TWI774313B

TWI774313B - 通訊裝置及相關的控制方法

Info

Publication number: TWI774313B
Application number: TW110112729A
Authority: TW
Inventors: 廖健宏
Original assignee: 瑞昱半導體股份有限公司
Priority date: 2021-04-08
Filing date: 2021-04-08
Publication date: 2022-08-11
Also published as: TW202241172A; US20220330091A1

Abstract

本發明揭露一種通訊裝置的控制方法，其包含以下步驟：控制該通訊裝置的一無線通訊模組使用一第一通道來與一存取點進行通訊；偵測多個通道以分別產生多個第一品質參數，以產生一第一通道偵測結果；自該存取點接收該存取點所偵測的一第二通道偵測結果，其中該第二通道偵測結果包含了該存取點偵測該多個通道的至少一部份所分別產生多個第二品質參數；根據該第一通道偵測結果以及該第二通道偵測結果以計算出該多個通道之至少一部份的多個最終品質參數；以及根據該多個最終品質參數以決定是否控制該無線通訊模組由該第一通道切換至一第二通道。

Description

通訊裝置及相關的控制方法

本發明係有關於通訊裝置。

在目前的存取點(Access Point，AP)或是路由器(router)中，在開機的時候會執行一次自動通道選擇(Auto Channel Selection，ACS)機制以選擇出一個較佳的通道來進行後續的無線通訊。然而，由於自動通道選擇機制只有在存取點或是路由器開機時會執行，再加上存取點或是路由器在開機後並不會常常地重新開機，故存取點或是路由器通常會一直使用同一個通道來進行無線傳輸。因此，若是存取點或是路由器的周遭環境有所變化，則很有可能會使得此通道的訊號品質變差，而此時存取點或是路由器並沒有機制可以去選擇另一個通道來進行無線通訊，因而造成存取點或是路由器的效能降低而無法即時改善。

在包含多個存取點的網狀無線網路系統(mesh network)中，每一個存取點必需使用同一個通道來進行連結與通訊，然而，由於每一個存取點會因為所在的位置不同而有不同的干擾，例如牆壁或是傢俱的阻隔，因此，網狀無線網路系統所使用的通道對於某些存取點來說可能具有較差的品質，因而導致整體通訊品質的下降。

因此，本發明的目的之一在於提出一種通訊裝置，其可以在通訊裝置運作時執行通道偵測以判斷出每一個通道的品質，並根據每一個存取點的通道品質來決定出一個適用於網狀無線網路系統中所有存取點的通道，以供通訊裝置選擇是否切換至較佳的通道來進行無線通訊，以解先前技術中所述的問題。

在本發明的一實施例中，揭露了一種通訊裝置的控制方法，其包含有以下步驟：控制該通訊裝置的一無線通訊模組使用一第一通道來與一存取點進行通訊；偵測多個通道以分別產生多個第一品質參數，以產生一第一通道偵測結果，其中該多個通道包含該第一通道；自該存取點接收該存取點所偵測的一第二通道偵測結果，其中該第二通道偵測結果包含了該存取點偵測該多個通道的至少一部份所分別產生多個第二品質參數；根據該第一通道偵測結果以及該第二通道偵測結果以計算出該多個通道之至少一部份的多個最終品質參數；根據該多個最終品質參數以決定是否控制該無線通訊模組由該第一通道切換至一第二通道，來與該存取點進行通訊。

在本發明的另一實施例中，揭露了一種通訊裝置，其包含有一無線通訊模組、一處理器及一通道偵測模組。在該通訊裝置的操作中，該處理器用以控制該無線通訊模組來使用一第一通道與一存取點進行通訊，且該通道偵測模組用以偵測多個通道以分別產生多個第一品質參數，以產生一第一通道偵測結果，其中該多個通道包含該第一通道。此外，該處理器自該存取點接收該存取點所偵測的一第二通道偵測結果，其中該第二通道偵測結果包含了該存取點偵測該多個通道的至少一部份所分別產生多個第二品質參數；以及該處理器根據該第一通道偵測結果以及該第二通道偵測結果以計算出該多個通道之至少一部份的多個最終品質參數，並根據該多個最終品質參數以決定是否控制該無線通訊模組由該第一通道切換至一第二通道，來與該存取點進行通訊。

