi-Fi網路內之AP，包含其能力、可組態參數、介面及諸如此類。此資訊可由Wi-Fi網路管理器302用以較佳地搜尋由Wi-Fi網路管理器302管理之任一AP之一組可組態參數以達成改良之總網路效能。舉例而言，由Wi-Fi網路管理器302運行之一搜尋演算法可考量到一特定參 數在一特定AP上不可組態以藉由在一較小組可組態參數上進行搜尋或基於基於該等AP之可組態參數之可組態性對該等AP之一分割來簡化該搜尋而降低搜尋複雜度。
在406處，自AP接收量測資料。由該等AP本端地收集量測資料且然後將其發送至Wi-Fi網路管理器302。由一AP收集之量測資料可包含關於AP之用戶端之資料及關於連接至鄰近AP之用戶端之資料。該量測資料可包含接收信號強度指示(RSSI)、頻道品質指標(CQI)、輸送量、封包錯誤率及諸如此類。RSSI係一所接收無線電信號中存在之功率之一量測。CQI係無線頻道之通信品質之一量測。在某些實施例中，該量測資料係由AP量測之基於Wi-Fi標準之量測資料(例如，基於802.11標準之量測資料)。在某些實施例中，該等AP可收集選用或並非802.11標準中特有之額外量測資料。
在408處，搜尋對與一或多個AP相關聯之Wi-Fi參數之調整以最佳化Wi-Fi總網路效能。由於Wi-Fi網路管理器302自諸多AP(包含安裝於多個Wi-Fi網路中之AP)接收量測資料，因此該量測資料可由Wi-Fi網路管理器302使用以計算可就全域而言最佳化網路效能之Wi-Fi參數，從而達成優秀網路效能。
Wi-Fi總網路效能可藉由不同度量定義。在某些實施例中，該等度量可係由一網路業者定義之一組網路最佳化目標。該等目標可包含：增加平均網路輸送量、增加幾何平均輸送量、減少干擾、降低失效機率、增加涵蓋、改良公平性、支援用於高優先級訊務之特有服務品質度量及諸如此類。
不同Wi-Fi參數可經動態調整以最佳化Wi-Fi總網路效能。如下文將更詳細闡述，可經動態地且最佳地調整之Wi-Fi參數可包含CST、頻道分配、傳輸功率、多輸入多輸出(MIMO)天線參數、退避參數及諸如此類。
Wi-Fi網路管理器302可採用不同最佳化技術用於搜尋最佳Wi-Fi參數。在某些實施例中，至少部分地基於自AP接收之量測資料來評估網路最佳化目標。舉例而言，可基於自AP接收之輸送量量測資料來計算一集合網路輸送量。該組網路最佳化目標可由一最佳化問題中之一目標函數或一成本函數來表示。由該搜尋導致之一最佳化Wi-Fi參數係最小化(或最大化)經受不同約束之目標函數之一可行解決方案或最佳解決方案。由於在一搜尋期間可同時地調整多個類型之Wi-Fi參數，因此可同時地利用用以對抗干擾、增加輸送量或最大化涵蓋之不同技術。舉例而言，替代個別地或區域地判定頻道分配及CST，可就全域而言同時地最佳化頻道分配及CST。某些約束可係可由網路業者組態之要求約束。舉例而言，一個要求約束可迫使Wi-Fi網路中之一最小百分比之AP用戶端具有高於一特定臨限值之一輸送量。
繼續參照圖4，在410處，將對該一或多個Wi-Fi參數之最佳化調整中之至少某些最佳化調整傳輸至該一或多個AP。所接收之調整可由該等AP用於自行組態、自行最佳化及自行復原，以使得該等AP可共同形成一自行組織網路。
所接收之調整可用於起始最近已安裝之一AP。舉例而言，在首先安裝一AP之後，該AP收集初始量測資料且將該資料發送至Wi-Fi網路管理器302。Wi-Fi網路管理器302然後計算AP之參數且將該等參數發送至該AP供用於自行組態。
所接收之調整可用於重組態一現有AP。當現有AP第一次連接至Wi-Fi網路管理器302時，出於網路最佳化之目的將該現有AP視為一新安裝。Wi-Fi網路管理器302基於來自現有AP及其他AP之所接收量測資料來計算該現有AP之新參數，且Wi-Fi網路管理器302將該等新參數發送至現有AP供用於重組態。
