TWI651010B - 高密集無線區域網路之無線基地台頻道分配方法 - Google Patents

Abstract

本發明係揭露一種高密集無線區域網路之無線基地台頻道分配方法，此方法為一種集中式的頻道分配方法，透過蒐集每部AP設備偵測附近的干擾資訊，計算出最佳的頻道與整體干擾環境的分佈狀況。根據上述的運算結果協調出AP設備分配頻道的優先順序以有效降低無線區域網路中訊號干擾的問題。

Description

高密集無線區域網路之無線基地台頻道分配方法

本發明屬於一種高密集無線區域網路之無線基地台頻道分配方法，藉由週期性的從AP設備蒐集鄰近AP發出的信號封包(Beacon)以完成AP設備最佳頻道與干擾環境分析之運算，並採用漸進式的頻道調整策略協調AP設備執行最佳頻道的優先順序以有效達到降低訊號干擾之目的。

隨著Wi-Fi技術的快速發展以及行動裝置的高度普及，透過無線區域網路傳遞的資料量越來越多，為了提升無線區域網路覆蓋率與容量，會於鄰近區域內佈署多部存取點(Access Point，AP)設備。由於Wi-Fi通訊技術使用開放的ISM頻段，大量佈署Wi-Fi AP設備讓無線訊號干擾大增、導致傳輸效能下降。單一AP設備雖然能夠執行頻譜掃描、判斷出較少干擾的使用頻道，但卻缺乏區域整體考量，位於鄰近區域的AP設備，由於干擾環境近似、頻譜掃描結果亦近似，使用單一AP設備自動跳頻容易選擇到相同的頻道、導致頻道競爭的問題再度發生。

本案發明人鑑於上述習用方式所衍生的各項缺點，乃亟思加以改良創新，並經多年苦心孤詣潛心研究後，終於成功研發完成本高密集無線區域網路之無線基地台頻道分配 方法。

為達上述目的，本發明揭露一種應用於高密集無線區域網路之無線基地台頻道分配方法，此方法為一種集中式的頻道分配方法，透過蒐集每部存取點(Access Point，AP)設備偵測附近的干擾資訊，計算出最佳的頻道與整體干擾環境的分佈狀況。根據上述的運算結果協調出AP設備分配頻道的優先順序以有效降低無線區域網路中訊號干擾的問題。

本發明不僅解決了AP設備高密度佈署的訊號干擾問題，亦提升了頻道分配的效率，能夠有效提升無線區域網路的整體傳輸效能。此方法為一種漸進式的持續優化過程，藉由掌握干擾環境的變化自動調整AP設備使用的頻道，能夠降低維運人員佈署AP設備與後續調整頻道之維運成本。

本發明提出提供一種高密集無線區域網路之無線基地台頻道分配方法，該方法包括一頻道管理伺服器。該伺服器蒐集無線區域網路內每部AP設備偵測到鄰近AP所發出的信號封包(Beacon)訊息，根據前述蒐集的Beacon訊息作為干擾資料以分析AP設備最佳頻道與干擾的分佈狀況，依據上述分析結果協調出最佳的AP設備換頻優先順序。

一種高密集無線區域網路之無線基地台頻道分配方法，其包括：頻道管理伺服器週期性從AP設備蒐集干擾資訊；同時進行分時最佳頻道計算與凝聚型階層式分群；選出各群中最佳通道(CH_x)之機率(P_x)最高AP；執行跳頻。

其中分時最佳頻道計算，包含：無線區域網路通道選擇；計算機率最高之最佳通道(CH_x)之機率(P_x)；判斷此CH_x是否不等於(≠)原使用頻道(CH_old)；若為否，則無須跳頻；若為是，則判斷P_x是否大於(>)自行設定之機率門檻值(P_TH)；若為否，則無須跳頻；若為是，則標記為待跳頻之AP。

其中凝聚型階層式分群，包含：計算干擾關連拓樸；干擾環境分群，是根據佈署的多部AP設備彼此偵測到信號封包(Beacon)以凝聚型階層式分群演算法計算無線區域網路中干擾環境的分佈狀況，並依據AP間相互干擾之狀況計算干擾分群的鏈結分數。

本發明所提供一種高密集無線區域網路之無線基地台頻道分配方法，與其他習用技術相互比較時，更具備下列優點：

1.本發明方法是一種集中式的頻道分配方法，藉由一頻道管理伺服器週期性的蒐集並偵測分析該AP設備附近的干擾資訊，完成頻道分配的運算；本發明方法無須修改AP設備或行動終端設備的硬體架構與軟體設計，可改善無線區域網路整體環境的干擾狀況。

2.本發明方法提出以固定區間分時計算的方式，根據AP設備蒐集到的本地端干擾資料，利用無線區域網路通道選擇方法計算出大多數時段皆可適用之最佳頻道。本發 明方法運算複雜度低，能夠實際應用於干擾複雜且密集佈建的公眾無線網路區域環境。