第1圖為根據本發明一實施例之網狀無線網路系統100的示意圖。如第1圖所示，網狀無線網路系統100包含了多個存取點，而每一個存取點可以透過無線網路(Wi-Fi)或是有線網路(乙太網路)連接至一或多個終端裝置。在第1圖所示的範例中，網狀無線網路系統100包含了三個存取點110、120、130，其中存取點120透過無線或是有線網路連接到終端裝置122_1~122_N，而存取點130則透過無線或是有線網路連接到終端裝置132_1~132_M。

在網狀無線網路系統100中，每一個存取點110、120、130都具有相同的服務集識別碼(service set identifier，SSID)，且在採用無線通訊時都是使用相同的通道(Wi-Fi channel)在本實施例中，存取點110作為控制裝置，亦即存取點110本身係直接連接到廣域網路(Wide Area Network，WAN)，而存取點120、130及終端裝置122_1~122_N、132_1~132_M則都會需要透過存取點110以和廣域網路進行通訊。此外，第1圖所示之存取點110、120、130是以鏈狀網路的方式來進行連結，亦即存取點130需要透過存取點120才可以與存取點110進行溝通，然而，此一連結方式僅為範例說明，在其他的實施例中，存取點110、120、130可以以星狀方式來連結，亦即存取點120、130都可以直接連結到存取點110。

存取點110、120、130中的每一者都有自己的有效訊號傳輸範圍，而由於存取點110、120、130所擺放的位置並不相同，因此，每一個存取點110、120、130所遭遇到的干擾並不相同。舉例來說，假設網狀無線網路系統100中的所有裝置都採用Wi-Fi通道‘40’來進行通訊，但在存取點130的周邊有其他不屬於網狀無線網路系統100的電子裝置也正在使用Wi-Fi通道‘40’且進行高流量的傳輸，則此時存取點130的通訊品質則會被干擾而降低其流通量(throughput)。為了解決上述問題，本實施例提出了一種控制方法，其可以根據每一個存取點所偵測到的通道品質來決定出網狀無線網路系統100所適合採用的一最佳通道。

具體來說，請先參考第2圖，其為根據本發明一實施例之通訊裝置200的示意圖，其中通訊裝置200可以是存取點110、120、130中的任一者。如第2圖所示，通訊裝置200包含了一處理器210、一通道偵測模組220以及兩個無線通訊模組230、240。在本實施例中，無線通訊模組230可以用來收發位於2.4 GHz (十億赫茲，Gigahertz)之通道的訊號，而無線通訊模組240可以用來收發位於5 GHz之通道的訊號。

在通訊裝置200的操作中，當通訊裝置200完成開機且已經使用網狀無線網路系統100所選擇出的一或兩個通道之後，處理器210會控制無線通訊模組230使用所決定的通道來進行無線傳輸，或是控制無線通訊模組240使用所決定的通道來進行無線傳輸；或是處理器210控制無線通訊模組230使用所決定的一通道來進行無線傳輸，且控制無線通訊模組240使用所決定的另一通道來進行無線傳輸。而在通訊裝置200完成上述操作之後，通道偵測模組220開始進行即時通道偵測，以產生相關的通道資訊，並判斷出每一個通道的品質。

具體來說，通道偵測模組220本身可以具有一個專屬的天線，以使得在無線通訊模組230及無線通訊模組240進行操作時仍然可以偵測每一個通道的相關資訊。在一實施例中，通道偵測模組220本身可以是一個無線通訊模組，其架構可以類似無線通訊模組230、240。在通道偵測模組220的操作中，通道偵測模組220會週期性地對每一個通道進行偵測，例如每隔30秒便接收每一個通道的訊號，以產生相關的通道資訊。需注意的是，由於通道偵測模組220是被動地接收訊號，故上述的“每一個通道”指的是通道偵測模組220可以接收到的通道訊號。舉例來說，通道偵測模組220可以偵測出每一個通道之一通道負載量測(channel load measurement，CLM)及/或一雜訊直方圖量測(noise histogram measurement，NHM)，其中通道負載量測的方式可參考第3圖所示，亦即在空閒通道評估(Clear channel assessment，CCA)時間內計算通道空閒的次數/時間，以判斷出若是使用此通道時通訊裝置200實際可以接收到封包的時間比例；而雜訊直方圖量測可參考第4圖，其包含了於一段時間內一通道所接收到之多的內容在能量上的比例，例如背景雜訊、所要的接收訊號、傳送訊號、干擾訊號…等等這些來自不同來源的能量強度。在上述的例子中，由於通道負載量測可以判斷出在使用通道時通訊裝置200實際可以接收到封包的時間比例，因此可以準確地反映出通訊裝置200的周圍是否有其他的裝置正在使用這個通道或是類似的頻帶(例如，藍芽裝置所使用的2.492 GHz ~ 2.480 GHz)；另一方面，由於雜訊直方圖量測可以偵測出環境的雜訊，因此可以準確地反映出通訊裝置200周邊是否有微波爐或是其他的微波裝置在運作。如上所述，以上兩個通道資訊可以準確地反映出通道的品質。