所接收之調整亦可用於週期性地更新一現有AP之Wi-Fi參數。基 於由該等AP週期性地做出之動態、即時量測來計算此等調整。
所接收之調整亦可由該等AP用於自行復原任何網路拓撲改變。舉例而言，可藉由一AP之故障導致一網路拓撲改變。Wi-Fi網路管理器302偵測到該故障，且自動地調整環繞AP之參數以填補所產生之涵蓋空洞。在另一實例中，可藉由安裝於一Wi-Fi網路上之新AP導致一網路拓撲改變。該網路拓撲改變可由Wi-Fi網路管理器302偵測到，Wi-Fi網路管理器302由該偵測觸發以起始一新搜尋。
在某些實施例中，除全域最佳化以外，由Wi-Fi網路管理器302執行之搜尋可形成局域鄰域供用於局域最佳化。圖5圖解說明可將AP劃分成複數個局域鄰域供用於局域最佳化。如圖5中所展示，將一局域化區506內之AP 502一起分群供用於局域最佳化。類似地，將另一局域化區508內之AP 504一起分群供用於局域最佳化。可在跨越整個網路之一全域最佳化之前執行一局域最佳化。該局域最佳化具有一較低計算複雜度，且其避免跨越整個網路同時改變參數。該全域最佳化避免在局域最佳化中僅計及一鄰域內之局域參數時可能發生之局域最低限值。
由Wi-Fi網路管理器302啟用之AP協調提供除AP組態之最佳化以外的額外功能，包含負載平衡、功率控制、協調排程、交叉層最佳化、無縫交遞及諸如此類。Wi-Fi網路管理器302可藉由將連接至一重度壅塞AP之一用戶端移動至不太壅塞之一附近AP來執行負載平衡。Wi-Fi網路管理器302亦可達成AP之間的無縫工作階段交遞，使得行動使用者在一串流化應用(諸如視訊)中不經歷任何中斷。Wi-Fi網路管理器302可提供展示遍及Wi-Fi網路在不同位置處可用之輸送量的輸送量圖，如圖6中所展示。基於計及RSSI及干擾估計之輸送量計算、用戶端之所量測輸送量及其估計位置以及每一AP處之所量測雜訊基數(noise floor)來產生此等圖。輸送量圖識別網路中的涵蓋空洞。此 外，該等輸送量圖亦可用於藉由判定數個可能位置中之哪一者提供網路輸送量及涵蓋的最大改良而最佳化新AP部署。
Wi-Fi AP以2.4GHz及5GHz頻帶操作。此等頻帶分別具有20MHz之三個及十三個不重疊頻道。802.11a/g標準允許將僅一個20MHz頻道指派至一AP及其用戶端，而802.11n及802.11ac允許分別將最多兩個20MHz及最多四個40MHz頻道指派至每一AP。在將一個以上頻道指派至一AP時，存在一主要頻道與次要頻道之觀念。主要頻道由一AP用於與受限於與該頻道相關聯之頻寬的裝置通信。次要頻道由一AP用於與支援大於主要頻道之頻寬的頻寬的裝置通信。舉例而言，在802.11n中，將兩個20MHz頻道(一主要頻道及一次要頻道)接合在一起以形成一40MHz頻道，但由於802.11a/g裝置僅支援20MHz頻道而僅將該主要頻道用於與802.11a/g裝置通信。一AP與其用戶端之間的所有封包傳輸僅經由主要頻道或經由主要頻道以及一或多個次要頻道發生。AP通常在其傳輸中優先使用其主要頻道。相反地，可僅在此頻道上之AP所導致的干擾低於鄰近AP在其主要頻道上的CST時使用次要頻道。802.11中之頻道指派必須為每一AP指派一主要頻道及一或多個次要頻道。
主要頻道及次要頻道指派係可經動態地且自動地調整以基於一組網路最佳化目標來最佳化總網路效能之Wi-Fi AP參數之實例。該等主要頻道及次要頻道指派係基於該組網路最佳化目標而最佳地或次最佳地選擇。在一搜尋期間可同時地調整該等主要頻道及次要頻道指派以及其他類型之Wi-Fi參數。然而，在某些情形中，一最佳調整可並非可用的，且Wi-Fi網路管理器302最佳化AP之頻道指派如下：
1.每一AP通常指派有其可支援之最大頻寬：針對802.11a/g AP為20MHz，針對802.11n AP為40MHz且針對802.11ac AP為160MHz。此增加以可能的最高資料率伺服與每一AP相關聯之用戶端之 可能性。在某些情形中，指派該AP可支援之最大頻寬並非增加網路效能之最佳解決方案；在此等情形中，將一較小頻寬指派給彼AP。
