CN1679351A - 无线接入网中的自动信道选择 - Google Patents

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Abstract

在无线接入网(111，112)内，接入点(181，182，183，184)通过从这些可用信道中随机地选择信道来选取信道。然后，接入点在随机时间间隔内监视信道以确定信道当前是否正在承载业务。如果该信道未由另一AP使用，则所述接入点将选择该信道。如果是这样，则AP将选择另一信道并开始随机时间间隔内的监视以便确定信道是否可用。所述AP将继续选择信道直到找到适当的信道或已经耗尽了所有可用信道为止。

Description

无线接入网中的自动信道选择
技术领域
本发明涉及在诸如无线局域网(LAN)等无线接入网中自动选择信道的技术。
背景技术
在无线LAN技术中的进步已经引起了相对便宜的无线LAN设备的可用性，这依次引起了休息场所、咖啡馆、图书馆和类似公共设施中的可公共接入无线LAN(例如“热点”(“hot spot”))的出现。最近，无线LAN提供了对诸如公司内联网等专用数据网或诸如因特网等公用数据网等的用户接入。实现和操作无线LAN的相对较低的成本以及可用高带宽(通常超过10兆比特/秒)使得无线LAN成为一种理想的接入机制，通过其移动终端用户能够与外部源交换分组。
在无线LAN内，存在一个或多个接入点(AP)，典型地，每一个接入点均包括用于与移动终端用户交换射频信号的收发机。每一个AP在特定信道上与移动终端用户进行通信。在大多数无线电技术中，例如嵌入在IEEE 802.11b标准中的无线电技术，相邻信道趋向于重叠。为此，无线LAN内的地理相邻的AP设法分配不重叠信道以避免干扰。通常，这样的信道分配需要自动干预或特定的协议修改。不利地，当地理相邻的AP属于由缺乏协同操作以减小射频干扰的动机的单独实体操作的无线LAN时，该方法不会较好地工作。
因此，需要一种在无线LAN中自动选择信道以减小干扰的技术而无需对下层通信协议进行任何修改。
发明内容
简要地，根据本原理，提供了本发明用于由无线接入网内的接入点(AP)来选择无线信道。在AP最初从多个可用无线信道中随机地选择信道时，该方法开始。然后，AP在随机的时间间隔内监视所选的信道，以确定是否存在任何业务。如果信道当前是空闲的(即未由另一AP使用)，则AP要求所选信道承载业务。否则，如果信道已经承载了业务，则AP选择另一信道。之后，AP在随机的时间间隔期间监视新选择的信道以确定新选择的信道的可用性。实际上，AP重复该处理，直到其找到所发现的可用信道或其扫描了所有可用信道为止。
附图说明
图1示出了包括多个无线接入网的通信网的示意方框图；以及
图2示出了说明用于在图1的通信系统内选择业务承载信道的当前原理的方法步骤的流程图。
具体实施方式
图1示出了包括至少一个且优选是多个无线接入网的通信系统10的示意方框图，所述无线接入网由无线接入网111和112举例示出。无线接入网111和112的每一个使至少一个用户和优选地多个用户(例如用户121、122和123)能够接入诸如因特网等外部数据网14。在优选实施例中，用户121使用膝上型计算机，而用户122使用个人数据助理且用户123使用有线通信设备。其他用户(未示出)能够采用其他类型的有线和无线通信设备。
无线接入网111和112中的每一个包括至少一个且优选是多个接入点(AP)，由AP 181-184示出，通过其，用户121、122和123中的每一个接入每一个接入网内的无线局域网(LAN)20。在所示实施例中，每一个AP，例如AP 181，包括无线收发机(未示出)，用于在由诸如用户121、122之一的用户所采用的通信设备内与无线收发机(未示出)交换射频信号。AP 181-184中的一个和多个还可以包括有线接入机制，通过其诸如用户123的用户能够经由有线通信设备接入该网络。在每一个无线接入网111和112中的AP 181-184中的每一个采用一个和多个公知的无线和有线数据交换协议，例如“HiperLan2”或IEEE802.11协议。事实上，不同AP能够采用不同的无线协议以容纳其通信设备使用不同协议的用户。
接入点181-183的每一个通过选择在其上发送和接收数据的特定无线信道，在射频链路上与用户121和122中的相应的一个进行通信。利用大多数无线电技术，例如IEEE 802.11b标准，相邻信道表现出一些重叠度。因此，当地理相邻的AP在相邻信道上传输时，将会出现无线电干扰。过去，通过手动干预或采用特定的协议修改来强制非相邻信道的选择，已经克服了相邻信道干扰的问题。这些方法引起了以下缺点：需要对地理相邻AP的全部时间的管理控制或需要其来实现特定的协议修改。典型地，当这样的相邻AP属于不同网络实体时，对相邻AP执行控制的能力并不存在。