接著，在產生每一個通道的通道資訊後，通道偵測模組220可以再根據通道資訊以判斷出每一個通道的品質。舉例來說，通道偵測模組220可以計算出如以下表一所示之部分通道的品質參數：

通道	品質參數(%)	CLM (%)	NHM (%)
36	77	26	20
40	67	16	50
44	62	39	39
48	56	35	54
52	59	64	30
56	66	80	12
60	68	74	12
64	54	92	0
100	86	13	16
104	75	19	33
108	74	26	26
112	66	39	31
116	65	16	54
120	69	11	52
124	72	25	33
128	60	28	52
132	70	11	50

表一

需注意的是，以上表一的內容僅是作為範例說明，在實作上，通道偵測模組220可以產生更多不同種類的通道資訊供產生品質參數使用，且也可以對不同的通道資訊設定不同的權重來計算出品質參數。

如上所述，存取點110、120、130中的每一者都會週期性地決定出每一個通道的品質參數，而在決定出每一個通道的品質參數，作為控制裝置的存取點110會取得每一個存取點所計算的品質參數，亦即存取點120會將本身所計算之每一個通道的品質參數傳送至存取點110，而存取點130也會透過存取點120將本身所計算之每一個通道的品質參數傳送至存取點110。舉例來說，存取點110所得到之部分通道的品質參數如以下表二所示：

通道	存取點110所計算的品質參數	存取點120所計算的品質參數	存取點130所計算的品質參數
36	10	20	15
40	20	15	15
44	30	15	18
48	20	25	30
149	10	30	44
153	20	22	25
157	30	27	20
161	15	30	25

表二

在取得其他存取點的通道品質參數之後，存取點110便可以根據這些通道品質參數來進行計算，例如平均計算、加權相加、加權平均…等等，以計算出每一個通道的最終品質參數，以供決定出網狀無線網路系統100所適合採用的一最佳通道。

在一實施例中，存取點110可以得知其他存取點120、130的連線資訊，並透過這些連線資訊來計算出每一個存取點的權重，並再根據每一個存取點的權重以計算出每一個通道的最終品質參數。舉例來說，假設存取點110、120、130的權重分別為W1、W2、W3，且存取點110、120、130所計算之對應到一特定通道的品質參數分別為Q1、Q2、Q3，則該特定通道的最終品質參數Qf可以計算如下： Qf=(Q1*W1+Q2*W2+Q3*W3)/(W1+W2+W3)……………………………..(1)；舉例來說，存取點110所計算出之部分通道的最終品質參數如以下表三所示：

通道	最終品質參數
36	16.3
40	21.3
44	28.5
48	27.9
149	26.2
153	25.8
157	32.7
161	25.0

表三

關於每一個存取點110、120、130之權重的計算，作為控制裝置的存取點110可以根據每一個存取點110、120、130的身分(例如，是否為控制裝置)、透過無線網路所連接到之終端裝置的數量、透過乙太網路所連接到之終端裝置的數量、協助多少存取點將資料傳送至存取點110(控制裝置)、及/或使用者定義權重…等等，以計算出每一個存取點110、120、130的權重。舉一些例子來進行說明，作為控制裝置的存取點110可以讓權重加上‘3’，而其餘存取點120、130則讓權重加上‘1’。透過無線網路所連接到之終端裝置的數量小於‘3’時，權重增加‘0’；透過無線網路所連接到之終端裝置的數量為‘3’~‘8’時，權重增加‘0.25’；透過無線網路所連接到之終端裝置的數量大於‘8’時，權重增加‘0.5’。透過乙太網路所連接到之終端裝置的數量大於‘0’且小於等於‘3’時，權重增加‘0.2’；透過乙太網路所連接到之終端裝置的數量大於‘3’時，權重增加‘0.4’。關於協助多少存取點將資料傳送至存取點110(控制裝置)，由於存取點120係協助存取點130將資料傳送給存取點110(控制裝置)，故存取點120需要額外加上存取點130根據所連接到之終端裝置所計算出的權重，舉例來說，假設存取點120根據所連接到之終端裝置所計算出的權重分別為0.2、0.3，則存取點所需要加上的權重為‘0.5’(0.2+0.3=0.5)。使用者也可以透過終端裝置來對存取點110、120、130進行重要性排序，例如，使用者可以設定將存取點110、120、130的權重分別加上‘1.7’、‘1.2’、‘1.2’。