3.本發明方法藉由每部AP設備蒐集到的干擾資料分析干擾來源與干擾程度、建立無線區域網路內AP設備間訊號干擾的鏈結拓樸。不同於過去以AP設備佈建經緯度來推測AP間的干擾狀況，本發明方法採用AP設備彼此間偵測到之訊號進行干擾環境分群，可以更有效地呈現干擾環境分佈的狀況。

4.本發明方法提出以凝聚型階層式分群演算法建立AP設備干擾環境分群，並採用漸進式的優化流程，透過在每個分群中挑選干擾最嚴重的AP設備優先執行跳頻之策略達到整體區域干擾狀況逐步改善之目的，因此能夠有效改善無線區域網路的整體干擾狀況進而降低現場維運人員建置AP設備與後續調整之維運成本，其效益與貢獻十分卓著。

5.本發明方法僅利用AP設備基本的頻譜掃描功能就能夠達到干擾環境分析與頻道分配的目的，在實際應用中不受AP設備廠牌與類型的限制也不需要行動終端設備的支援，所有運作皆可在既有網路架構下進行而不會增加額外採購成本。

S110~S150‧‧‧流程

請參閱有關本發明之詳細說明及其附圖，將可進一步瞭解本發明之技術內容及其目的功效；有關附圖為：圖1為本發明高密集無線區域網路之無線基地台頻道分配方法之流程圖；圖2為本發明高密集無線區域網路之無線基地台頻道分 配方法之頻道分配示意圖；圖3為本發明高密集無線區域網路之無線基地台頻道分配方法之相互干擾示意圖。

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，下面結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發明，但並不用於限定本發明。

以下，結合附圖對本發明進一步說明： 請參閱圖1所示，為本發明高密集無線區域網路之無線基地台頻道分配方法之流程圖，其包括：S110頻道管理伺服器週期性從AP設備蒐集干擾資訊；同時進行S120分時最佳頻道計算與S130凝聚型階層式分群；S140選出各群中最佳通道(CH_x)之機率(P_x)最高AP；S150執行跳頻。

其中S120分時最佳頻道計算，包含：S121無線區域網路通道選擇；S122計算機率最高之最佳通道(CH_x)之機率(P_x)；S123判斷此CH_x是否不等於(≠)原始用頻道(CH_old)；若為否，則S124無須跳頻；若為是，則S125判斷P_x是否大於(>)自行設定之機率門檻值(P_TH)；若為否，則S124無須跳頻；若為是，則S126標記為待跳頻之AP。

其中S130凝聚型階層式分群，包含： S131計算干擾關連拓樸；S132干擾環境分群，是根據佈署的多部AP設備彼此偵測到信號封包(beacon)以凝聚型階層式分群演算法計算無線區域網路中干擾環境的分佈狀況，並依據AP間相互干擾之狀況計算干擾分群的鏈結分數。

綜上述方法流程，頻道管理伺服器週期性的從AP設備蒐集鄰近AP發出的干擾資料並儲存於資料庫中，該資料包含鄰近AP設備使用的頻道、訊號強度(RSSI)、BSSID。在最佳頻道的計算過程中為了避免特殊時段，如凌晨蒐集的干擾資料成為運算中的雜訊，因此以固定區間分時計算的方式、並採用無線區域網路通道選擇方法分析每部AP設備過去固定時間，如過去一周早上八點至下午五點，每小時的最佳頻道，計算機率最高之最佳通道CH_x機率P_x(如下圖所示)，若CH_x≠CH_old且P_x>P_TH時，P_TH門檻值可自訂，即列入該AP設備之跳頻候選頻道。

由於密集佈建的環境中相鄰AP設備可能因為干擾環境類似導致最佳頻道運算結果相同，為了避免相同干擾環境的AP設備於跳頻後造成更嚴重的同頻干擾問題，故採用凝聚型階層式分群演算法對無線區域網路內的AP設備進行相同干擾環境分群，如下圖所示：

首先我們根據AP干擾的情境定義了三種AP設備間干擾鏈結計分方式：AP1偵測得到AP2的干擾，但AP2偵測不到AP1的干擾，得1分。

AP2偵測得到AP1的干擾，但AP1偵測不到AP2的干擾，得1分。

AP2與AP1彼此間都能偵測得到干擾，得2分。

藉由運算兩群聚間所有AP設備的干擾鏈結分數W_i即可找出干擾環境最相似(W_i最大)的兩群AP設備進行合併；當群聚間的W_i都為0的時候及代表群與群之間的AP設備已不存在任何干擾，此時即收斂。此分群演算法亦可自行定義AP干擾門檻值，高於門檻值的AP干擾才被視為有影響力之干擾進而被參考至群聚間W_i的計算。