图2示出了形成根据在接入网111和112之一内选择针对AP诸如AP181-184之一的射频信道的当前原理的方法步骤的流程图。通过执行步骤100，图2所示的信道选择方法开始，在步骤100期间，AP设置以下参数：
参数 描述
current_channel 由AP选择的当前信道
channel_min 可用的最低信道号
channel_max 可用的最高信道号
channel_step 所选信道之间的分隔
time_min 信道监视的最小时间
time_max 信道监视的最大时间
在步骤100之后，在步骤102期间，AP进行检查以确定由AP所使用的最后信道是否仍保持可用。如果是这样，则在步骤104期间，AP选择用作当前信道的最后信道。检查先前使用的信道的可用性增加了效率。经常地，在另一AP要求信道之前，AP可以再次使用最后信道。如果AP找到了不可用的最后信道，则在步骤106期间，AP将从可用信道列表中随机地选择信道。
在步骤104和106任一个之后，AP执行步骤108，在步骤108期间，AP将信道监视时间间隔scan_time设置为位于time_min和time_max之间的随机值。之后，AP在步骤110期间监视该信道。AP通过在时间间隔scan_time期间监听由另一接入点(AP)承载的业务(如果存在)的存在来监视信道。在步骤112期间，AP检查在步骤110期间所执行的监视是否解除了(uncovered)另一AP对信道的使用。在步骤112期间发现该信道没有业务时，AP在步骤114期间要求对信道的使用，并且信道选择处理结束(步骤116)。
如果在步骤112期间AP发现信道正在使用，则AP在步骤118期间进行检查以便考虑到由channel_step的当前值指定的所选信道之间的分隔，确定是否其他信道保持可用于选择。因此，例如，如果channel_step＝2，则在选择信道#1之后，信道#3变为可用于选择的下一信道。根据current_channel的值和可用的信道数，AP可以发现另外的信道仍可用。如果是这样，则在进行步骤108的重新执行之前，AP执行步骤120以便根据以下关系来选择下一新信道：
新信道＝current_channel+channel_step。
否则，当在步骤118期间检测到可用信道的耗尽时，AP在步骤122期间根据以下关系来复位current_channel的值：
channel_step＝floor(channel_step/2)。
换句话说，在步骤122期间，AP将channel_step的值复位为channel_step的先前值的一半的最低整数值。因此，如果在步骤122之前的channel_step的值为3，则在步骤122之后，新值将为1。在步骤122之后，程序执行分支到步骤120。
为了更好地理解上述信道选择方法，考虑以下三个实例。
实例1
假定图1中的无线接入网111的AP 181和182分别使用信道#1和#6，而AP 184保持离线。另外假定AP 183刚开始操作并且是实现本原理的信道选择方法的唯一AP。在实现信道选择方法时，假定AP 183采用了以下值：channel_min＝1，channel_max＝11，channel_step＝5，time_min＝500并且time_max＝1000，time_min和time_max以毫秒测量。另外，假定AP 183并不存储与先前使用的信道有关的任何信息。
根据本原理的信道选择方法，AP 183将首先根据以下关系来选择当前信道：
current_channel＝random(1，6，11)。
为此，假定AP 183选择了信道#6。接下来，AP 183根据以下关系来选择scan_time的值：
scan_time＝random(500，1000)。
为此，假定AP 183将scan_time的值选择为600毫秒。因此，AP 183将在该时间间隔内监听信道#6。由于AP 182在该实例中当前正在使用信道#6，因此AP 183将检测该信道的使用。因此，AP 183将根据以下关系来选择新信道：
新信道＝current_channel+channel_step。
在本实例中，current_channel＝6且channel_step＝5，AP 183将选择信道#11。现在，AP 183建立参数scan_time的新值，即750ms，然后在该时间间隔内监听信道#11。假定该信道未承载任何其他业务，则AP 183现在将要求对信道#11的使用。
