專利名稱：多類多信道無線lan等的最佳信道分配的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及無線通信，以及更具體地，涉及一些用于最大化無線局域網(wǎng)(WLAN)的總系統(tǒng)吞吐量和性能的系統(tǒng)和方法的優(yōu)選實施例。
背景技術(shù)：
存在許多類型的計算機網(wǎng)絡(luò)，其中，因特網(wǎng)是最出名的。因特網(wǎng)是一種全世界范圍的計算機網(wǎng)絡(luò)。今天，因特網(wǎng)是一種公用的、自我支持(self-sustaining)的網(wǎng)絡(luò)，可由數(shù)以百萬計的用戶使用。因特網(wǎng)使用一組稱為TCP/IP(即，傳輸控制協(xié)議/因特網(wǎng)協(xié)議)的通信協(xié)議來連接主機。因特網(wǎng)具有稱為因特網(wǎng)骨干網(wǎng)的通信基礎(chǔ)設(shè)施。主要由因特網(wǎng)服務提供商(ISP)控制對所述因特網(wǎng)骨干網(wǎng)的訪問，由ISP將所述訪問出售給公司或個人。
關(guān)于IP(因特網(wǎng)協(xié)議)，通過此協(xié)議可以將數(shù)據(jù)從一臺設(shè)備(例如，電話，PDA[個人數(shù)字助理]，計算機等)發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上的另一臺設(shè)備。今天有各種版本的IP，包括，如，IPv4，IPv6等。網(wǎng)絡(luò)上的主機設(shè)備有至少一個IP地址，這是其自身的唯一標識符。
IP是一種無連接協(xié)議。在通信中的端點之間的連接不是連續(xù)的。當用戶發(fā)送或接收數(shù)據(jù)或消息時，所述數(shù)據(jù)或消息被劃分成稱為分組的組分。每個分組被當作獨立的數(shù)據(jù)單元。
為了使在因特網(wǎng)或其它類似網(wǎng)絡(luò)上的點之間的傳輸標準化，建立了OSI(開放系統(tǒng)互連)模型。OSI模型將網(wǎng)絡(luò)上兩點之間的通信過程分為七個疊層(stacked layer)，每層加入其自身的功能集。每個設(shè)備處理消息，從而存在在發(fā)送端點通過每層的下行流(downward flow)，而在接收端點通過所述層的上行流(upward flow)。提供所述七個功能層的程序和/或硬件通常是設(shè)備操作系統(tǒng)、應用軟件、TCP/IP以及/或者其它傳送和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，以及其它軟件或硬件的組合。
典型地，當消息往返于用戶時使用上四層，而當消息通過設(shè)備(例如，IP主機設(shè)備)時，使用下三層協(xié)議。IP主機可以是網(wǎng)絡(luò)上任何能夠傳輸和接收IP分組的設(shè)備，諸如，服務器、路由器或工作站。為一些其它主機指定的消息不被向上傳遞到所述較高層，但被轉(zhuǎn)發(fā)到其它主機。在OSI和其它類似模型中，IP在第3層，即，網(wǎng)絡(luò)層。
無線網(wǎng)絡(luò)可以集成各種類型的移動設(shè)備，諸如，蜂窩電話和無線電話、PC(個人計算機)、膝上型計算機、可穿戴計算機、無繩電話、尋呼機、頭戴式耳機、打印機、PDA等。例如，移動設(shè)備可包括數(shù)字系統(tǒng)，以確保話音和/或數(shù)據(jù)的快速無線傳輸。典型的移動設(shè)備包括以下組件中的一些或全部收發(fā)機(即，發(fā)射機和接收機，包括，例如，具有集成的發(fā)射機和接收機，并且如果需要還可具有其它功能的單片收發(fā)機)；天線；處理器；一個或多個音頻變換器(例如，設(shè)備中用于音頻通信的揚聲器或麥克風)；電磁數(shù)據(jù)存儲器(諸如，ROM，RAM，數(shù)字數(shù)據(jù)存儲器等，諸如在提供數(shù)據(jù)處理的設(shè)備中)；內(nèi)存；閃存；全芯片集(full chip set)或集成電路；接口(例如，USB，CODEC，UART，PCM等)；以及/或者其它。
可以使用無線LAN進行無線通信，在其中移動用戶可通過無線連接與局域網(wǎng)(LAN)相連接。無線通信可包括，例如，經(jīng)由諸如光、紅外線、無線電、微波等電磁波傳播的通信。目前存在各種WLAN標準，如，藍牙，IEEE 802.11，以及HomeRF(家用射頻)。
舉例來說，可利用藍牙產(chǎn)品在移動計算機、移動電話、便攜式手提設(shè)備，個人數(shù)字助理(PDA)，以及其它移動設(shè)備之間提供鏈路，并提供到因特網(wǎng)的連通性。藍牙是一種計算和通信工業(yè)規(guī)范，其具體描述了移動設(shè)備如何利用短程無線連接容易地互連或者與非移動設(shè)備相連接。藍牙產(chǎn)生了一種數(shù)字無線協(xié)議，以解決需要保持數(shù)據(jù)同步以及設(shè)備之間的一致性的各種移動設(shè)備的迅速增多而給最終用戶帶來的問題，從而使得來自不同生產(chǎn)商的設(shè)備能夠無縫地一起工作。可根據(jù)通用的命名概念對藍牙設(shè)備命名。例如，藍牙設(shè)備可以擁有藍牙設(shè)備名稱(BDN)或與唯一的藍牙設(shè)備地址(BDA)相關(guān)聯(lián)的名字。藍牙設(shè)備也可以參與因特網(wǎng)協(xié)議(IP)網(wǎng)絡(luò)。如果藍牙設(shè)備在IP網(wǎng)絡(luò)上工作，可以為此藍牙設(shè)備提供IP地址和IP(網(wǎng)絡(luò))名稱。因而，被配置為參與IP網(wǎng)絡(luò)的藍牙設(shè)備可包含，諸如，BDN、BDA、IP地址以及IP名稱。術(shù)語“IP名稱”指對應于接口的IP地址的名稱。
IEEE標準，IEEE 802.11對用于無線LAN和設(shè)備的技術(shù)進行了規(guī)范。利用802.11，可以通過支持幾種設(shè)備的每一個單個基站實現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)。在一些例子中，設(shè)備可以被預先裝配無線硬件，或者用戶可以安裝分立的硬件，諸如，包括天線的卡。舉例來說，不管所述設(shè)備是否為接入點(AP)，802.11中使用的設(shè)備通常包括三種知名的組件，移動站(STA)、網(wǎng)橋、PCMCIA卡，或者另一種設(shè)備無線電收發(fā)機；天線；以及用于控制在網(wǎng)絡(luò)中的點之間的分組流量的MAC(介質(zhì)訪問控制)層。
另外，在一些無線網(wǎng)絡(luò)中可使用多接口設(shè)備(MID)。MID可包括兩個獨立的網(wǎng)絡(luò)接口，諸如，藍牙接口和802.11接口，因而使得所述MID可以參與兩個分立的網(wǎng)絡(luò)并與藍牙設(shè)備相連接。所述MID可以具有IP地址以及與該IP地址相關(guān)聯(lián)的通用IP(網(wǎng)絡(luò))名稱。
無線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可包括，但不限于，藍牙設(shè)備、多接口設(shè)備(MID)、802.11x設(shè)備(IEEE 802.11設(shè)備包括，例如，802.11a、802.11b以及802.11g設(shè)備)、HomeRF(家用射頻)設(shè)備、Wi-Fi(無線保真)設(shè)備、GPRS(通用分組無線業(yè)務)、3G蜂窩設(shè)備、2.5G蜂窩設(shè)備、GSM(全球移動通信系統(tǒng))設(shè)備，EDGE(增強數(shù)據(jù)速率的GSM)設(shè)備、TDMA型(時分復用)設(shè)備或者CDMA型(碼分復用)設(shè)備，所述CDMA型設(shè)備包括CDMA2000。每一種網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可包含各種類型的地址，這包括但不限于IP地址、藍牙設(shè)備地址、藍牙通用名稱、藍牙IP地址、藍牙IP通用名稱、802.11 IP地址、802.11 IP通用名稱或者IEEE MAC地址。
無線網(wǎng)絡(luò)還可涉及諸如在移動IP(因特網(wǎng)協(xié)議)系統(tǒng)、PCS系統(tǒng)以及其它移動網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)的方法和協(xié)議。關(guān)于移動IP，這涉及由因特網(wǎng)工程任務組(IETF)產(chǎn)生的標準通信協(xié)議。利用移動IP，移動設(shè)備用戶可在網(wǎng)絡(luò)間移動，同時保持其已分配的IP地址。參看請求評論(RFC)3344。NBRFC是因特網(wǎng)工程任務組(IETF)的正式文本。移動IP增強了因特網(wǎng)協(xié)議(IP)并增加了當移動設(shè)備在其歸屬網(wǎng)絡(luò)外進行連接時將因特網(wǎng)流量轉(zhuǎn)發(fā)到該移動設(shè)備的方法。移動IP給每個移動節(jié)點分配其本地網(wǎng)絡(luò)上的歸屬地址以及標識在網(wǎng)絡(luò)及其子網(wǎng)中所述設(shè)備的當前位置的轉(zhuǎn)交地址(CoA)。當設(shè)備移到不同的網(wǎng)絡(luò)時，其接收新的轉(zhuǎn)交地址。歸屬網(wǎng)絡(luò)上的移動代理將每個歸屬地址與其轉(zhuǎn)交地址相關(guān)聯(lián)。每次當移動節(jié)點利用諸如因特網(wǎng)控制消息協(xié)議(ICMP)改變其轉(zhuǎn)交地址時，其向所述歸屬代理發(fā)送綁定更新。
在基本IP路由(即，外部移動IP)中，典型地，路由機制依賴于以下假設(shè)，每個網(wǎng)絡(luò)節(jié)點總具有不變的與諸如因特網(wǎng)的連接點，并且每個節(jié)點的IP地址標識其所連接的網(wǎng)絡(luò)鏈路。在此文本中，術(shù)語“節(jié)點”包括連接點，其可以包括諸如用于數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匦路峙潼c或端點，并且其可以識別、處理和/或向其它節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)通信。例如，因特網(wǎng)路由器可以查看例如用于標識設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)的IP地址前綴等。然后，在網(wǎng)絡(luò)層次，路由器查看例如用于標識特定子網(wǎng)的一組比特。利用典型的移動IP通信，如果用戶從諸如因特網(wǎng)斷開連接移動設(shè)備，并試圖在新的子網(wǎng)重新連接它，則需要為該設(shè)備配置新的IP地址，適當?shù)木W(wǎng)絡(luò)掩碼和缺省路由器。否則，路由協(xié)議將不能正確地傳遞分組。