2.主要頻道指派方案使得為最接近的AP指派不重疊之主要頻道。此最小化當所有AP僅使用主要頻道時之競爭。
3.將次要頻道(若適用)指派給AP以最小化主要頻道上之干擾。
4.頻道經指派以最小化來自不受Wi-Fi網路管理器302控制之AP之干擾。
5.隨著每一基本服務集(BSS)中之負載及用戶端對一BSS之關聯性(例如，由於行動率或負載平衡)隨時間改變而週期性地重新最佳化頻道指派。
在某些實施例中，Wi-Fi網路管理器302最佳化AP之主要頻道之指派以使得其主要頻道在同一頻道上(無論是否由Wi-Fi網路管理器302控制)之AP最遠離開。圖7圖解說明其中主要頻道經指派以使得其主要頻道在同一頻道上之AP最遠離開之一實施例。AP 702、704及706由Wi-Fi網路管理器302管理，而AP 708並不。用於AP 702、AP 704及AP 706之主要頻道指派有不同頻道，而AP 708之主要頻道指派有與最遠離之AP之頻道(亦即，AP 702之主要頻道)相同的頻道。在某些實施例中，干擾之簡單模型用於如上文所闡述來最佳化主要頻道之指派。在某些實施例中，使用用於大致解決一組合最佳化問題之低複雜度計算技術來最佳化如上文所闡述之主要頻道之指派。此等技術包含可信度傳播(belief propagation)、凸集最佳化及基因突變。
在給定主要頻道之指派後，將次要頻道(若適用)指派給AP以最小化主要頻道上之干擾。然而，由於可用頻道之數目有限且Wi-Fi網路管理器302首先將最大頻寬指派給每一AP，因此一AP之主要頻道可與一鄰近AP之次要頻道重疊，如圖8中所展示。如圖8中所指示，鄰近AP具有不重疊的主要頻道(由P標識)，而每一AP之次要頻道S2與另一 AP之主要頻道重疊。另外，AP 802之次要頻道S1(或S3)與AP 804之次要頻道S1(或S3)重疊。基於該802.11標準，AP 802可以其最大功率在其主要頻道上傳輸，且通常將針對位於其涵蓋區域之邊緣上之用戶端如此。在無CST之動態組態之情況下(亦即，若靜態地設定CST)，則通常將CST設定於一位準處以使得當AP 802以最大功率傳輸時AP 804不能再使用此頻道(其係AP 804之一次要頻道)用於傳輸。針對恰好在其涵蓋區內部中之用戶端，AP 802將通常以一較低功率在其主要頻道以及其次要頻道中之一或多者上進行傳輸。若靜態地設定CST，則通常將其設定於一位準處以使得當AP 802以此較低功率位準傳輸時AP 804可再使用此等頻道。因此，此導致部分頻率再使用。如下文將更詳細闡述，CST之動態調適及功率之動態調適可提供額外自由度用於最佳化，從而導致進一步改良之效能。
AP之傳輸功率位準係可經動態地且自動地調整以基於一組網路最佳化目標來最佳化總網路效能之Wi-Fi AP參數之實例。Wi-Fi網路管理器302亦基於AP之無線電量測來調諧在該等AP處之個別傳輸功率。基於網路最佳化目標來最佳地或次最佳地選擇每一AP處之傳輸功率。舉例而言，減小一既定AP處之傳輸功率會減少同一頻道上之既定AP與其他裝置之間的干擾。然而，此亦減小AP與其連接裝置之間的SNR及RSSI。因此，功率控制最佳化此折衷。作為另一實例，可在設定一AP之傳輸功率時計及CST值。特定而言，一既定AP之傳輸功率可經設定以使得鄰近AP僅在其對既定AP之至少一個用戶端之干擾高於一既定臨限值時才退避。此功率控制形式在一AP伺服正經歷相對好的頻道品質之用戶端時尤其有利，且因此來自鄰近AP之干擾將不形成顯著降級。另外，Wi-Fi網路管理器302經由RF涵蓋圖來偵測涵蓋空洞，如下文所論述。在偵測到一涵蓋空洞時，Wi-Fi網路管理器302將該涵蓋空洞附近之AP之傳輸功率增加至最大位準以填補該空 洞。作為另一實例，可與主要頻道及次要頻道分配共同地最佳化傳輸功率控制以改良網路最佳化。