实例2
假定图1中的无线接入网111的AP 181、182和183分别使用信道#1、#6和#11。另外假定处于相同无线接入网中的AP 184现在开始操作且实现了根据本原理的信道选择方法。在实现信道选择方法时，假定AP184选择了以下参数值：channel_min＝1，channel_max＝11，channel_step＝5，time_min＝500并且time_max＝1000。另外，假定AP184并不存储与先前使用的信道有关的任何信息。
根据本原理的信道选择方法，AP 184将首先根据以下关系来选择信道：
current_channel＝random(1，6，11)。
假定AP 184选择了信道#6，如同前一实例那样。接下来，AP 184根据以下关系来选择scan_time的值：
scan_time＝random(500，1000)。
假定AP 184为scan_time选择了660毫秒的值，因此，AP 184将在该时间间隔内监听信道#6 660ms。由于AP 182在该实例中正在使用信道#6，因此AP 184将找到被占用的信道#6。因此，AP 184将根据以下关系来选择新信道：
新信道＝current_channel+channel_step。
在当前实例中，AP 184将选择信道#11。
接下来，AP 184建立scan_time的新值，即550ms，然后在该时间间隔内监听信道#11。假定在实例中信道#11保持由AP 183使用，则AP 184还将找到被占用的信道#11。
已经发现信道#11忙之后，AP 184选择另一信道，并且在该实施例中，由于回绕，现在将拾取信道#1。已经选择了信道#1之后，AP 184选择scan_time的新值，即800毫秒，并且将在该时间间隔内监听信道#1。由于在该实施例中信道#1保持为由AP 181使用，因此AP 184也将找到被占用的信道#1。
当channel_step＝5时，在该实例中已经用尽了用于选择的所有可能信道。因此AP 184将根据以下关系来减小参数channel_step的值：
在当前实例中，channel_step的新值变为2。在将channel_step的值减小为2之后，现在，AP 184利用先前所述的关系来选择另一信道。在该实例中，AP 184现在将选择信道#3。之后，AP 184选择scan_time的新值，即730毫秒，并且现在在该时间间隔期间监听信道3。在发现信道#3没有业务时，AP 184现在要求对该信道的使用。注意，在这种情况下，由于所有无干扰信道已经在使用，因此不能够完全避免干扰。
实例3
该实例描述了两个AP例如无线接入网111内的AP 182和183同时启动，而相同网络内的另一AP例如AP 181当前正在使用信道#1的情景。假定AP 182和AP 183均采用了以下参数值：channel_min＝1，channel_max＝11，channel_step＝5，time_min＝500并且time_max＝1000。另外，假定AP 182和AP 183均未存储与各自先前使用的信道有关的信息。
根据本原理的方法，AP 182和AP 183将首先根据以下关系来选择当前信道：
对于AP 182，
current_channel＝random(1，6，11)。
假定AP 182已经随机地选择了信道#6。
对于AP 183，
current_channel＝random(1，6，11)。
也假定AP 183已经随机地选择了信道#6。如果AP 182和AP 183实际上要求相同的信道，则将会导致严重的干扰。然而，从以下讨论中将显而易见，本原理的信道选择方法将防止AP 182和AP 183要求相同的信道。
在AP 182和AP 183中的每一个最初选择信道之后，每一个AP如下建立参数scan_time的值：
对于AP 182，
scan_time＝random(500，1000)  (即660)。
对于AP 183，
scan_time＝random(500，1000)  (即820)。
接下来，AP 182将在660ms内监听信道#6，而AP 183也在820毫秒内监听相同的信道。假定不存在另外的业务，AP 182将在其监听的时间段内发现信道空闲并因而要求对信道的使用。由于由AP 183所建立的scan_time长于由AP 182建立的参数scan_time，因此，AP 183将更长时间地监听，并且最终将在660和820毫秒的时间间隔内，检测到AP182对信道#6的使用。