最後我們會將所有跳頻候選頻道帶入干擾環境分群結果，於各個干擾環境中選出機率P_x最高的AP設備同時進行跳頻至最佳通道CH_x。在商場、展館等高密度無線區域網路佈建場域，不但可避免相鄰AP設備同時跳頻導致更嚴重的同頻干擾，更可同時針對該場域進行細部分群，增加每個 場域可同時跳頻的AP數量，因此不但提升無線區域網路的整體傳輸效能同時也增加了道選擇整體的執行效率。

請參閱圖2所示，為本發明高密集無線區域網路之無線基地台頻道分配方法之頻道分配示意圖，既有AP_A、AP_B、AP_C擺放位置相近，但因分別採頻道6、1、11互不干擾；過了一段時間，商家自建AP_D，擺放位置相近，並使用頻道6與AP_A造成同頻干擾，此時偵測到AP_A、AP_B、AP_C干擾程度提昇，自動選擇干擾程度最高的AP_A調整到最佳頻道9。由於AP_A、AP_B、AP_C擺放位置相近、屬於同一群的AP設備(AP_A、AP_B、AP_C)，因此只會選擇干擾程度最高的AP進行跳頻(AP_A)，而AP_C必須等待下一次計算偵測到AP_C的干擾程度最高，即可將AP_C調整到最佳頻道4。

在AP佈建更密集的場域，AP間的相互影響會更為明顯，為避免同一區域內多部相鄰AP設備同時跳頻產生持續的頻道碰撞問題，透過干擾分群確保每個群聚間的任一AP不會相互干擾後再採取漸進式的頻道分配策略，也就是從各群聚中挑出最需要跳頻的設備執行跳頻。高密集無線區域網路之無線基地台頻道分配方法以AP偵測到的干擾訊號強度做為判斷依據，透過凝聚型階層式分群演算法進行AP干擾分群，讓每個群聚都是完全獨立的干擾環境，如果任一群聚內的AP存在著訊號溢出至另一群聚的情況則此兩群聚應該被合併為相同群聚。

請參閱圖3所示，為本發明高密集無線區域網路之無線基地台頻道分配方法之相互干擾示意圖，並同時請搭配下表： AP_A偵測到AP_B、AP_C、AP_D的干擾訊號；AP_B偵測到AP_D的干擾訊號；AP_C偵測到AP_B的干擾訊號；AP_D偵測到AP_A、AP_B的干擾訊號。凝聚型階層式分群演算法在第一次疊代過程(Iteration 1)先將每個AP視為獨立群，並計算群與群之間的干擾權重W_i、並將W_i最高的兩群進行合併，因此將C₁、C₄合併為C₁；第二次疊代過程(Iteration 2)將C₁、C₂、C₃再進行第二次運算，將C₁、C₂合併為C₁。第三次疊代過程(Iteration 3)將C₁、C₃再進行第三次運算，將C₁、C₃合併為一群，直到所有AP都為同一群或群與群之間的W_i皆為0為止。

上列詳細說明乃針對本發明之一可行實施例進行具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

綜上所述，本案不僅於技術思想上確屬創新，並具備習用之傳統方法所不及之上述多項功效，已充分符合新穎性及進步性之法定發明專利要件，爰依法提出申請，懇請貴局核准本件發明專利申請案，以勵發明，至感德便。

Claims (4)

1. 一種使用一頻道管理伺服器來進行高密集無線區域網路之無線基地台頻道分配的方法，其包括：該頻道管理伺服器週期性從複數個存取點(Access Point，AP)設備蒐集干擾資訊；基於該等干擾資訊，對於該等AP設備同時進行分時最佳頻道計算與凝聚型階層式分群；以及在各群中各選出一具有最高機率(P_x)之最佳通道(CH_x)的AP設備，以將前述各群選出之該AP設備同時執行跳頻至各最高機率(P_x)之最佳通道(CH_x)。
2. 如申請專利範圍第1項所述之高密集無線區域網路之無線基地台頻道分配方法，其中該分時最佳頻道計算，係包含：無線區域網路通道選擇；計算最高機率之最佳通道(CH_x)之機率(P_x)；判斷此CH_x是否不等於(≠)原使用頻道(CH_old)；若為否，則無須跳頻；若為是，則判斷Px是否大於(>)自行設定之機率門檻值(PTH)；若為否，則無須跳頻；若為是，則標記為待跳頻之AP。
3. 如申請專利範圍第1項所述之高密集無線區域網路之無線基地台頻道分配方法，其中該凝聚型階層式分群，係包含：計算干擾關連拓樸；干擾環境分群。
4. 如申請專利範圍第3項所述之高密集無線區域網路之無線基地台頻道分配方法，其中該干擾環境分群，係根據佈署的多部AP設備彼此偵測到信號封包(Beacon)以凝聚型階層式分群演算法計算無線區域網路中干擾環境的分佈狀況，並依據AP間相互干擾之狀況來計算干擾分群的鏈結分數。