在某些實施例中，Wi-Fi網路管理器302動態地調整AP之CST。在密集Wi-Fi部署中，若CST低，則AP之涵蓋區域通常比其載波感測半徑小得多。結果，一AP將感測到該媒介且甚至當其用戶端遠離干擾AP(例如，見圖2B之用戶端223)且因此能夠接收來自該AP之傳輸時亦避免傳輸至該用戶端。另一方面，若CST係高的，則若干傳輸器同時地存取同一頻道，從而形成較高干擾，如圖2A中所展示。因此，應基於用戶端位置、傳播條件、負載及網路拓撲來動態地設定AP上之CST值。
在某些實施例中，Wi-Fi網路管理器302動態地調整CST以系統化地形成高的再使用與低的再使用之週期。在高的再使用週期期間，CST係高的，因此同一頻道上之鄰近AP通常將同時地傳輸封包，從而導致高資料率但由於干擾所致的可能較高封包損失。相反地，在低的再使用週期期間，鄰近AP在不同時間傳輸以便保護較弱鏈路，藉此防止其失效。此可藉由在不同週期期間使用不同CST值來達成。具體而言，在高的再使用週期期間使用高CST值，而在低的再使用週期期間使用低CST值。基於頻道及負載量測來最佳化CST值及高的再使用階段與低的再使用階段之間的時間劃分。在某些實施例中，將較大頻道頻寬指派至AP以便將較多靈活性提供給鄰近AP以及時再使用該頻道。
圖9及圖10圖解說明指派至同一頻道之AP之高的再使用週期及低的再使用週期。圖9展示其中AP 902組態有一低CST而AP 901及AP 903組態有高CST值之時間間隔。在此等間隔期間，AP 902保持安靜，而AP 901及AP 903同時地傳輸至用戶端911及用戶端913。此確保網路獲得高的頻率再使用(增加的總輸送量)而在個別鏈路上無失效。
在圖9之CST設定針對AP 901及AP 903提供侵略式再使用時，阻止AP 902進行傳輸。因此，如圖10中所展示，在其他時間間隔期間，動態CST將使AP 902組態有一高CST，而AP 901及AP 903組態有低CST值。在此等間隔期間，當AP 902傳輸至用戶端912時，AP 901及AP 903不再進行傳輸(在感測到AP 902之傳輸時)，藉此確保保護用戶端912免受可能的干擾。此確保網路可保證所有用戶端獲得令人滿意的使用者體驗。此動態CST最佳化方案可與動態頻道指派(較早所論述)耦合以共同地最佳化每一頻道之頻道分配及頻率再使用。此動態CST最佳化方案可與動態頻道分配(較早所論述)耦合以共同地最佳化每一頻道之頻道分配及傳輸功率。亦可共同地最佳化動態CST、功率控制及頻道分配。
在某些實施例中，Wi-Fi網路管理器302動態地最佳化AP之MIMO參數。藉由針對多個天線引入基於標準之支援，802.11n及802.11ac標準提供額外空間量度供用於最佳化。此靈活性允許達成較高的資料率及同一頻寬內之改良鏈路可靠性。特定而言，與單個天線傳輸/接收相比，MIMO方案就增加的資料輸送量(空間多工)、增加的鏈路可靠性(傳輸分集)及陣列增益(空間波束成形)而言提供三重優勢。
802.11n及802.11ac標準分別藉助相等數目個最大空間串流支援最多4個及8個傳輸天線及接收天線。該等802.11n/ac標準為經由空間預編碼及波束成型方案達成前述優勢提供支援。在802.11n中達成之峰值率係600Mbps，而在802.11ac中達成之彼峰值率大於1Gbps。另外，802.11ac標準支援多使用者MIMO(MU-MIMO)，其中各自裝備有一或多個天線之多個用戶端可在同一頻道內同時地傳輸/接收。
在某些實施例中，Wi-Fi網路管理器302最佳化MIMO傳輸參數如下：
1.空間多工與分集之間的傳輸選擇：在最大化資料率(經由傳輸 多個空間串流)及在存在衰退時提供足夠鏈路可靠性與針對每一空間串流之多路徑傳播(經由分集)之間存在一折衷。此典範稱為分集-多工(DM)折衷。在某些實施例中，Wi-Fi網路管理器302藉由取決於每一AP至其用戶端之間的無線電鏈路條件而利用DM折衷來最佳化傳輸方案。