需注意的是，上述關於權重的計算方式僅是作為範例說明，而非是本發明的限制。在其他的實施例中，存取點110、120、130的權重計算可以另外考慮到存取點的其他資訊，例如跳躍數(hop count)或是封包傳送路徑等等。

在計算出最終品質參數之後，作為控制裝置的存取點110中的處理器210判斷目前網狀無線網路系統100所使用之通道的品質參數是否低於其他通道的品質參數，以決定是否要將無線通訊模組230及/或無線通訊模組240切換至另一個通道。舉例來說，假設目前無線通訊模組240使用通道‘149’來與其他的無線裝置進行通訊，而處理器210判斷出通道‘153’具有最佳的品質參數，則存取點110可以通知其他存取點120、130要切換至通道‘153’，並在適當的時間點控制無線通訊模組240切換至通道‘153’來與其他的無線裝置(即，存取點120、130)進行通訊。此外，由於通訊裝置200在進行通道切換時的操作可以參考IEEE 802.11k之規格書的內容來得到，故相關細節在此不贅述。

需注意的是，由於最終品質參數是考量到所有存取點110、120、130之品質參數所得到的，因此，具有最終品質參數之通道可能不同於存取點110本身所決定之具有最佳品質參數的通道。

需注意的是，存取點110在判斷是否要將網狀無線網路系統100所使用之通道切換至另一個通道的機制可以有其他幾種實施方式：第一，由於存取點110、120、130在進行通道切換時需要較複雜的流程，故存取點110可以目前所使用之通道的品質參數低於一臨界值時才通知存取點120、130進行通道切換；第二，存取點110可以在目前所使用之通道的品質參數與最佳品質參數之間的差異高於一臨界值時才通知存取點120、130進行通道切換；第三，存取點110判斷目前無線通訊模組230或是無線通訊模組240是否正在與其他無線裝置進行大量或是連續性的資料傳輸，若是無線通訊模組230或是無線通訊模組240正在忙碌時則暫不進行通道切換。

在另一實施例中，無線通訊模組230或是無線通訊模組240中的其一可以自通訊裝置200中移除，而不會影響到本發明之發明精神。

在另一實施例中，存取點110在判斷目前有更佳的通道可供無線通訊模組230或是無線通訊模組240進行切換時，存取點110中的處理器210會先將通道切換的資訊透過無線通訊模組230或是無線通訊模組240傳送給使用者/管理者，以供使用者/管理者參考，而不會直接地進行通道切換。此外，使用者可以根據來自存取點110的通道切換資訊來選擇是否指示存取點110來進行通道切換。

第5圖為根據本發明一實施例之通訊裝置的控制方法的流程圖。同時參考以上實施例所揭露的內容，控制方法的流程如下所述。

步驟500：流程開始。

步驟502：網狀無線網路系統中的存取點使用第一通道來進行通訊。

步驟504：每一個存取點進行通道偵測，以決定出每一個通道的品質參數，以得到通道偵測結果。

步驟506：作為控制裝置的存取點取得其他存取點的通道偵測結果。

步驟508：根據每一個存取點的通道偵測結果來計算出每一個通道的最終品質參數。

步驟510：判斷是否有第二通道的最終品質參數高於第一通道的最終品質參數，若有，流程進入步驟512；若否，流程回到步驟502。

步驟512：在適當的時間點控制網狀無線網路系統中的存取點切換至第二通道來進行通訊。

簡要歸納本發明，在本發明之通訊裝置及相關的控制方法中，由於作為控制裝置的存取點所計算出之每一個通道的最終品質參數是根據每一個存取點的通道偵測結果所得到的，故所決定出之最佳通道可以準確地反映出網狀無線網路系統的整體因素，因此，本發明可以確保網狀無線網路系統在任何時間點都可以使用整體品質較佳的通道來進行通訊，以提升整體的通訊品質。以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。

100:網狀無線網路系統 110,120,130:存取點 122_1~122_N:終端裝置 132_1~132_N:終端裝置 200:通訊裝置 210:處理器 220:通道偵測模組 230:無線通訊模組 240:無線通訊模組 500~512:步驟