本部分闡明本發(fā)明人的一些知識，這并不必然代表現(xiàn)有技術(shù)知識。
無線網(wǎng)絡(luò)，特別是無線局域網(wǎng)(WLAN)，諸如基于IEEE 802.11的WLAN已經(jīng)經(jīng)歷過了顯著的成長以及使用增長。比如，舉一些例子，在辦公室、住宅以及鬧市區(qū)(hot spot)和特定的聯(lián)網(wǎng)試驗臺中都可以看到802.11b或Wi-Fi系統(tǒng)。此外，802.11a和相對新的802.11g標準提供了比802.11b(比如，可達到11Mb/s)更高的數(shù)據(jù)率(比如，可達到54Mb/s)。另外，隨著WLAN芯片組的成本不斷下降，筆記本計算機生產(chǎn)商可以更容易地提供與所有這三個802.11下的標準兼容的WLAN設(shè)備。
于是，調(diào)查這些或者其它不同WLAN系統(tǒng)的性能增強越來越有價值。當前的WLAN系統(tǒng)的主要缺陷之一在于所有用戶對信道進行時間共享；缺乏維持同時的數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓逃心芰?。這是由于所有與某個AP相關(guān)聯(lián)的終端共享相同的頻率、編碼和空間所引起的。此外，已經(jīng)將在802.11 DCF(分布式協(xié)調(diào)功能)中用于介質(zhì)訪問的CSMA/CA協(xié)議設(shè)計為向所有用戶提供長期的公平對待，以使得不管其信道數(shù)據(jù)率的差別，所有用戶均具有相同的概率來獲得對所述介質(zhì)的訪問。如果對于所有用戶產(chǎn)生的流量都相同，他們基本上都能實現(xiàn)相同的長期吞吐量(long term throughput)。因此，所實現(xiàn)的吞吐量由具有最低傳輸率的用戶所限制。
涉及于此背景工作包括，尤其在于，解決CSMA/CA協(xié)議的長期公平性的工作。參見，例如，以下列出的參考文獻[2，6]。參考Heusse等的參考文獻[2]，此參考文獻考慮了802.11b WLAN，并示出具有不同數(shù)據(jù)率的不同用戶可實現(xiàn)相同的長期吞吐量，此吞吐量顯著低于具有高數(shù)據(jù)率的用戶能夠?qū)崿F(xiàn)的吞吐量。例如，兩個各自具有11Mb/s信道的UDP用戶的每一個得到約3Mb/s的吞吐量。然而，如果一個用戶為1Mb/s，而另一個用戶為11Mb/s，則他們都獲得0.7Mb/s的吞吐量。這種現(xiàn)象也被稱為802.11的基于吞吐量的公平性。參考，例如，以下列出的參考文獻[6]。參考Tan和Guttag的參考文獻[6]，此參考文獻介紹了一種以基于時間的公平性為基礎(chǔ)向所有站提供相等的信道時間的方法。這種為不同用戶分配相等的時間類似于在IS856 3G蜂窩系統(tǒng)中提出的比例公平調(diào)度方案所實現(xiàn)的分配。參考，例如，以下列出的參考文獻[9]。為用戶分配相同時間使得用戶的吞吐量正比于其信道速率。另外，Bianchi對802.11 DCF進行了性能分析，參見參考文獻[17]，提供了一種對Heusse等進行了改進的有用的分析模型，以解決基礎(chǔ)架構(gòu)模式的WLAN。
此外，已經(jīng)對蜂窩系統(tǒng)語境下的多信道提供進行了詳盡的研究。在那一點上，頻率復用的概念實際上和蜂窩系統(tǒng)是同義的。參見，例如，以下的參考文獻[11]。另外，參見參考文獻[10]，諸如動態(tài)信道分配的技術(shù)也眾所周知。此外，在自組織網(wǎng)絡(luò)的語境下的多信道的使用也明顯得到了注意。在此，在自組織網(wǎng)絡(luò)的語境下研究的主要方面包括，例如，連接性以及最大化空間復用。所述連接性方面包括，例如，路由以及介質(zhì)訪問控制，還包括多信道隱藏終端問題，在其中，當兩個相鄰節(jié)點工作在不同頻率時，它們對彼此的傳輸不可知。以下列出的So和Vaidya最近的工作，參照參考文獻[7]，以及Raniwala等，參照參考文獻[18]，有助于總結(jié)多信道自組織網(wǎng)絡(luò)中的一些背景發(fā)展。
雖然已經(jīng)知道了多種系統(tǒng)和方法，但仍需要可以克服一個或多個以下和/或其它限制的改進系統(tǒng)和方法。
[1]ITU Recommendation P.59，“Artificial Conversational Speech，”March 1993[2]M.Heusse，F(xiàn).Rousseau，G.Berger-Sabbatel，A.Duda，“Performance Anomaly of 802.11b，”Proc.of INFOCOM 2003. K.Medepalli，P.Gopalakrishnan，D.Famolari and T.Kodama，“Voice Capacity of IEEE 802.11b，802.11a and 802.11g WLAN Systems，”To appearProc.of IEEE GLOBECOM 2004. IEEE 802.11b specification，1999，http//standards.ieee.org/getieee802/download/802.11b1999.pdf[5]IEEE 802.11a specification，1999，http//standards.ieee.org/getieee802/download/802.11a-1999.pdf[6]G.Tan and J.Guttag，“Time-based Fairness ImprovesPerformance in Multi-rate WLANs，”Proc.of USENIX 2004. J.So and N.Vaidya，“Multi-Channel MAC for Ad Hoc NetworksHandling Multi-Channel Hidden Terminals Using A Single Transceivers，”Proc.of ACM MobiHoc 2004. L.Kleinrock and F.A.Tobagi，“Packet Switching in RadioChannelsPart I-Carrier Sense Multiple Access and theirThroughput-Delay Characteristics，”IEEE Transactions onCommunications，Vol.23，Issue13，Dec 1975，pp.1417-1433. P.Viswanath，D.Tse and R.Laroia，“Opportunistic beamformingusing dumb antennas，”IEEE Transactions on Information Theory，vol.48(6)，June 2002. I.Katzela and M.Naghshineh，“Channel assignment schemes forcellular mobile telecommunication systemsA comprehensive survey，”IEEE Personal Comm.，pp.10-31，June 1996. T.S.Rappaport，“Wireless CommunicationsPrinciples &Practice，”Prentice Hall，2002. F.A.Tobagi and L.Kleinrock，“Packet Switching in RadioChannelsPart II-the Hidden Terminal Problem in Carrier SenseMultiple-Access and the Busy-Tone Solution，”IEEE Trans on Comm，Dec1975，pp.1417-1433. S.Boyd and L.Vandenberghe，“Convex Optimization，”Cambridge University Press，2003. A.Bykadorov，“On quasiconvexity in fractional programming，”-In“Generalized Convexity，”S.Komlosi，T.Rapcsak，S.Schaible(Eds.)/Proceedings Pecs(Hungary)，1992Lecture Notes in Economics andMathematical Systems，no.405，Springer-Verlag，Berlin-Heidelberg-New York，1994，p.281-293. A.Caprara，H.Kellerer，U.Pferschy，“The Multiple subsets sumproblem，”SIAM Journal on Optimization，Vol.11，No.2，pp.308-319，2000. C.Koksal et.al.，“An analysis of short-term fairness in wirelessmedia access protocols，”in Proceedings of ACM SIGMETRICS，2000. G.Bianchi，“Performance analysis of the IEEE 802.11 DistributedCoordination Function，”JSAC Wireless Series，vol.18，no.3，2000. A.Raniwala.，K.Gopalan and T.Chieuh，“CentralizedAlgorithms for Multi-channel Wireless Mesh Networks，”ACM MobileComputing and Communications Review(MC2R)，vol.8，no.2，April 2004. IEEE 802.11g-2003，http//standards.ieee.org/getieee802/download/802.11g-2003.pdf.