已经发现信道#6被占用之后，现在AP 183现在必须选择另一信道并且按先前所述的方式来进行。在当前实例中，假定AP 183选择了信道#11。AP 183现在将选择scan_time的新值，即530毫秒。所述AP 183现在在530ms内监听新选择的信道#11，并且在发现其空闲时，现在要求对该信道的使用。
前面描述了在接入网内由接入点来选择无线信道以减小相邻信道干扰的技术。

Claims (17)

1、一种在无线接入网中从多个可用信道中选择射频信道以便由接入点使用的方法，包括步骤：
(a)从多个信道中随机地选择信道(步骤108)；
(b)在随机时间间隔内监视所选信道以确定所选信道当前是否正在承载业务(步骤110)；以及
(c)如果所选信道当前并不承载业务，则要求所述信道承载接入点的业务(步骤114)。
2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于在发现所选信道当前正在承载业务时，则执行以下步骤：
(d)选择不同信道(步骤120)；以及
(e)针对不同的所选信道，重复步骤(b)和(c)。
3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于选择不同信道的步骤包括步骤：选择以指定信道分隔值与先前所选信道分离的新信道。
4、根据权利要求3所述的方法，其特征在于还包括步骤：
如果已经预先选择了所有可用信道，则减小信道分隔值(步骤122)；以及
按照以减小的预先选择的信道分隔值与先前所选信道分离的方式来选择新信道(步骤120)。
5、根据权利要求1所述的方法，其特征在于监视所选信道的步骤包括以下步骤：
选择指定的最小和最大信道监视时间间隔；以及
建立指定最小和最大信道监视时间间隔之间的随机时间间隔。
6、根据权利要求3所述的方法，其特征在于重复步骤(d)和(e)直到监视了所有可用信道为止。
7、一种在无线接入网中从多个可用信道中选择射频信道以便由接入点使用的方法，包括步骤：
(a)确定最后使用的信道是否可使用并要求对所述信道的使用(步骤104)，而如果最后使用的信道不可用，则
(b)从多个可用信道中随机地选择信道(步骤106)；
(c)在随机时间间隔内监视所选信道以确定所选信道当前是否正在承载业务(步骤110)；以及
(c)如果所选信道当前并不承载业务，则要求所述信道承载接入点的业务(步骤114)。
8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于在发现所选信道当前正在承载业务时，则执行以下步骤：
(e)选择不同信道(步骤120)；以及
(f)针对不同的所选信道，重复步骤(c)和(d)。
9、根据权利要求8所述的方法，其特征在于选择不同信道的步骤包括步骤：选择以指定信道分隔值与先前所选信道分离的新信道。
10、根据权利要求9所述的方法，其特征在于还包括步骤：
如果已经预先选择了所有可用信道，则减小信道分隔值；以及
按照以减小的预先选择的信道分隔值与先前所选信道分离的方式来选择新信道。
11、根据权利要求7所述的方法，其特征在于监视所选信道的步骤包括以下步骤：
选择指定的最小和最大信道监视时间间隔；以及
建立指定最小和最大信道监视时间间隔之间的随机时间间隔。
12、根据权利要求9所述的方法，其特征在于重复步骤(e)和(f)直到监视了所有可用信道为止。
13、一种在无线接入网中从多个可用信道中选择射频信道以便由接入点使用的设备，包括：
(a)用于从多个信道中随机地选择信道的装置(181-184)；
(b)用于在随机时间间隔内监视所选信道以确定所选信道当前是否正在承载业务的装置(181-184)；以及
(c)如果所选信道当前并不承载业务，则要求所述信道承载接入点的业务的装置(181-184)。
14、根据权利要求13所述的设备，其特征在于在发现所选信道当前正在承载业务时，信道要求装置选择不同的信道，并且所述监视装置监视不同的业务信道。
15、根据权利要求14所述的设备，其特征在于所述信道要求装置按照使所述不同信道以预先选择的信道分隔值与先前所选信道分离的方式来选择所述不同信道。
16、根据权利要求15所述的设备，其特征在于在用于选择的所有可用信道耗尽时，所述信道要求装置减小所述信道分隔值，之后，按照以减小的预先选择的信道分隔值与预先所选信道分离的方式来选择所述不同信道。
17、根据权利要求13所述的设备，其特征在于所述监视装置通过选择指定的最小和最大信道监视时间间隔来监视所选信道，然后，建立指定最小和最大信道监视时间间隔之间的随机时间间隔。
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