2.波束成型：在AP處之波束成型在一用戶端處提供增加的信號對雜訊比(SNR)；另一選擇係，假設知曉頻道統計值，該解決方案可最小化對連接至同一頻道上之鄰近AP之用戶端之干擾。
3.在單個使用者與多使用者MIMO之間切換：在高幾何條件及充分不相關情境中，假設AP之空間特性在用戶端處可充分解析，該解決方案將使得該等AP能夠空間預編碼及傳輸至多個用戶端。
Wi-Fi網路管理器利用由AP執行之量測以量測至其用戶端之頻道以及與在相同頻率上操作之鄰近AP相關聯之用戶端。以用戶端所傳輸之探測封包為基礎來估計該等頻道。將該等量測饋送回至Wi-Fi網路管理器，Wi-Fi網路管理器經由標準化介面來最佳化AP處之MIMO參數，如上文所論述。
在某些實施例中，Wi-Fi網路管理器302動態地調適AP之負載平衡。負載平衡基於在不同AP處之負載來動態地更新用戶端之關聯性。舉例而言，若一AP係高度負載的，則Wi-Fi網路管理器302可藉由該AP之涵蓋區域邊界上之一用戶端連接至具有一低負載之一鄰近AP來避免使此AP過載，即使該用戶端至該鄰近AP之頻道品質並不如此好亦如此。此負載平衡可導致此用戶端以及連接至原始AP之其他用戶端之效能改良。在使一用戶端自一個AP卸載至一較少負載之AP之後，Wi-Fi網路管理器302則重新最佳化受影響AP之頻道分配及傳輸功率以計及此負載改變。
在某些實施例中，Wi-Fi網路管理器302動態地協調該等AP之排 程。Wi-Fi網路管理器302達成一經回程協調之排程，藉以使該網路管理器所管理之AP藉由傳輸該媒介之信標訊框及一基於NAV之預約(在該等信標訊框內)而以一無競爭方式存取該媒介。中心化排程及基於信標之存取之此觀念近似於較早所論述之近乎空白子訊框之概念。在無競爭週期內，可由Wi-Fi網路管理器302基於不同參數(諸如，舉例而言，在個別AP處之不同訊務類別之佇列長度)判定該無競爭週期內之資源分配(例如，在個別AP處之傳輸機會之數目)。在具有無競爭存取之時間間隔之間，動態組態技術將實施基於競爭之存取之若干週期以便確保並未由Wi-Fi網路管理器302管理之AP可存取該媒介。
在某些實施例中，Wi-Fi網路管理器302達成針對適應性視訊串流化之交叉層最佳化。經由HTTP經由TCP在適應性視訊串流化中之關鍵挑戰中之一者係使視訊品質適用於伺服器與用戶端之間可用的端對端頻寬。若將一Wi-Fi網路用作將串流化視訊遞送至用戶端之最後一躍程，則頻寬通常由該用戶端與其連接至之AP之間可用的無線頻寬限制。在某些實施例中，在媒體存取控制(MAC)層與應用層之間使用應用程式設計介面(API)以達成以下各項：
1.可將未來(舉例而言，在數十秒之一時間尺度上)可供應之資料率之估計提供至應用層。此可幫助應用層更好地調適視訊品質。當前解決方案可係過於侵略性或就對頻寬變化做出反應而言過慢。
2.可針對不同視訊串流化流動執行允入控制及速率保證以使得使用者可觀看到期望的視訊品質。亦可提供使用者分化。
在某些實施例中，Wi-Fi網路管理器302達成無縫交遞。在Wi-Fi網路中，將具有同一SSID之AP稱為一延伸服務集-用戶端透通地連接至此集中之任一AP而無任何分化。Wi-Fi網路管理器302針對一熱點內之AP來組態該延伸服務集(ESS)以確保該服務區域內之用戶端行動性。現有管理介面用於組態此集中之AP，而不要求對AP之軟體之改 變。
當將一軟體代理程式與該等AP整合在一起時可支援進階交遞功能。可提供用於在一ESS內之無縫交遞之AP間協調。該軟體代理程式將代理行動IP功能添加至AP，從而達成跨越ESS之用戶端交遞。此係一網路起始之程序且不存在對用戶端之依賴性。