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的優(yōu)選實施例可顯著改進已有的方法和/或裝置。
根據(jù)一些優(yōu)選實施例，可使用額外的正交維(dimension oforthogonality)潛在地將具有最強信道條件的用戶與具有最弱信道的那些用戶分離(segregate)，從而改進整體性能。
在所述優(yōu)選實施例中，提供了一種這樣的系統(tǒng)，其將多正交信道的并發(fā)使用建立為用于提供所述額外的正交維的有利方法。
尤其，所述優(yōu)選實施例可利用多信道實現(xiàn)顯著的增益。例如，如在以下部分IV中的討論，可見在具有C個信道的多信道WLAN中，適當?shù)男诺婪峙淇梢缘玫皆黾拥目偼掏铝?，其大于單個信道吞吐量的C倍(例如，可能實現(xiàn)超線性增益)。
參見以上的參考文獻[4]，IEEE 802.11b標準確定了工作于2.4GHz頻帶中的14個信道，其中信道號1、6和11是三個非重疊信道。在IEEE802.11a的情形下，參見以上的參考文獻[5]，所述標準中定義的所有12個信道(即，低到中U-NII頻帶的8個和高U-NII頻帶中的4個)可以被用在重疊和/或相鄰的小區(qū)中。關(guān)于802.11g，參考以上的參考文獻[19]，由于其為2.4GHz ISM頻帶而設(shè)計，其也具有3個非重疊信道。
然而，可以注意到，盡管適應目前標準的WLAN支持這樣的多信道，但是它們僅以靜態(tài)方式使用所述多信道中的一個。在這樣的情況下，每個WLAN接入點(AP)僅對一個信道進行操作。在這樣的情況下，對工作信道的選擇依賴于應用場景。例如，住宅用戶不關(guān)心對其WLAN接入點(AP)將使用的信道的指定。這實際上經(jīng)常是一些商務、辦公室、校園，以及其它專業(yè)環(huán)境中的情況。在一些更加詳細計劃的應用中，通過考慮傳播特性和所導致的AP之間的相互干擾來確定將使用的信道。因而，這種現(xiàn)代的設(shè)備僅需要采用配有信道改變能力的單個無線電設(shè)備。
另一方面，在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，每個AP配備有能夠同時在多個頻率發(fā)送和接收的收發(fā)機。然而，所述終端仍然優(yōu)選地使用能夠以動態(tài)方式改變工作頻率的單個無線電設(shè)備。
在此公開中，考慮到了在滿足所有用戶容許(admit)的QoS要求的同時，在WLAN中最佳地分配載波(即，頻率)的問題。其中，本公開有助于說明以下值得注意的概念。首先，其示出了最佳信道分配的問題可作為凸優(yōu)化問題用公式表示和解答。其次，其說明了基于具有相似信道條件的集中用戶(pooling user)的提出的啟發(fā)式算法可被用作為近似最優(yōu)策略的方法。第三，量化了最佳信道分配的收益，并說明了就最小化呼叫阻塞概率而言，所提出的啟發(fā)式算法可以實現(xiàn)接近最佳的性能。以下可看出，所述分析和結(jié)果不僅解決了IEEE 802.11b、802.11a以及802.11g的主要WLAN標準，而且進一步進行了擴展，諸如，考慮到了802.11b和802.11g共存的有用情況。在本發(fā)明之前，其它的都沒有意識到研究解決這些問題的需求。
根據(jù)本發(fā)明的一些實施例，提供了一種改進無線局域網(wǎng)的總吞吐量的系統(tǒng)，其包括至少一個接入點，此接入點配備了至少一個被配置為同時利用多個信道在多個頻率發(fā)送和接收的收發(fā)機；所述接入點被配置為獲取用戶的信道條件并基于所述信道條件在所述信道上集中用戶的集合。在一些實施例中，所述至少一個接入點具有單個無線電裝置，其被配置為動態(tài)地改變工作頻率。在優(yōu)選實施例中，所述接入點被配置為基于啟發(fā)式算法，并且優(yōu)選地，基于PACK算法，將用戶分配給信道。在一些實施例中，所述系統(tǒng)包括用戶終端，其被配置為用于至少兩個不同的聯(lián)網(wǎng)規(guī)范(networking specification)，并且其中，將第一個所述聯(lián)網(wǎng)規(guī)范的用戶置于第一信道，將第二個所述聯(lián)網(wǎng)規(guī)范的用戶置于第二信道。
根據(jù)本發(fā)明一些其它實施例，實現(xiàn)了一種改進無線局域網(wǎng)性能的方法，其包括a)使接入點同時在多個信道上發(fā)送和接收通信；以及b)基于訪問所述接入點的用戶的信道條件的強度差別，將所述用戶分離到所述信道中的不同的信道。在一些實施例中，所述方法進一步包括使所述接入點利用單個無線電裝置以動態(tài)方式改變工作頻率。在一些實施例中，所述方法進一步包括使所述接入點基于信道質(zhì)量來集中用戶的集合。
根據(jù)本發(fā)明的一些其它實施例，提供了一種改進與IP網(wǎng)絡(luò)的無線通信性能的系統(tǒng)，其包括至少一個接入點，其配備有至少一個被配置為同時在多個信道上發(fā)送和接收的收發(fā)機；其中所述接入點被配置為基于信道條件將用戶集中到所述信道上。在一些實施例中，所述至少一個接入點被配置為響應于來自用戶站的關(guān)聯(lián)請求(association request)，所述用戶站被配置為在給定時間僅在所述信道中的一個上發(fā)送或接收，其中所述用戶站在不同的位置，并且能夠使用不同的信道速率。在一些實施例中，所述接入點被配置為能夠進行話音業(yè)務和/或分組數(shù)據(jù)業(yè)務。在一些優(yōu)選實施例中，所述接入點被配置為基于啟發(fā)式算法將用戶分配給信道。
在一些例子中，所述接入點被配置為將用戶分成多個具有各自吞吐量級別的用戶類；當所述用戶被容許時，所述接入點被配置為如下將所述用戶分配到所述信道在每個信道上，所述接入點分配盡可能多的來自各個類的用戶，當所述各個類中的用戶的數(shù)目少于用于此類的信道容量時，不會有呼叫的溢出通信量，并且所述各個類中的所有用戶被分配到該信道；當類中的用戶數(shù)目多于用于此類的信道容量時，出現(xiàn)呼叫的溢出通信量，呼叫將被進一步由所述接入點以逐步方式從較高吞吐量的類開始經(jīng)過所述類進行分配，從而將具有較高吞吐量的溢出通信量與具有較低吞吐量的通信量相配對。
在一些實施例中，所述接入點被配置為將用戶分成多個具有不同吞吐量級別的用戶類；如果所述接入點不能容納所有用戶，則將所述接入點配置為以這樣的方式分配用戶，即以逐步方式從較高吞吐量的第一類開始經(jīng)過所述用戶類，盡可能地分配更多的用戶，然后移至下一類，然后隨后的類。
在一些實施例中，其中所述接入點被配置為通過在所述信道中的對應信道上僅容許具有相似信道條件的用戶來處理異步呼叫。然而，在一些其它實施例中，在所述接入點接收與額外接入點的存在相關(guān)的外部干擾的情況下，所述接入點被配置為測定所述信道的每一個的利用，并建立將被選擇的信道的子集。在一些其它實施例中，所述接入點被配置為維持每一信道上的信道負載活動性(channel load activity)的移動窗口平均(movingwindow average)。
鑒于以下連同附圖的描述，各種實施例的上述和/或其它方面、特征和/或優(yōu)勢將更容易被理解。各種實施例可包括和/或排除不同的可應用的方面、特征和/或優(yōu)勢。另外，各種實施例可以結(jié)合可應用的其它實施例的一個或多個方面或特征。不要將對特定實施例的方面、特征和/或優(yōu)勢的描述理解為對其它實施例或權(quán)利要求的限制。
通過例子參照附圖示出本發(fā)明的優(yōu)選實施例，這并不作為對其的限制，附圖如下


圖1是描述被建模為四(4)狀態(tài)馬爾可夫鏈的會話語音的示意圖，p1＝0.4，p2＝p3＝0.5；圖2是描述可利用多信道實現(xiàn)的說明性的增益的圖表；圖3是描述802.11b的最佳、串行以及PACK策略的說明性的吞吐量比較的圖表；圖4是描述802.11b的最佳、串行以及PACK策略的阻塞概率的說明性比較的圖表；圖5是描述802.11b中最佳和PACK類型的阻塞用戶的說明性數(shù)目的圖表；圖6是描述802.11b中串行分配類型的阻塞用戶的說明性數(shù)目的圖表；
圖7是描述當每一類中將容許的呼叫的最小分數(shù)被設(shè)置為三分之一(1/3)時，最佳方案類型的阻塞呼叫的說明性數(shù)目的圖表；圖8是描述八(8)信道IEEE 802.11a系統(tǒng)中所有信道的說明性的總吞吐量的圖表；圖9是描述作為8信道802.11a系統(tǒng)中負載的函數(shù)的說明性阻塞概率的圖表；圖10是描述802.11b、802.11a以及802.11g中知名常數(shù)的說明性總結(jié)的表格；圖11是架構(gòu)圖，其示出了作為說明性和非限制性例子的多個經(jīng)由連接到有線網(wǎng)絡(luò)的接入點進行無線通信的站；圖12是架構(gòu)圖，其示出了根據(jù)一些說明性實施例的具有在多個信道上通信的收發(fā)機的接入點。
具體實施例方式
盡管可以以許多不同的形式實施本發(fā)明，在此仍描述了一些說明性的實施例，需要理解的是，本公開的用意是為本發(fā)明的原理提供例子，這些例子不是為了將本發(fā)明限制為在此描述和/或在此說明的優(yōu)選實施例。
1.優(yōu)選實施例介紹無線LAN獲得了越來越廣泛的普及，了解它們在不同應用場景下的性能，并研究能夠改進其性能的各種方式，變得很重要。本發(fā)明人已經(jīng)確定潛在的性能增強特征之一是同時使用多個正交信道。然而，相比單個信道的WLAN，支持多信道和多種用戶業(yè)務類別(諸如，話音、數(shù)據(jù)等)的WLAN，面臨資源(信道)分配的問題。
在優(yōu)選實施例中，可以把將呼入(incoming all)最佳地分配到信道之一同時保持單個呼叫的QoS要求的問題建模為受約束的優(yōu)化問題。在優(yōu)選實施例中，最小化呼叫阻塞概率以及最大化總系統(tǒng)吞吐量是兩個令人感興趣的目標函數(shù)。
優(yōu)選地，可采用簡單的啟發(fā)式算法(在此優(yōu)選為PACK)，其將具有類似信道增益和通信量特性(traffic characteristic)的用戶分到相同的信道。顯著地，這可以分別為三個主要的WLAN系統(tǒng)IEEE 802.11b；802.11a；以及802.11g中的每一個實現(xiàn)接近最佳的性能。對于具有不同信道條件的不同話音用戶的情況，可以為802.11b系統(tǒng)實現(xiàn)60％的吞吐量增加。另外，如下顯示，如果不進行這樣的集中，呼叫阻塞概率會增加多達75％。如以下進一步顯示，對于例如802.11g終端與802.11b終端共存的情況，對用戶分組可產(chǎn)生級聯(lián)效益。在這樣的情況下，可以將802.11g終端放置在與802.11b終端所使用的不同的信道。尤其，因而，這可以允許實施者去除諸如CTS-to-self和RTS-CTS的吞吐量減少的保護方案。如以下進一步顯示，當在地理區(qū)域中部署多于一個AP時，可以以分布式和自適應的方式實現(xiàn)所述最佳方案。