第1圖為根據本發明一實施例之網狀無線網路系統的示意圖。第2圖為根據本發明一實施例之通訊裝置的示意圖。第3圖為通道負載量測的示意圖。第4圖為雜訊直方圖量測的示意圖。第5圖為根據本發明一實施例之通訊裝置的控制方法的流程圖。

500~512:步驟

Claims

一種通訊裝置的控制方法，包含有：控制該通訊裝置的一無線通訊模組使用一第一通道來與一存取點進行通訊；偵測多個通道以分別產生多個第一品質參數，以產生一第一通道偵測結果，其中該多個通道包含該第一通道；自該存取點接收一第二通道偵測結果，其中該第二通道偵測結果包含了該存取點偵測該多個通道的至少一部份所分別產生之多個第二品質參數；根據該第一通道偵測結果以及該第二通道偵測結果以計算出該多個通道之該至少一部份的多個最終品質參數；根據該多個最終品質參數以決定是否控制該無線通訊模組由該第一通道切換至一第二通道，來與該存取點進行通訊。
如申請專利範圍第1項所述之控制方法，其中偵測該多個通道以分別產生該多個第一品質參數的步驟係在該無線通訊模組使用該第一通道的過程所進行的。
如申請專利範圍第1項所述之控制方法，其中根據該多個最終品質參數以決定是否控制該無線通訊模組由該第一通道切換至該第二通道的步驟包含有：根據該多個最終品質參數來判斷該多個通道中是否具有一第二通道，其最終品質參數高於該第一通道的最終品質參數；以及若是該多個通道中具有最終品質參數高於該第一通道之最終品質參數的該第二通道，選擇性地控制該無線通訊模組使用該第二通道來與該無線裝置進行通訊。
如申請專利範圍第1項所述之控制方法，其中根據該第一通道偵測結果以及該第二通道偵測結果以計算出該多個通道之該至少一部份的該多個最終品質參數的步驟包含有：將每一個通道的該第一品質參數與該第二品質參數進行加權計算，以得到每一個通道的最終品質參數。
如申請專利範圍第4項所述之控制方法，另包含有：根據該通訊裝置以及該存取點的身分、該通訊裝置以及該存取點透過無線網路所連接到之終端裝置的數量、該通訊裝置以及該存取點透過乙太網路所連接到之終端裝置的數量、協助多少存取點將資料傳送至一控制裝置、及/或使用者定義權重，以計算出該通訊裝置以及該存取點的權重。
如申請專利範圍第1項所述之控制方法，其中偵測該多個通道以分別產生該多個第一品質參數的步驟包含有：對該多個通道中每一個通道進行一通道負載量測(channel load measurement，CLM)及/或一雜訊直方圖量測(noise histogram measurement，NHM)；以及根據該通道負載量測及/或該雜訊直方圖量測的結果以計算出每一個通道的該第一品質參數。
如申請專利範圍第1項所述之控制方法，其中偵測該多個通道以分別產生該多個第一品質參數的步驟包含有：在該無線通訊模組使用該第一通道的過程中，使用不同於該無線通訊模組的一通道偵測模組來偵測該多個通道以分別產生該多個第一品質參數。
如申請專利範圍第1項所述之控制方法，其中該通訊裝置與該存取點係位於一網狀無線網路系統(mesh network)中，且該通訊裝置係為該網狀無線網路系統中的一控制裝置。
一種通訊裝置，包含有：一無線通訊模組；一處理器，用以控制該無線通訊模組來使用一第一通道與一存取點進行通訊；以及一通道偵測模組，用以偵測多個通道以分別產生多個第一品質參數，以產生一第一通道偵測結果，其中該多個通道包含該第一通道；其中該處理器自該存取點接收一第二通道偵測結果，其中該第二通道偵測結果包含了該存取點偵測該多個通道的至少一部份所分別產生的多個第二品質參數；以及該處理器根據該第一通道偵測結果以及該第二通道偵測結果以計算出該多個通道之該至少一部份的多個最終品質參數，並根據該多個最終品質參數以決定是否控制該無線通訊模組由該第一通道切換至一第二通道，來與該存取點進行通訊。
如申請專利範圍第9項所述之通訊裝置，其中該通道偵測模組偵測該多個通道以分別產生該多個第一品質參數的步驟係在該無線通訊模組使用該第一通道的過程所進行的。