在某些實施例中，Wi-Fi網路管理器302提供涵蓋圖。應注意，所有AP(以及用戶端)不斷地監視無線媒介且嘗試解碼所有正在進行的傳輸。作為解碼處理程序之部分，執行頻道估計且因此判定來自正在進行的傳輸之傳輸器之總接收功率。因此，一AP通常將量測來自所有AP及其在同一頻道上操作之用戶端之RSSI，只要可以足夠的接收功率接收由該等AP及用戶端傳輸之封包即可。藉由貫穿不同頻道週期性地循環，AP可量測對鄰近AP及其在所有頻道上之用戶端之頻道增益。此資訊連同頻道傳播模型及用戶端位置資訊一起(由GPS(若可用)判定或經由位置輪廓之交叉基於到達時間差、到達角或連接軌跡來估計)由Wi-Fi網路管理器302使用以在所有用戶端位置及相關聯輸送量及涵蓋圖處形成SINR量測，如圖6及圖11中所圖解說明。
儘管已出於清晰理解之目的而以某些細節闡述前述實施例，但本發明並不限於所提供之細節。存在實施本發明之諸多替代方式。所揭示之實施例僅係說明性而非約束性的。

Claims (41)

  1. 一種Wi-Fi網路管理器，其包括：一控制介面，其與複數個Wi-Fi存取點通信，其中該控制介面經由可由該Wi-Fi存取點之一終端使用者安裝於該Wi-Fi存取點上的一軟體代理程式以與每一Wi-Fi存取點通信，其中該軟體代理程式係與由不同的第三方廠商所做出且具有不同能力及可組態參數之不同類型之Wi-Fi存取點介接(interface)之一代理程式；一處理器；及一記憶體，其儲存一組網路最佳化目標，其中該記憶體與該處理器耦合，且其中該記憶體經組態以提供該處理器在執行時致使該處理器執行以下各項之指令：從該等Wi-Fi存取點之對應的軟體代理程式中之每一者發現該等Wi-Fi存取點中之每一者之能力及可組態參數；自該複數個Wi-Fi存取點接收量測資料，其中該量測資料由該等Wi-Fi存取點之軟體代理程式所發送；至少部分地基於該組網路最佳化目標及自該複數個Wi-Fi存取點接收之該量測資料來搜尋對與該複數個Wi-Fi存取點中之一或多者相關聯之一或多個Wi-Fi參數的最佳化調整；及使用該控制介面，將對該一或多個Wi-Fi參數之該等最佳化調整中之至少某些最佳化調整傳輸至該複數個Wi-Fi存取點中之該一或多者。
  2. 如請求項1之Wi-Fi網路管理器，其中該記憶體進一步經組態以提供該處理器在執行時致使該處理器執行以下各項之指令：發現對應於該複數個存取點中之該一或多者中之每一者的一組可組態Wi-Fi參數。
  3. 如請求項1之Wi-Fi網路管理器，其中該複數個存取點包括支援不同Wi-Fi協定之存取點之一異質群組。
  4. 如請求項1之Wi-Fi網路管理器，其中該複數個存取點包括由複數個第三方廠商做出之存取點之一異質群組。
  5. 如請求項1之Wi-Fi網路管理器，其中該一或多個Wi-Fi參數包括對應於該複數個該等存取點中之一者之一載波感測臨限值(CST)之一參數。
  6. 如請求項1之Wi-Fi網路管理器，其中該一或多個Wi-Fi參數包括對應於該複數個該等存取點中之一者之頻道分配之一參數。
  7. 如請求項1之Wi-Fi網路管理器，其中該一或多個Wi-Fi參數包括對應於該複數個該等存取點中之一者之功率控制之一參數。
  8. 如請求項1之Wi-Fi網路管理器，其中該一或多個Wi-Fi參數包括對應於多輸入多輸出(MIMO)天線之一參數。
  9. 如請求項1之Wi-Fi網路管理器，其中該一或多個Wi-Fi參數包括一CST參數及一頻道分配參數，且其中該CST參數及該頻道分配參數經共同地最佳化。
  10. 如請求項1之Wi-Fi網路管理器，其中該一或多個Wi-Fi參數包括一功率控制參數及一頻道分配參數，且其中該功率控制參數及該頻道分配參數經共同地最佳化。
  11. 如請求項1之Wi-Fi網路管理器，其中該一或多個Wi-Fi參數包括一CST參數、一頻道分配參數及一功率控制參數，且其中該CST參數、該頻道分配參數及該功率控制參數經共同地最佳化。