在本部分闡明關(guān)于所述優(yōu)選實施例的進一步細節(jié)。然后，介紹對使用單個信道的單個AP進行容量分析的分析框架。然后，提供了使用并行信道(concurrent channel)的動機，并擴展所述框架，以將使用多信道的AP中的信道分配問題公式化。并且，然后解決了當多個AP共享地理區(qū)域的情況下的信道分配，并提供了數(shù)值結(jié)果，其量化了信道分配策略的性能。
2.說明性的系統(tǒng)模型參考圖11和12，在一些說明性和非限制性的例子中，在基于諸如802.11 WLAN的基礎(chǔ)設(shè)施中至少一個AP可以訪問C個正交頻率載波。假設(shè)所述AP配備有全雙工收發(fā)機TR-即，其能夠在所述C個信道中的每一個上同時發(fā)送和接收，如圖12所描述。在每個信道上，所述AP響應于來自站的相關(guān)消息等，進行諸如發(fā)送信標的正常802.11操作。假設(shè)所述站S1-S4類似于已有的半雙工802.11設(shè)備，從而其可以在任何給定時間在所述C個信道中的僅一個信道上進行發(fā)送或接收。通常假設(shè)802.11基礎(chǔ)服務集(BSS)，例如，小區(qū)中的用戶與所述AP有不同的距離。因而，不同用戶可以使用不同的信道速率。
在各種實施例中，用戶可以在WLAN上運行任何適當?shù)膽贸绦?。然而，?yōu)選地，假設(shè)所述AP知道應用程序通信量描述。利用此信息，所述AP可以估計出第i個用戶所需要的資源λi，并利用其確定是否容許用戶，以及如果可容許所述用戶，又是應在哪個信道上容許所述用戶。盡管一些實施例可包括多個干擾的AP，如下討論，在許多實施例中，更具體地描述于此，采用了支持多信道以及，例如，WLAN上的話音的獨立AP。在話音業(yè)務的情況下，在如圖11所示的一些說明性的實施例中，假設(shè)所述站與例如有線網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點N1、N2等進行會話。
a.話音業(yè)務模型我們使用ITU建議來產(chǎn)生會話語音，這在建議P.59中有說明，參考，諸如以上的參考文獻[1]。所使用的話音編解碼器是G.711編解碼器，其產(chǎn)生速率為64kb/s的話音分組。我們假設(shè)在所述系統(tǒng)的有線部分發(fā)生零延遲，并忽略所有傳播延遲。所述P.59建議的顯著特征是其將在兩個用戶A和B之間的會話建模為(馬爾可夫概率分析技術(shù)的)四狀態(tài)馬爾可夫鏈，其狀態(tài)如下(a)A談話，B沉默，(b)A沉默，B談話，(c)均談話，(d)均沉默。圖1對此進行了描述。在一些例子中，所述狀態(tài)的持續(xù)時間是互相獨立且相同分布的指數(shù)隨機變量，其均值分別是854μs、854μs、226μs和456μs。在本發(fā)明人的說明性研究中，假設(shè)僅當用戶處于談話狀態(tài)時產(chǎn)生話音分組。即，提出了沉默抑制的簡化假設(shè)，在其中，當用戶沉默時不產(chǎn)生話音分組。
在圖1中，將會話話音建模為4狀態(tài)馬爾可夫鏈，其中p1＝0.4，p2＝p3＝0.5。
b.協(xié)議層和報頭在一個例子中，考慮編解碼器分組化間隔(packetization interval)是10μs，所述原始話音分組是80字節(jié)。在這種情況下，報頭由用于MAC的28字節(jié)、用于UDP的20字節(jié)、用于IP的8字節(jié)和用于RTP的12字節(jié)組成。在一些例子中，不加入其它報頭來增加所述分組長度；然而，對于每次分組傳輸都產(chǎn)生物理層報頭(802.11b是192μs，802.11a是20μs，而802.11g是額外的6μs)。
c.MAC層描述802.11MAC規(guī)范定義了用于介質(zhì)訪問的兩種模式中央?yún)f(xié)調(diào)的PCF(點協(xié)調(diào)功能)和分布式訪問方案DCF。不同于DCF，所述標準將所述PCF模式指定為選項。此外，由于在控制信道訪問的AP中涉及的額外復雜性，在商用WLAN設(shè)備中很少實施這種模式。另一方面，由“會話前偵聽(listen-before-talk)”協(xié)議對所述DCF進行控制，其實質(zhì)上也被稱為CSMA(載波偵聽多路訪問)。參考諸如以上參考文獻[8]。在這種情況下，需要發(fā)送分組的每個站首先至少在DIFS(分布式幀間間距)的持續(xù)期間偵聽所述信道。如果偵聽到所述信道空閑，所述站選擇在范圍
中均勻分布的隨機后退計數(shù)值(random back-off counter value)，其中CW表示競爭窗口。所述競爭窗口被維持在SLOT(時隙)的單元中，并被初始設(shè)置為CWmin。一旦選中所述后退計數(shù)值，則對于每一個信道被偵聽為空閑的時隙，計數(shù)器減一。如果在計數(shù)器達到零之前偵聽到所述信道為忙碌，則停止所述減數(shù)處理，僅當再次在DIFS期間偵聽到信道空閑時才繼續(xù)執(zhí)行。在傳輸之后，發(fā)送者期望在SIFS(短幀間間隔)期間以內(nèi)接收到確認(ACK)。如果沒有接收到ACK，則假設(shè)所述分組被丟失。每次丟失分組(諸如，由于沖突或信道差錯)時，競爭窗口增大一倍，直到達到最大值CWmax。另外，在發(fā)送下一個分組之前，在EIFS(延長的幀間間隔)而不是DIFS的持續(xù)期間偵聽所述信道。所述站進行有限的嘗試來重傳分組，這由RETRY_LIMIT參數(shù)指定。在成功傳輸分組之后，CW被重置為CWmin。
兩個不在彼此傳輸范圍以內(nèi)的站可能由于眾所周知的隱藏終端問題導致在相鄰節(jié)點處沖突。參看諸如以上的參考文獻[12]。所述標準規(guī)定了RTS(請求發(fā)送)以及CTS(清除發(fā)送)消息交換，以減少這些事件。為簡化分析，假設(shè)所有站都在彼此的無線電范圍之內(nèi)，并且，因此，可以適當?shù)胤峙銻TS/CTS周期。
圖10描述了這樣的表格，其被標注為表1，該表格總結(jié)了與IEEE802.11b、802.11a和802.11g系統(tǒng)相關(guān)的知名常數(shù)。對于802.11g系統(tǒng)，需要注意以下幾點。雖然802.11g工作在與802.11b相同的2.4GHz頻帶，但802.11b終端不能解碼OFDM調(diào)制的高速率802.11g傳輸；因此，這會增加沖突的數(shù)目。在此，802.11g標準規(guī)定了兩種機制，以最小化在高速率802.11g用戶和低速率802.11b用戶之間的串擾。遺留(legacy)的802.11b用戶一向802.11g接入點注冊，就啟動這些機制。圖10中所示表格的最后一列反映了幾個系統(tǒng)變量中發(fā)生的變化。遺留終端的第一效果是將所述SLOT持續(xù)時間由9μs增加到20μs。第二效果是在MAC層引入額外的消息交換周期，這促進了在802.11g和802.11b用戶之間的和平共存。在以下段落中，描述了在MAC層使用的兩種保護方法CTS-to-self此方案中，在通常的DIFS偵聽時間以及隨機后退時間之后，發(fā)送者發(fā)送CTS消息(用其自身地址)，以將即將到來的分組傳輸通知所有相鄰的802.11b節(jié)點。隨著所述CTS消息之后，發(fā)送者等待SIFS持續(xù)時間，然后發(fā)送有效負載分組(payload packet)，并照常期望在所述SIFS時間以內(nèi)的ACK。
RTS-CTS交換如果802.11g終端盡管使用了CTS-to-self處理，仍受到嚴重的分組丟失，則它們可以選擇使用全部RTS-CTS交換周期。在此，再次，在所述初始信道偵聽和隨機后退之后，所述站發(fā)送RTS消息，并期望在SIFS持續(xù)時間之后的CTS。一旦接收到CTS分組，則在SIFS持續(xù)時間之后發(fā)送所述有效負載分組。此RTS/CTS交換是標準RTS/CTS交換。
在這兩種方案中，必須以所有終端都能夠理解的速率發(fā)送所述CTS和RTS消息。因而，11Mb/s是這些分組的最大速率。另外，需要使用長的PLCP報頭。于是，除了所述CTS-to-self周期以外，所述完整的RTS/CTS周期減小了802.11g系統(tǒng)的容量。需要注意的是，一旦完成任何一種機制，所述802.11g終端使用幾乎與802.11a終端相同的54Mb/s OFDM物理層，只是SLOT持續(xù)時間更長，為20μs。
d.物理層模型所支持的數(shù)據(jù)速率是感興趣標準的函數(shù)。于是，在本發(fā)明人的研究中，這些只是參數(shù)。以下闡明的量化結(jié)果用于所支持的最高物理速率。這樣，IEEE 802.11b物理層支持1、2、5.5和11Mb/s，這四種都是強制性的。此外，IEEE 802.11a具有基于OFDM的物理層，并支持6、9、12、18、24、36、48以及54Mb/s，其中6、12以及24Mb/s是強制性的。并且，IEEE 802.11g物理層支持802.11b以及802.11a的數(shù)據(jù)速率，其強制性速率是1、2、5.5、11、6、12以及24Mb/s。
在以下的分析中，為簡單起見，假設(shè)所述設(shè)備靜止，且所述信道中不發(fā)生差錯。然而，由于沖突，仍有可能丟失分組。此外，為簡單起見，還假設(shè)BSS內(nèi)部的所有用戶在彼此以及所述AP的范圍之內(nèi)。
3.具有單信道的單個接入點本部分強調(diào)如何計算單載波WLAN的吞吐量。為說明起見，考慮請求服務的話音和數(shù)據(jù)用戶的總數(shù)分別為V和D。我們將所述V個話音用戶分為M個子組，其中，子組內(nèi)的所有話音呼叫基本上具有相同的信道質(zhì)量和聲碼器特性(profile)。優(yōu)選地，聲碼器特性指示所述聲碼器類型(諸如G.711，G.723等)以及所述分組化間隔(諸如10ms，20ms等)。可以由AP通過在初始化話音呼叫期間分析SIP(會話初始協(xié)議)信令消息來容易地得到此信息。類似地，我們可以將數(shù)據(jù)用戶分成N個子組，其中，子組內(nèi)的所有數(shù)據(jù)呼叫具有相同的信道質(zhì)量。注意到，一般而言，數(shù)據(jù)呼叫被認為是最好的成果，因此數(shù)據(jù)呼叫不太可能指定通信量特性(諸如，最小數(shù)據(jù)率、最大數(shù)據(jù)率、分組長度等)。如果實際上指定了這樣的特性，以說明所述通信量特性的方式形成所述子組。這樣的子組劃分的凈效應是子組內(nèi)的所有用戶基本上具有相同的分組傳輸時間。我們將第i個話音子組中的話音用戶的平均有效分組傳輸時間表示為TiV，而將第i個數(shù)據(jù)子組中的數(shù)據(jù)用戶的平均有效分組傳輸時間表示為TiD。在此的有效傳輸時間包括用戶數(shù)據(jù)的實際傳輸時間加上開銷時間。基于上述802.11 DCF的描述，可以利用n次重傳之后的有效時間來計算所述有效傳輸時間T，Tn如下Tn=(n+1)T0+{Σk=1nmin{2kCWmin,CWmax}}×]]>SLOT2+n(EIFS-DIFS-CWmin×SLOT2)]]>T0=Tp+TLayers+DIFS+]]>SLOT×CWmin2+SIFS+TACK]]>T0=Tp+TLayers+DIFS+]]>SLOT×CWmin2+8×CTSR+TPHY+2×SIFS+TACK]]>T0=Tp+TLayers+DIFS+]]>SLOT×CWmin2+8×(RTS+CTS)R+2×TPHY+3×SIFS+TACK]]>T‾=1Σn=0Nmaxpcoln(1-Pcol)Σn=0NmaxT0×pcoln(1-Pcol)]]>T0的上述三個不同的等式分別用于(i)僅802.11b、802.11a以及802.11g，(ii)具有CTS-to-self的802.11g，以及(iii)具有RTS-CTS的802.11g。Pcol是沖突概率，其取值從傳輸?shù)絺鬏敹允仟毩⒌?，對?02.11b近似為1/32，對于802.11a和802.11g近似為1/16。Nmax是重傳的最大次數(shù)。Tp是傳輸原始語音分組所需要的時間。TLayers是傳輸RTP/UDP/IP/MAC/PHY報頭所用的時間。TACK是傳輸確認(ACK)所用的時間。以及，D是以秒計的編解碼分組化間隔。TiV和TiD也是利用上述表達式計算的，不同之處在于所述平均數(shù)據(jù)分組長度用于TiD，而所述話音分組長度用于計算TiV?，F(xiàn)在，由于802.11 DCF為所有競爭節(jié)點提供了等長期限信道訪問概率(equal long term channel access probability)，以上系統(tǒng)的總周期時間可按照如下給出(注意每一節(jié)點在此周期內(nèi)發(fā)送一個分組)T=Σi=1MaiTiV+Σi=1NpiTiD]]>其中ai和pi分別是所述第i個話音和數(shù)據(jù)i子組中的話音和數(shù)據(jù)用戶的數(shù)。如果所述第i個話音和數(shù)據(jù)子組的用戶數(shù)據(jù)分組長度分別為BiV和BiD，則對應的吞吐量分別為 和 因而，給定載波上的總系統(tǒng)吞吐量為s=Σi=1MaiBiV+Σi=1NpiBiDT=Σi=1MaiBiV+ΣI=1NpiBiDΣi=1MaiTiV+Σi=1NpiTiD]]>特別地，在以上推導中，主要集中于所述長期吞吐量(long termthroughput)。在短時標內(nèi)(例如，數(shù)百毫秒)，已知802.11 MAC呈現(xiàn)出不公平性，不同的用戶可實現(xiàn)不同的吞吐量。例如，參考以上參考文獻[15]。由呼叫消耗資源(λ)的概念將是用于容許控制(admission control)的量度。實際上，其指示所述WLAN系統(tǒng)“專用于”用戶的時間分數(shù)。在上述參考文獻[3]中對其進行最初計算，在其中也示出了可以成功地預測WLAN的話音容量。在那些分析中，基本思想涉及以馬爾可夫鏈的4個狀態(tài)中的每一個為條件，并計算依賴于有效傳輸時間的狀態(tài)。大致而言，每秒產(chǎn)生的分組的數(shù)目和每個分組所需要的時間的乘積就是λ。基于此方式，可分別將由話音和數(shù)據(jù)呼叫所消耗的凈資源表示為∑i＝1MaiλiV和∑i＝1NpiλiD。因而，剩余資源則為1-∑i＝1MaiλiV-∑i＝1NpiλiD，并且，如果μ+Σi=1MaiλiV+Σi=1NpiλiD≤1,]]>則可以容許資源需求為μ的呼入。再者，如上所指出的，將此方式擴展為包括其它通信量類型也是非常簡單的，例如，AP對于通信量特征有著合理的知識。
4.具有多個信道的單個接入點在此部分中，我們考慮在其布置中配備有C個載波的單個AP。為便于說明，考慮用戶為話音用戶或者分組數(shù)據(jù)用戶。當用戶請求訪問信道時，AP決定將哪一個信道分配給所述用戶。為簡便起見，我們首先考慮將V個話音呼叫和D個數(shù)據(jù)呼叫最佳地分配給C個載波的問題。很明顯，這樣的問題只是出于簡化目的，并不能用于實際建模。實際上，呼叫通常是以異步方式進入和離開的。因而，AP不具有在一個步驟中將信道分配給用戶的能力。我們后面將描述這種利用所有用戶的認識來解決所述信道分配的方式如何有助于促進在呼叫異步地到達和離開時解決所述信道分配問題。在以下部分中，例如，通過以下討論的超線性增益的概率可以很容易地意識到使用多信道的優(yōu)勢。
a.來自使用多信道的增益為了理解來自使用多信道的增益，我們可以通過舉例來考慮一種由3個用戶組成的簡單的WLAN系統(tǒng)?？紤]所有這3個用戶都使用UDP和1500字節(jié)的分組長度向有線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送數(shù)據(jù)。我們進一步假設(shè)第一個用戶的信道數(shù)據(jù)率是11Mb/s，第二個用戶的是5.5Mb/s，而第三個用戶的是1Mb/s。接著上一部分的分析，成功傳輸一個UDP分組所需要的平均時間大約是1.99ms、3.17ms以及13.8ms。在單信道系統(tǒng)中，所述三個用戶時間共享，從而得到吞吐量為1500×81.99+3.17+13.9≈1.9Mb/s.]]>在三信道系統(tǒng)中，所述用戶的每一個被置于一個信道，以實現(xiàn)10.7Mb/s的吞吐量。當有兩個信道時，實現(xiàn)最高吞吐量的組合是用戶1在信道1，而另外兩個用戶在信道2。所得到的吞吐量是5.5Mb/s。
圖2說明了通過采用多信道可得到的說明性的增益。特別地，圖2通過超線性縮放示出了總計吞吐量(例如，條形圖樣)，清楚地提供了使用多信道的動機。注意到，當所有用戶在相同的數(shù)據(jù)率時，不可能有這樣的增益。然而，在真實世界環(huán)境中，WLAN用戶經(jīng)歷不同的信道條件，得到不同的信道速率。在這樣的情況下，多信道可顯著改進系統(tǒng)寬度性能。
可注意到，盡管有人認為對3個用戶進行信道分配并不復雜，但是這種想法不能被正確地外推到一般的情況，尤其當考慮到諸如呼叫阻塞率等其它因素時。
于是，很明顯，此部分為本發(fā)明人所進行的研究提供了進一步動機。
b.作為線性規(guī)劃的最佳信道分配擴展在前部分的描述，我們用αij表示被分配到第j個頻率載波的第i個話音子組中的用戶數(shù)目。類似地，βij為分配到第j個頻率載波的第i個數(shù)據(jù)子組中的用戶數(shù)目。根據(jù)這些定義，我們看到當容許所有呼叫時，則Σj=1cαij=ai,Σj=1cβij=bi,Σi=1MΣj=1Cαij=Σi=1Mai=v]]>以及Σi=1NΣj=1Cβij=Σi=1Nbi=D.]]>我們的問題的目標在于找到αij和βij的值，使得在滿足容許的用戶的QoS要求的同時實現(xiàn)最大的總系統(tǒng)吞吐量。第j個信道上的吞吐量如下給出Sj=Σi=1MαijBijV+Σi=1NβijBijDTj]]>其中，BijV(BijD)是第i個話音(數(shù)據(jù))子組以及第j個載波中的所述用戶的分組長度。Tj是第j個載波上的總循環(huán)時間，并且其計算方式類似于單AP單信道的情況。所有C個載波上的總吞吐量為s=Σi=1Csi.]]>關(guān)于強加的所述QoS限制，我們認為資源消耗的總和限制小于一就足夠滿足所述容許的呼叫的QoS要求。在上述參考文獻[3]中已經(jīng)驗證了此推斷為真。因而，所述將用戶分配到不同信道的問題即為如下優(yōu)化問題最小化θV(1-1VΣi=1MΣj=1Nαij)+θD(1-1DΣi=1MΣj=1Nβij)]]>并滿足Σi=1MαijλijV+Σi=1NβijλijD≤1,j=1,2,···,C]]>wivi≤Σj=1Cαij≤vi,i=1,2,···,M]]>uidi≤Σj=1Cβij≤di,i=1,2,···,N]]>在以上公式中，我們包括了目標函數(shù)中的阻塞概率。所述用于話音和數(shù)據(jù)呼叫的阻塞概率分別是 和 常數(shù)θV和θD為正，并可被視為是用于控制在所述話音和數(shù)據(jù)呼叫阻塞概率之間的折衷(tradeoff)的調(diào)節(jié)點(knob)。最后，常數(shù)wi和ui分別是容許的第i類話音和數(shù)據(jù)用戶類的最小分數(shù)。當需要時，也將這些常數(shù)看成是用于在不同類中實施優(yōu)先權(quán)和公平性的調(diào)節(jié)點?，F(xiàn)在可以觀察到，我們已經(jīng)將滿足容許的呼叫的QoS的容許呼叫的數(shù)目的最大化問題進行了公式化，從而將其公式化為簡單的線性規(guī)劃(LP)。然而，由于優(yōu)化變量αij和βij是整數(shù)值，我們需要解決整數(shù)LP。盡管可利用內(nèi)點方法非常有效地解決LP，但是，另一方面，已經(jīng)知道，解決整數(shù)LP計算強度很大。例如，參考以上的參考文獻[13]。另一方面，在所述優(yōu)選實施例中，我們采用了啟發(fā)式算法，以下對此進行更詳細描述。
仔細察看所述問題的公式化，本發(fā)明人認為最佳解將沿著容許更多來自具有較低λ的組的用戶的線。這是我們的啟發(fā)式算法PACK的基礎(chǔ)。
可注意到，我們可以將最大化吞吐量包含為所述目標函數(shù)的一部分。然而，我們觀察到所述吞吐量的表達是線性分數(shù)函數(shù)(linear-franctionalfunction)的和。很容易可以看出，通過將αij或βij中的一個以外的其它所有都設(shè)置為零來最大化每一個線性分數(shù)。僅對一項賦予非零權(quán)重，所述項對應于 線性分數(shù)函數(shù)是擬線性的，這是因為，次級和上級(super-level)集合都是凸的(即，它們是半空間)。然而，并不要求線性分數(shù)函數(shù)的和是凸的。實際上，甚至不保證其是擬凸的。例如，參考以上的參考文獻[14]。我們已經(jīng)進行了關(guān)于吞吐量最大化目標的試驗，發(fā)現(xiàn)結(jié)果不穩(wěn)定，這表明最大化了非凸(或凹)函數(shù)。以下將沿著所述數(shù)值結(jié)果的表示，提供關(guān)于阻塞概率和吞吐量目標的額外的評價。