  12. 如請求項1之Wi-Fi網路管理器，其中該量測資料包括由一存取點量測之基於Wi-Fi標準的量測資料。
  13. 如請求項1之Wi-Fi網路管理器，其中該量測資料包括以下各項中之一或多者：接收信號強度(RSS)、頻道品質指標(CQI)、輸送量 及封包錯誤率。
  14. 如請求項1之Wi-Fi網路管理器，其中該組網路最佳化目標包括以下各項中之一或多者：增加平均網路輸送量、增加幾何平均輸送量、減少干擾、降低失效機率、增加涵蓋、改良公平性及支援用於高優先級訊務之特有服務品質度量。
  15. 如請求項1之Wi-Fi網路管理器，其中該搜尋對該一或多個Wi-Fi參數之最佳化調整包括：至少部分地基於該量測資料來評估該組網路最佳化目標。
  16. 如請求項1之Wi-Fi網路管理器，其中該搜尋對該一或多個Wi-Fi參數之最佳化調整包括：經受可由一網路業者組態之一組要求約束的搜尋。
  17. 如請求項1之Wi-Fi網路管理器，其中該等最佳化調整係由一存取點經由安裝於該存取點上之一軟體代理程式來接收。
  18. 如請求項1之Wi-Fi網路管理器，其中該複數個存取點中之該一或多者係一局域化區中之存取點，且其中該記憶體進一步經組態以提供該處理器在執行時致使該處理器執行以下各項之指令：搜尋對與在該局域化區之外之該複數個存取點中之一或多者相關聯之額外Wi-Fi參數的最佳化調整，其中該搜尋對該額外Wi-Fi參數之最佳化調整係在繼搜尋對該一或多個Wi-Fi參數之最佳化調整之後之一時間處執行；及使用該控制介面，將對該等額外Wi-Fi參數之該等最佳化調整中之至少某些最佳化調整傳輸至在該局域化區之外之該複數個存取點中之該一或多者。
  19. 如請求項1之Wi-Fi網路管理器，其中該記憶體進一步經組態以提供該處理器在執行時致使該處理器執行以下各項之指令：偵測該複數個存取點中之一者是否已故障或是否已安裝一額 外存取點；及回應於該偵測而起始該搜尋。
  20. 如請求項1之Wi-Fi網路管理器，其中該記憶體進一步經組態以提供該處理器在執行時致使該處理器執行以下各項之指令：至少部分地基於負載平衡來動態地調整Wi-Fi用戶端至該複數個該等存取點之一分佈。
  21. 一種管理Wi-Fi存取點之方法，其包括：使用一處理器以從複數個Wi-Fi存取點之對應的軟體代理程式中之每一者發現該複數個Wi-Fi存取點中之每一者之能力及可組態參數；使用該處理器以經由一控制介面自該複數個Wi-Fi存取點接收量測資料，其中該控制介面經由可由該Wi-Fi存取點之一終端使用者安裝於該Wi-Fi存取點上的一軟體代理程式以與每一Wi-Fi存取點通信，其中該軟體代理程式係與由不同的第三方廠商所做出且具有不同能力及可組態參數之不同類型之Wi-Fi存取點介接之一代理程式，其中該量測資料由該等Wi-Fi存取點之軟體代理程式所發送；使用該處理器至少部分地基於一組網路最佳化目標及自該複數個Wi-Fi存取點接收之該量測資料來搜尋對與該複數個Wi-Fi存取點中之一或多者相關聯之一或多個Wi-Fi參數的最佳化調整；及使用該控制介面，將對該一或多個Wi-Fi參數之該等最佳化調整中之至少某些最佳化調整傳輸至該複數個Wi-Fi存取點中之該一或多者。
  22. 如請求項21之方法，進一步包括：發現對應於該複數個存取點中之該一或多者中之每一者的一組可組態Wi-Fi參數。
  23. 如請求項21之方法，其中該複數個存取點包括支援不同Wi-Fi協定之存取點之一異質群組。
  24. 如請求項21之方法，其中該複數個存取點包括由複數個第三方廠商做出之存取點之一異質群組。
  25. 如請求項21之方法，其中該一或多個Wi-Fi參數包括對應於該複數個該等存取點中之一者之一載波感測臨限值(CST)之一參數。
  26. 如請求項21之方法，其中該一或多個Wi-Fi參數包括對應於該複數個該等存取點中之一者之頻道分配之一參數。