c.我們的啟發(fā)式算法(PACK)的描述尤其在于，尋求啟發(fā)式算法有兩個值得注意的動機。首先，為了進行容許控制和信道分配操作，AP并不總是能夠執(zhí)行優(yōu)化過程。第二，優(yōu)化框架假設(shè)所有呼叫幾乎同時到達，并且然后，AP需要決定哪一個呼叫到哪里去。然而，實際上，呼叫異步地到達和離開。因而，具有原地的啟發(fā)式算法可以潛在地幫助解決真實世界中的情況。為便于說明，我們繼續(xù)考慮已經(jīng)使用過的模型——即，AP需要決定哪一個用戶到哪一個信道。例如，考慮N類用戶和N個信道。不損害通用性，我們假設(shè)以各吞吐量的降序來排列所述類——例如，當所有用戶都是話音用戶時，B1T1V≤B2T2V≤···≤BNTNV.]]>如果AP確定能夠容許所有用戶請求的服務，則如下進行。在第i個信道上，從分配盡可能多的來自第i類的用戶。當每一類的用戶數(shù)少于此類的單信道容量時，不存在溢出通信量。在這種情況下，如上進行的分離不同用戶組相同于最大化所述吞吐量等式中的單獨的線性分數(shù)函數(shù)。當一些類中的用戶數(shù)目超過對應于此類的單信道容量時，在此分配的第一階段之后，一些呼叫仍保持未分配。在這種情況下，AP從類1開始，以順序方式檢查用戶類的列表。例如，如果在信道1上發(fā)現(xiàn)任何未分配的呼叫，則將它們與包括具有最低吞吐量的用戶的信道(信道N)相配對。如果信道N已經(jīng)被占用，則嘗試將其與信道N-1進行配對，等等。一旦所有來自信道1的呼叫都得到分配，則前進到信道2呼叫，并嘗試將其與從N開始一直遞減直到1的信道進行配對。這背后的基本原理在于，當所有用戶都得到容許時，感興趣目標變?yōu)樽畲蠡杀蝗菰S的用戶所看到的吞吐量。將具有高吞吐量的溢出用戶與具有低吞吐量的用戶相配對是一種使資源得到高效利用的方法。
現(xiàn)在考慮所述N個信道不能完全容納來自所有N個類的所有用戶的情況。在這種情況下，最大化被容許的呼叫的數(shù)目成為感興趣目標。在這種情況下，我們需要考慮用戶類的排序列表，在其中，以資源消耗的升序進行排序——即，λ1≤λ2≤...≤λN。我們從用戶類1開始，盡可能多地進行分配，并且如果已經(jīng)對所有類1呼叫進行了分配，我們移至類2呼叫，等等。例如，如果類1用戶占滿了所有N個信道，則來自所有其它類的用戶被阻塞。然而，沒有其它方案能容許更多的用戶。在限制將被容許的用戶的最小分數(shù)非零的情況下，我們可以以上述的分離方式容許最小數(shù)目的用戶(如果可行)。容許剩余的呼叫，以最大化被容許的呼叫的數(shù)目。相關(guān)地，也可以認為用于最小化阻塞概率的信道分配與多子集求和問題相關(guān)。例如，參考前述參考文獻[15]。在所述多子集問題中，有具有不同權(quán)重的球，g1，g2，...，gN，并且有N個容器，其容量均相等。問題在于最大化所述容器的每一個的權(quán)重，并且不超出單個容器的容量。解決此問題被已知是NP困難的。因而，由于其接近最佳的性能，PACK算法是一種更有吸引力的解決方法，如以下部分所示。
在異步呼叫到達和離開的情況下，AP更少彈性。在這種情況下，AP可以簡單地在一個信道上容許具有相同信道條件的用戶。當所有用戶具有相同的通信量特性時，簡單，卻又最佳?？梢哉J為我們在所述數(shù)值結(jié)果中提供的結(jié)果可用于這種情況。
5.具有多信道的多個接入點在多個接入點的情況下，也可以應用為單個AP所描述的方法，但需要進行修改，例如，由于在AP之間的干擾，不能在每一個AP可使用所有C個信道。由于終端用戶很少以有組織的方式使用AP——例如，通過對小區(qū)間干擾和頻率復用給與特別注意等，這是非?，F(xiàn)實的情形。在蜂窩系統(tǒng)和無線LAN中的頻率復用之間的最重要的區(qū)別在于，在蜂窩系統(tǒng)中，干擾用戶或多或少具有提高噪聲基準的影響。然而，在WLAN中，如果在任何高于載波偵聽閾值(carrier sense threshold)的電平接收所述干擾信號，所述用戶對即將忙碌的信道產(chǎn)生干擾，并因而抑制傳輸。因此，WLAN用戶在此期間實現(xiàn)零速率，而蜂窩用戶仍然可以實現(xiàn)非零速率。
當在地理區(qū)域使用多個AP時，我們顯示了這樣的解決方法，由此，在任何給定時間，每個AP僅使用可用信道的子集。由于AP將配備多個信道，將在每個信道上進行載波感應操作。在一些優(yōu)選實施例中，我們提出使用這些操作以測量所述信道的每一個的利用。
例如，所述AP可在所述C個窗的每一個上維持信道活動性的移動窗口平均，其中窗長為較大值，如，1千萬個時隙。此說明性的例子在802.11b的情況下對應于約3.3分鐘的時間，而在802.11a的情況下對應于約1.5分鐘。一般而言，由于用戶的到達和離開可能以分鐘為時標發(fā)生，用于較小的時間窗的跟蹤信道負載可能沒有用。盡管如此，不應推斷出以較小的時標(諸如，甚至是秒)跟蹤所述信道負載必然不會提供任何額外的收益。在數(shù)學上，如果我們用ρi表示信道i(i＝1，2，...，C)上的負載，則在第n個時隙期間，ρi=(1-1T)ρi+106T,]]>如果第i個信道忙碌ρi=(1-1T)ρi,]]>如果第i個信道空閑在上述平均中，T為用于平均所使用的IIR濾波器的時間常數(shù)，并被取為107(即，1千萬)。對于所有信道，C的初始值取為零。另外，如果AP感應到信道在某個時隙中忙碌，或者如果其在此時隙中進行傳輸，則稱信道忙碌。進行了這些更新之后，所述AP需要決定其需要使用所述3個信道中的哪個，例如，其是否應使用所有3個信道，還是僅使用所述信道中的2個信道，所述信道中的1個信道，或者不使用。可如下進行這樣的判定算法·初始時，例如，當AP被引導時，其包括其可用信道集Ψ中的所有C個信道。可認為作為所述可用信道集的成員的任何信道都被用于賦予用戶。
·在第n個時隙之后，如果(ρi＜Λ)，將信道i加入可用信道集，即，Ψ；而如果(ρi＞Γ并且card(Ψ)＞0)，從集Ψ中移除信道i。
其中，Λ和Γ是容許和刪除閾值(Λ＜Γ)，其例如主要由網(wǎng)絡(luò)操作員控制，而card(Ψ)表示集Ψ的基數(shù)(cardinality)。定性地，Λ和Γ的較小值表示使用相對少的信道的情況，而較大值指示在所述可用集中的信道數(shù)目更大。
因而，在每個時隙之后，每個AP具有對其將使用的信道的精確認識。如果將被使用的信道總數(shù)為C’，則所述AP可用C’代替C，進行在名為“具有單信道的單個接入點”部分中所描述的優(yōu)化。此方式的一些優(yōu)點可包括·可以由每一個AP以獨立的方式?jīng)Q定將被選擇的信道的集合——例如，所述解決方案可以是高度分布式的。
·每一個AP可以在其推斷為負載較輕的信道的集合上本地進行最佳呼叫容許控制。因而，此方式可以促進在多個AP之間的和諧資源共享。
6.說明性的數(shù)值結(jié)果我們現(xiàn)在示出數(shù)值結(jié)果，以說明在一些說明性的例子中我們的最佳信道分配方法的性能。因為，例如，多個AP的情況基本上涉及信道子集選擇的僅有的額外特征，分析單個AP和多個信道的情況具有更重要的作用，至少對初始時而言。對于僅有話音通信量的情況——即，D＝0的情況，已經(jīng)得到了所有的數(shù)值結(jié)果。此選擇已說明了這樣的情況，即在用戶之間的物理數(shù)據(jù)速率的差別通常是單信道WLAN中性能降低的根源。因而，理解這些結(jié)論取代了其它目標，例如，應用程序的混合。
a.用于IEEE 802.11b系統(tǒng)的說明性結(jié)果我們首先考慮802.11b系統(tǒng)。于是，可將正交信道的數(shù)目取為3。區(qū)別所述用戶的參數(shù)是所述信道條件。在此示例性的研究中，我們?nèi)?個用戶類，其中一些信道數(shù)據(jù)速率為11Mb/s，另一些為5.5Mb/s，余下的為1Mb/s。作為無需這樣的優(yōu)化的真實世界系統(tǒng)的基準，我們使用將用戶連串行容許(serial admission)到所述信道上。在接下來的段落中，我們將進一步詳細地描述所述串行方法。
用戶的串行容許(SA)這種情況被認為是表示“普通”AP將進行的操作，在某種意義上，其基本上僅基于呼入所需要的資源和在特殊信道上余下的資源進行容許控制。具體地，所述過程例如如下工作當呼叫請求到達時，所述AP計算此呼叫所需要的資源(μ)，并確定此用戶是否可被容許到信道1。如果已被容許到信道1的用戶所消耗的凈資源∑1滿足1-∑1≥μ，則所述用戶可被容許到信道1，并且將∑1更新為∑1＝∑1+μ。否則，檢查信道2。并且，如果再次失敗，則檢查信道3。如果不能將所述用戶容許到所述3個信道中的任何一個，則取所述呼叫為阻塞呼叫。
由上，可知道到達的次序十分重要。例如，如果很多1Mb/s的用戶在其它用戶之前進入所述系統(tǒng)，它們會占用所述信道能夠空出的大部分資源，因而阻塞之后到達的高速率用戶。對于相同群體大小和用戶分布(如，對于一些11、5.5以及1Mb/s的用戶)，所述阻塞概率可能變化。因而，在說明性的模擬中，對于相同的用戶分布，我們產(chǎn)生10000個用戶隨機到達模式，并計算作為10000數(shù)值的平均的阻塞概率。類似地，我們測量來自每一個用戶隨機到達模式的吞吐量，并對10000個這樣的值取平均。
可通過利用諸如CPLEX優(yōu)化工具解決以上部分4中描述的整數(shù)LP，從而得到所述優(yōu)化的分配策略。為比較不同分配策略的性能，我們考慮了不同的負載情形。例如，由[35 35 35]所表示的說明性情形表明在數(shù)據(jù)速率11Mb/s、5.5Mb/s以及1Mb/s各有用戶35個。一共有105個話音用戶，這些用戶請求在AP的布置下容許進入所述3個信道。對于ITU 4狀態(tài)馬爾可夫模型、G.711編解碼以及30ms分組化間隔，這三類用戶的λ值是0.032、0.0392以及0.104。利用這些λ值，每一類用戶的容量(假設(shè)，例如，不出現(xiàn)其它類別的用戶)分別是31、25和9。因而，在單信道上，例如，當話音用戶的物理數(shù)據(jù)速率是11Mb/s時，可以支持31個同時語音呼叫；或者，例如，當所述物理數(shù)據(jù)速率分別是5.5Mb/s和1Mb/s時，可以支持25和9個同時呼叫。
如果考慮這種負載情形下的用戶串行容許，我們發(fā)現(xiàn)，平均而言，我們可實現(xiàn)高達，例如，約51％的阻塞概率。在所述示例性的研究中，對應的吞吐量為6.4Mb/s。特別地，盡管此例中有35個用戶，所述說明性的模型假設(shè)這些用戶中的每一個正在和有線網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點交談。因而，每個無線用戶優(yōu)選地對應于兩個數(shù)據(jù)流，一個從有線到無線，而另一個從無線到有線。當計算所述吞吐量時需要考慮到乘以2。通過將所述SA的吞吐量與所述最佳策略進行比較，我們注意到SA不僅阻塞概率高出73％，而且其受到吞吐量懲罰(throughput penalty)。所述最佳方案實現(xiàn)了較低的阻塞概率，同時實現(xiàn)了近47％的吞吐量提高。
圖3和4總結(jié)了這些示例性的結(jié)果。具體地，圖3示出了用于802.11b的最佳、串行以及PACK策略的吞吐量比較，而圖4示出了用于802.11b的最佳、串行以及PACK策略的阻塞概率的比較。
我們最初注意到所述優(yōu)選的PACK算法實現(xiàn)了基本上接近于最佳策略所能獲得的吞吐量和阻塞概率。圖3示出了所有三個信道在[30 30 30]、[3535 35]以及[40 40 40]這三種負載情形時的總吞吐量?？煽闯?，對于SA方案，所有這三種情況時的吞吐量都飽和為6.4Mb/s。所述吞吐量已飽和而不會降低的原因在于，即使在SA方案中，我們優(yōu)選地在進行容許控制。一旦所述凈資源消耗接近一，就不再容許用戶。
在這些負載制度中，所述最佳方案的吞吐量約比采用隨機到達的SA方案高出60％。下一個感興趣的量度是阻塞概率，這在圖4中描述。再一次，所述SA方案實現(xiàn)例如比所述最佳方案高75％的阻塞概率。這些結(jié)果清楚地表明，例如，諸如PACK算法所完成的，所述集中用戶的值基于信道質(zhì)量。
我們現(xiàn)在通過信道類型考慮被阻塞用戶的數(shù)目。圖5畫出了通過解決整數(shù)LP得到的被阻塞用戶的數(shù)目。具體地，圖5描述了802.11b中的類型——最佳方案以及PACK的被阻塞呼叫的數(shù)目。如所述，在這種情況下轉(zhuǎn)移到較低的信道數(shù)據(jù)速率的具有較高λ的用戶是最可能被阻塞的。對于所有三種負載情況，PACK所得到的信道分配基本上與最佳方案相同。于是表明當我們選擇具有最佳信道條件的用戶時，可容許最多數(shù)目的呼叫。
在SA的情況下，如圖6所示，由于不同用戶類沒有表現(xiàn)出差別，所有類經(jīng)歷了相同數(shù)目的被阻塞呼叫。具體地，圖6示出了802.11b中的類型—串行分配的被阻塞呼叫的數(shù)目。此外，將被容許入的呼叫的數(shù)目對于給定的信道容量基本上保持不變。因而，隨著負載增加，被阻塞呼叫的數(shù)目也基本上增加同樣的量。例如，當我們從[30 30 30]到[35 35 35]時，圖6中的每個條形增加5。關(guān)于吞吐量對于阻塞概率的比較，盡管可能主張最佳和PACK的更高的吞吐量是被容許的用戶的數(shù)目更多的結(jié)果，容許更大數(shù)目的具有更好信道條件的用戶數(shù)目的事實實現(xiàn)了更好的性能。
上述結(jié)果基于這樣的假設(shè)，將任何類中容許的用戶的最小分數(shù)設(shè)置為零。這正是1Mb/s用戶的被阻塞呼叫的數(shù)目非常高的原因。為此，我們可以考慮把將被容許的用戶的最小分數(shù)(在我們的公式中為wi)改變?yōu)?，例如，所有用戶?/3。圖7中示出了所述最佳策略類型所得到的被阻塞呼叫的數(shù)目。具體地，圖7描述了當將每一類中將被容許的呼叫的最小分數(shù)設(shè)置為1/3時最佳方案類型的被阻塞呼叫的數(shù)目(具有公平性的最佳類型的被阻塞用戶的數(shù)目)。如所示，除了1Mb/s之外的用戶也被阻塞。然而，可注意到，所述最佳策略僅容許最小數(shù)目的低速率用戶，并盡可能多地容許余下的高速率用戶。此外，相比當wi＝0時增加的總吞吐量，當負載由[3030 30]改變?yōu)閇35 35 35]再改變?yōu)閇40 40 40]時，所述吞吐量實際上從8.1Mb/s降低到8Mb/s再降低到7.6Mb/s?？捎筛蠓謹?shù)的低數(shù)據(jù)速率的用戶被允許進入所述系統(tǒng)來解釋此效果。
b.IEEE 802.11a系統(tǒng)的說明性結(jié)果在此部分中，我們介紹IEEE 802.11a系統(tǒng)的說明性結(jié)果。如前所述，802.11a標準允許我們具有12個信道。進一步地，與802.11b中的3相比，802.11a中所使用的數(shù)據(jù)速率的數(shù)目是8。作為一些例子，我們提供了當僅使用所述12個信道中的8個的情況下的結(jié)果。802.11a系統(tǒng)中支持的所述8個不同的數(shù)據(jù)速率包括6、9、12、18、24、36、48以及54Mb/s。對應于那些數(shù)據(jù)速率的單信道話音容量分別是51、69、81、100、113、130、142以及145。在此，我們?yōu)?02.11a定義如下三種負載情形。
情形A其中每個數(shù)據(jù)速率的用戶數(shù)對應于具有此速率的單信道容量(例如，負載向量是[51，69，81，100，113，130，142，145])。
情形B其中每個數(shù)據(jù)速率的用戶數(shù)等于145。
情形C其中每個數(shù)據(jù)速率的用戶數(shù)等于200。
圖8和9示出了這些情形各自的結(jié)果。具體地，圖8描述了8信道IEEE802.11a系統(tǒng)中所有信道上的總吞吐量，而圖9描述了作為8信道802.11a系統(tǒng)中負載的函數(shù)的阻塞概率。
首先，可再次看出，所述PACK算法可實現(xiàn)幾乎與所述最佳的性能相同的性能。此外，當負載使得對應于數(shù)據(jù)速率的用戶數(shù)等于此數(shù)據(jù)速率的單信道容量時(例如，情形A)，到達的次序無關(guān)緊要。這意味著SA、最佳以及PACK均可實現(xiàn)相同的性能。這可解釋如下。如果將容許用戶于信道上比作容器填充問題，則對于固定的容器和球尺寸(例如，不同的球大小不同，但是需要它們都很小)，只要球的總數(shù)不超過容器總?cè)萘浚梢蕴畛渌鋈萜鞫还苓x擇所述球的順序。
接下來，隨著進行到較高負載的情形，我們看到SA開始承受吞吐量懲罰，而所述最佳和PACK策略實際上呈現(xiàn)吞吐量增加。注意到從情形A到B到C低信道速率的用戶數(shù)增加，就可以理解此降低的原因。由于信道容量被固定，這些低速率用戶(例如高資源消耗者)在高速率用戶之前到達的概率增加。因而，容許了更多數(shù)目的低速率用戶，阻塞了更高數(shù)目的高速率用戶。SA方案均勻地容許所有用戶，而最佳策略接受具有更好信道條件的更大分數(shù)的用戶。同樣的概念也可以擴展到，例如，從每一數(shù)據(jù)速率中取出200個用戶的情況。
對于所述三種情形，各種數(shù)據(jù)速率中允許進入的用戶數(shù)和802.11b的結(jié)果一致。這表明SA實質(zhì)上阻塞所有用戶，而最佳和PACK阻塞大多數(shù)低數(shù)據(jù)速率用戶。很顯然，和802.11b不一樣，802.11a的PACK分配與最佳分配略有不同，其比最佳總共多阻塞3到4個用戶。
c.IEEE 802.11g與IEEE 802.11b共存的說明性結(jié)果如上所述，IEEE 802.11g系統(tǒng)在ISM頻帶中工作，并且需要與802.11b設(shè)備向后兼容。在缺少802.11b終端的情況下，802.11g用戶可以使用OFDM規(guī)范，而無需采用任何保護機制。因此，單獨的IEEE 802.11g系統(tǒng)的性能和呼叫承載容量基本上與802.11a系統(tǒng)相同。于是，在此為802.11a系統(tǒng)示出的結(jié)果基本上相同地適用于單獨的802.11g系統(tǒng)。然而，當考慮混合802.11b和802.11g的情形時，情況有所不同，因為，例如，上述的兩種保護機制。
為便于說明，我們考慮一組802.11b用戶的情況，其所有成員均為11Mb/s，并且正在與有線網(wǎng)絡(luò)上的節(jié)點進行話音通信，并且，除了該組802.11b用戶之外，還有兩組802.11g用戶。在此例中，所述第一組802.11g用戶由145個用戶組成，他們都使用CTS-to-Self保護機制。另一方面，所述第二組由145個用戶組成，他們都使用RTS-CTS循環(huán)。在此例中選擇數(shù)目145是因為這是單獨的802.11g系統(tǒng)的單載波話音容量。類似地，三十一個802.11b用戶對應于所述11Mb/s的單用戶容量。所述具有CTS-to-Self的802.11g系統(tǒng)可支持57個話音呼叫，而當使用RTS-CTS保護時其僅可支持41個呼叫。這些數(shù)目直接反映了當802.11b和802.11g共存時，使802.11g分組通過所需要的有效時間顯著增加，尤其在所述RTS-CTS保護的情況下。在這種情況下，對用戶進行分組使得所有802.11b用戶被分配到一個信道，所有802.11g CTS-to-Self用戶被分配到第二個信道，并且所有802.11g-RTS-CTS用戶被分配到第三個信道。現(xiàn)在，由于所述第二和第三信道中都沒有802.11b用戶，所述802.11g用戶不需要使用CTS-to-Self或RTS-CTS過程。于是，我們可以在所述信道的每一個中支持所有145個用戶。由于也可以通過單信道支持三十一個802.11b用戶，我們發(fā)現(xiàn)分組實現(xiàn)了零阻塞概率。所對應的吞吐量近似達到了40Mb/s。
如果將要使用所述SA策略，可看到所述阻塞概率接近于約60％，而吞吐量僅僅約17Mb/s。此運用表明分組用戶如何在性能增益方面產(chǎn)生級聯(lián)效應?？苫谄滟Y源消耗分離802.11b和802.11g用戶的事實已導致了完全使用所述802.11g系統(tǒng)的高速容量的間接增益。
7.說明性的呼叫設(shè)置事項我們現(xiàn)在描述可由所述AP和移動點(mobile)用來在適當信道上容許用戶的兩種可能的方法。所述第一種方法不需要任何標準支持，而所述第二種方法假設(shè)可對802.11管理消息進行一些改變。