  27. 如請求項21之方法，其中該一或多個Wi-Fi參數包括對應於該複數個該等存取點中之一者之功率控制之一參數。
  28. 如請求項21之方法，其中該一或多個Wi-Fi參數包括對應於多輸入多輸出(MIMO)天線之一參數。
  29. 如請求項21之方法，其中該一或多個Wi-Fi參數包括一CST參數及一頻道分配參數，且其中該CST參數及該頻道分配參數經共同地最佳化。
  30. 如請求項21之方法，其中該一或多個Wi-Fi參數包括一功率控制參數及一頻道分配參數，且其中該功率控制參數及該頻道分配參數經共同地最佳化。
  31. 如請求項21之方法，其中該一或多個Wi-Fi參數包括一CST參數、一頻道分配參數及一功率控制參數，且其中該CST參數、該頻道分配參數及該功率控制參數經共同地最佳化。
  32. 如請求項21之方法，其中該量測資料包括由一存取點量測之基於Wi-Fi標準的量測資料。
  33. 如請求項21之方法，其中該量測資料包括以下各項中之一或多者：接收信號強度(RSS)、頻道品質指標(CQI)、輸送量及封包錯誤率。
  34. 如請求項21之方法，其中該組網路最佳化目標包括以下各項中之一或多者：增加平均網路輸送量、增加幾何平均輸送量、減少干擾、降低失效機率、增加涵蓋、改良公平性及支援用於高優先級訊務之特有服務品質度量。
  35. 如請求項21之方法，其中該搜尋對該一或多個Wi-Fi參數之最佳化調整包括：至少部分地基於該量測資料來評估該組網路最佳化目標。
  36. 如請求項21之方法，其中該搜尋對該一或多個Wi-Fi參數之最佳化調整包括：經受可由一網路業者組態之一組要求約束的搜尋。
  37. 如請求項21之方法，其中該等最佳化調整係由一存取點經由安裝於該存取點上之一軟體代理程式來接收。
  38. 如請求項21之方法，其中該複數個存取點中之該一或多者係一局域化區中之存取點，且其中該方法進一步包括：搜尋對與在該局域化區之外之該複數個存取點中之一或多者相關聯之額外Wi-Fi參數的最佳化調整，其中該搜尋對該額外Wi-Fi參數之最佳化調整係在繼搜尋對該一或多個Wi-Fi參數之最佳化調整之後之一時間處執行；及使用該控制介面，將對該等額外Wi-Fi參數之該等最佳化調整中之至少某些最佳化調整傳輸至在該局域化區之外之該複數個存取點中之該一或多者。
  39. 如請求項21之方法，進一步包括：偵測該複數個存取點中之一者是否已故障或是否已安裝一額外存取點；及回應於該偵測而起始該搜尋。
  40. 如請求項21之方法，進一步包括： 至少部分地基於負載平衡來動態地調整Wi-Fi用戶端至該複數個該等存取點之一分佈。
  41. 一種用於管理Wi-Fi存取點之電腦程式產品，該電腦程式產品體現於一有形電腦可讀儲存媒體中且包括用於以下各項之電腦指令：從複數個Wi-Fi存取點之對應的軟體代理程式中之每一者發現該複數個Wi-Fi存取點中之每一者之能力及可組態參數；經由一控制介面自該複數個Wi-Fi存取點接收量測資料，其中該控制介面經由可由該Wi-Fi存取點之一終端使用者安裝於該Wi-Fi存取點上的一軟體代理程式以與每一Wi-Fi存取點通信，其中該軟體代理程式係與由不同的第三方廠商所做出且具有不同能力及可組態參數之不同類型之Wi-Fi存取點介接之一代理程式，其中該量測資料由該等Wi-Fi存取點之軟體代理程式所發送；至少部分地基於一組網路最佳化目標及自該複數個Wi-Fi存取點接收之該量測資料來搜尋對與該複數個Wi-Fi存取點中之一或多者相關聯之一或多個Wi-Fi參數的最佳化調整；及將對該一或多個Wi-Fi參數之該等最佳化調整中之至少某些最佳化調整傳輸至該複數個Wi-Fi存取點中之該一或多者。
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