直接關(guān)聯(lián)所述站利用由所述AP發(fā)射的信標在所述C個信道的每一個上測量SNR(信號噪聲比)。其以SNR的降序?qū)π诺肋M行排序。其在最強的信道上發(fā)送關(guān)聯(lián)消息(無需指示其它信道質(zhì)量或通信量類型/特性)。如果沒有接收到關(guān)聯(lián)響應，其嘗試所述次序中的下一個信道，等等。只要當前信道上的總資源消耗小于一，所述AP將在接收到關(guān)聯(lián)請求之后發(fā)送關(guān)聯(lián)響應。如果其成功地進入到所述C個信道之一，所述站將開始發(fā)送和/或接收通信量。在此階段，如果所述站進行話音呼叫，則所述AP可以分析SIP信令消息，以得到諸如編解碼器類型、間隔大小等信息。類似地，對于數(shù)據(jù)通信量，其可以確定由TCP使用的MSS(最大段長度)。利用這些參數(shù)，所述AP可以確定由此呼叫所消耗的資源。另外，優(yōu)選地使用在此描述的優(yōu)化方法，其可以確定用于此站的正確信道。確定這個之后，優(yōu)選地，其可以繼續(xù)將所述用戶維持在當前信道上，或者，解除所述站與當前信道的關(guān)聯(lián)并當此站在正確信道上發(fā)送關(guān)聯(lián)請求時發(fā)送關(guān)聯(lián)響應。
這種方法的一個潛在的缺點在于呼叫設(shè)置的等待時間。所述站可能需要順序地嘗試所述信道的每一個，且進行兩次第一次用于所述AP獲得通信量信息，而第二次用于，已知所述AP具有其將此用戶最佳地分配到信道時所需要的所有信息時，分配給所述正確信道。在802.11b的情況下，由于僅有三個信道，相比具有12個信道的802.11a，等待時間不會那么高。然而，由于所述等待時間僅存在于呼叫設(shè)置階段，能夠避免對標準消息格式的改變將是一種有吸引力的解決方案。
利用測量列表的關(guān)聯(lián)需要系統(tǒng)資源的站可以通過調(diào)諧到所述C個信道中的每一個來監(jiān)控不同信道上的信標，并選出對應于最強的接收的信標的AP。然后，其向所述信道上的AP發(fā)送關(guān)聯(lián)消息。所述AP接收所述關(guān)聯(lián)消息，并通過利用信號強度測量(對所有C個信道)以及所述消息中的通信量類型(諸如話音、數(shù)據(jù))子字段，確定是否在該信道上容許所述用戶。明顯地，需要修改所述802.11標準關(guān)聯(lián)消息來支持這樣的決策。鑒于此，如果所述AP決定允許所述用戶進入所述相同的信道，優(yōu)選地，其將在所述關(guān)聯(lián)響應消息中表達出來。然而，如果所述AP決定允許所述用戶進入另一個信道，優(yōu)選地，其將在所述關(guān)聯(lián)響應消息中指明對應的信道。本發(fā)明的廣義范圍在此雖然已經(jīng)描述了本發(fā)明的說明性的實施例，然而，本發(fā)明不限于在此描述的各種優(yōu)選實施例，而是包括本領(lǐng)域技術(shù)人員基于本公開可以理解的任何和所有具有等效元件、修改、省略、組合(諸如交叉各個實施例的方面)、適應和/或改變。需要基于權(quán)利要求中所采用的語言，對權(quán)利要求中的限制進行廣義理解，而不限于本說明書中或者在本申請審查期間所描述的例子，需要將這些例子理解為非排它的。例如，在本公開中，術(shù)語“優(yōu)選地”是非排它的，其意味著“優(yōu)選地，但并不限于”。在此公開以及此申請審查期間，裝置加功能或者步驟加功能的限制將僅被用于具體的權(quán)利要求限制中，所有如下條件體現(xiàn)該限制a)明確地表述了“用于...的裝置”或“用于...的步驟”；b)明確地表述了對應的功能；以及c)沒有對結(jié)構(gòu)、材料或者支持所述結(jié)構(gòu)的行為進行表述。在此公開中以及在此申請的審查期間，術(shù)語“本發(fā)明”或“發(fā)明”可用于指代本公開中的一個或多個方面。不應將術(shù)語本發(fā)明或發(fā)明錯誤地理解為關(guān)聯(lián)程度的判定(identification of criticality)，將其錯誤地理解為可適用于所有方面或?qū)嵤├?即，應理解為，本發(fā)明具有多個方面和實施例)，并且不應將其錯誤理解為限制本申請或權(quán)利要求的范圍。在此公開以及此申請的審查期間，術(shù)語“實施例”可用來描述任何方面、特征、過程或步驟、任何其組合、以及/或者其任何部分等。在一些例子中，各種實施例可包括重疊的特征。在此公開中，將采用以下縮略術(shù)語“e.g”表示“例如”。
權(quán)利要求
1.一種系統(tǒng)，用于改進無線局域網(wǎng)的總吞吐量，其包括a)至少一個接入點，其配備有至少一個被配置為同時利用多個信道在多個頻率進行發(fā)送和接收的收發(fā)機；b)所述接入點被配置為獲取用戶的信道條件并基于所述信道條件在所述信道上集中用戶的集合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個接入點具有單個無線電裝置，該裝置被配置為動態(tài)地改變工作頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的系統(tǒng)，其中，所述接入點被配置為基于啟發(fā)式算法將用戶分配給信道。
4.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的系統(tǒng)，其中，所述接入點被配置為基于PACK算法將用戶分配給信道。
5.根據(jù)權(quán)利要求1中所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)包括用戶終端，其被配置為用于至少兩個不同的聯(lián)網(wǎng)規(guī)范，并且其中，將第一個所述聯(lián)網(wǎng)規(guī)范的用戶置于第一信道，將第二個所述聯(lián)網(wǎng)規(guī)范的用戶置于第二信道。
6.根據(jù)權(quán)利要求5中所述的系統(tǒng)，其中，所述至少兩種聯(lián)網(wǎng)規(guī)范包括IEEE 802.11g和IEEE 802.11b聯(lián)網(wǎng)規(guī)范。
7.一種改進無線局域網(wǎng)性能的方法，包括a)使接入點同時在多個信道上發(fā)送和接收通信；以及b)基于訪問所述接入點的用戶的信道條件的強度差別，將所述用戶分離到所述信道中不同的信道。
8.根據(jù)權(quán)利要求7中所述的方法，進一步包括使所述接入點利用單個無線電裝置以動態(tài)方式改變工作頻率。
9.根據(jù)權(quán)利要求7中所述的方法，進一步包括使所述接入點基于信道質(zhì)量來集中用戶的集合。
10.一種改進與IP網(wǎng)絡(luò)的無線通信性能的系統(tǒng)，包括a)至少一個接入點，其配備有至少一個被配置為同時在多個信道上發(fā)送和接收的收發(fā)機；b)其中，所述接入點被配置為基于信道條件將用戶集中到所述信道上。
11.根據(jù)權(quán)利要求10中所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個接入點被配置為響應于來自用戶站的關(guān)聯(lián)請求，所述用戶站被配置為在給定時間僅在所述信道中的一個上發(fā)送或接收，其中所述用戶站在不同的位置并且能夠使用不同的信道速率。
12.根據(jù)權(quán)利要求10中所述的系統(tǒng)，其中，所述站與有線網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點進行會話。
13.根據(jù)權(quán)利要求10中所述的系統(tǒng)，其中，所述接入點被配置為能夠進行話音業(yè)務。
14.根據(jù)權(quán)利要求10中所述的系統(tǒng)，其中，所述接入點被配置為能夠進行分組數(shù)據(jù)業(yè)務。
15.根據(jù)權(quán)利要求10中所述的系統(tǒng)，其中，所述接入點被配置為基于啟發(fā)式算法將用戶分配給信道。
16.根據(jù)權(quán)利要求15中所述的系統(tǒng)，其中a)所述接入點被配置為將用戶分成多個具有各自吞吐量級別的用戶類；b)當所述用戶被容許時，所述接入點被配置為如下將所述用戶分配到所述信道(i)在每一個信道上，所述接入點分配盡可能多的來自各個類的用戶，1)當所述各個類中的用戶的數(shù)目少于用于此類的信道容量時，不會有呼叫的溢出通信量，并且所述各個類中的所有用戶被分配到該信道；2)當類中的用戶數(shù)目多于此類的信道容量時，出現(xiàn)呼叫的溢出通信量，呼叫將被進一步由所述接入點以逐步方式從較高吞吐量的類開始經(jīng)過所述類進行分配，從而將具有較高吞吐量的溢出通信量與具有較低吞吐量的通信量相配對。
17.根據(jù)權(quán)利要求15中所述的系統(tǒng)，其中a)所述接入點被配置為將用戶分成多個具有不同吞吐量級別的用戶類；b)如果所述接入點不能容納所有用戶，則將所述接入點配置為以這樣的方式分配用戶，即以逐步方式從較高吞吐量的第一類開始經(jīng)過所述用戶類，盡可能地分配更多的用戶，然后移至下一類，然后隨后的類。
18.根據(jù)權(quán)利要求10中所述的系統(tǒng)，其中，所述接入點被配置為通過在所述信道中的對應信道上僅容許具有相似信道條件的用戶來處理異步呼叫。
19.根據(jù)權(quán)利要求10中所述的系統(tǒng)，其中，在所述接入點接收與額外接入點的存在相關(guān)的外部干擾的情況下，所述接入點被配置為測定所述信道的每一個的利用，并建立將被選擇的所述信道的子集。
20.根據(jù)權(quán)利要求19中所述的系統(tǒng)，其中，所述接入點被配置為維持所述信道的每一個上的信道負載活動性的移動窗口平均。
全文摘要
本申請公開了一種用于改進無線局域網(wǎng)的總吞吐量的系統(tǒng)，其包括至少一個接入點，該接入點配備有至少一個被配置為同時利用多個信道在多個頻率進行發(fā)送和接收的收發(fā)機，并且所述接入點被配置為獲取用戶的信道條件并基于所述信道條件在所述信道上集中用戶的集合。
文檔編號H04W72/08GK1943175SQ200680000028
公開日2007年4月4日 申請日期2006年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月4日
發(fā)明者卡邁什·梅地帕里, 大衛(wèi)·法莫拉里, 普拉文·戈帕拉克里希南, 兒玉利一, 松尾綾子, 尾林秀一, 法拉馬克·瓦基利 申請人:株式會社東芝, 特勒克利亞科技公司