专利名称：自组织的无线局域网及其实现方法
技术领域：
本发明涉及一种自组织的无线局域网实现方法及其网络系统的结构组成，确切地说，涉及一种自组织的无线局域网的自行配置、优化及其愈合的方法，以及该无线局域网系统的结构组成，属于无线通信技术领域。
背景技术：
无线局域网WLAN(Wireless Local Area Networks)是一种基于 IEEE 802. 11 标准、由WiFi论坛推进而能够很便利地实现宽带无线接入的数据传输系统，无线局域网是利用射频RF技术取代传统的双绞铜线组成的局域网，利用简单的存取架构，就能让用户实现 “信息随身化、便利走天下”的比较理想的通信境界。由于WLAN接入速率高、架构使用灵便、 可支持移动计算、系统费用低廉和可扩展性好等许多优点，在许多热点地区得到日益广泛的布设和应用，已经成为近年来全球信息通信领域的一个亮点。早期的WLAN系统结构是一种自治式体系，这种体系结构中，所有的802. 11功能， 即802. 11物理层和媒体接入控制MAC功能，都在接入点AP (Access Point)中实现；这种AP 又称为胖AP。在这种WLAN结构中，必须对接入点进行单个管理，而且不易实施负载均衡控制，也不可能根据话音类的实时应用需求执行快速切换等，这些因素决定了这种网络不适宜于大规模的部署。为了解决胖AP的资源管理复杂、大规模组网时协商不容易等问题，后来提出了集中式WLAN网络结构，也即瘦AP的网络结构。在这种结构中，存在一个集中式设备，即接入控制器AC (Access Controller).利用一个或多个集中式AC对AP进行管理、控制和配置， 这时不需要AP之间进行协商，而由AC统一进行协调和管理，使得WiFi具有很好的管理性和扩展性。需要注意的是，无论是胖AP还是瘦AP结构，WLAN系统的AP都是一种即插即用的电子设备，使用非常简单，且通常不进行网络规划和优化。然而，这也造成了 WLAN的干扰较大，覆盖性能有待完善等缺陷。如何针对WLAN中由于设置大量即插即用的用户和AP，而且没有合理配置各AP的功率和频率，更没法根据WLAN布置的无线环境进行相关参数的自动调整等一系列问题，提出一种能够自动进行网络规划、网络配置及其优化的方法，并提供相应设备的课题，就成为业内科技人员的研究焦点。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的是提供一种自组织的无线局域网及其实现方法，用于解决因无线局域网内的AP没有进行网络规划与优化，从而导致WLAN网络性能下降，用户服务质量不佳等问题，本发明能够在不需要人工干预和操作的前提下，智能化地自动完成新AP 的性能参数自配置和已配置的AP的自优化。为了达到上述发明目的，本发明提供了一种自组织的无线局域网WLAN的实现方法，其特征在于WLAN覆盖范围内的各用户测量无线传输信息，并把测量信息通过WLAN内的接入点AP(ACCesS Point)反馈给WLAN后台服务器，WLAN后台服务器收集并分析各用户反馈的测量信息，判决是否存在覆盖或干扰问题，并自动完成信道和功率的优化配置，同时也便利于新AP的自动配置，以显著提高WLAN用户的传输性能、网络的组网性能和健壮性； 所述方法包括下列两个操作步骤(1)每个新的接入点AP执行智能化的自配置性能参数的操作；(2)无线局域网内的各网元周期地执行网络自优化操作，解决因用户的移动和周围AP的随时启动与关闭，造成各AP之间的干扰动态变化的问题。为了达到上述发明目的，本发明还提供了一种自组织的无线局域网WLAN系统，其特征在于所述系统包括增设测量模块、测量信息汇报模块和调整模块的用户设备，增设接收模块、测量模块、测量信息汇报模块和自组网调整模块的接入点AP，以及增设数据采集模块、数据挖掘模块、自配置/自优化分析模块和自组网反馈模块的WLAN后台服务器其中增设的各个模块功能分别为用户设备测量模块，用于测量和计算该用户设备的位置坐标、信号强度、信干噪比和传输误帧率，再将测量信息传送到测量汇报模块；用户设备测量汇报模块，用于周期接收测量模块发来的测量信息，并通过无线传输方式汇报给WLAN中的AP接收模块；用户设备调整模块，用于周期接收AP自组网调整模块发来的调整命令，并按照相应参数对该用户设备进行调整；AP接收模块，用于接收用户设备测量汇报模块发送给AP的信息，再传送到AP测量汇报模块；AP测量模块用于测量和计算该AP自身的发射功率和信道配置信息，再将测量信息传送到AP测量汇报模块；AP测量汇报模块，用于周期接收AP接收模块和AP测量模块的信息，再传送到 WLAN后台服务器的数据采集模块；AP自组网调整模块，用于接收来自WLAN后台服务器的自组网反馈模块发来的建议调整参数，并根据该调整建议对各AP配置相关参数，同时将包含该相关参数的命令发送到用户设备调整模块；数据采集模块，用于为WLAN后台服务器接收AP测量汇报模块发送的信息，再传送给数据挖掘模块。数据挖掘模块，用于接收数据采集模块传送的包括用户测量模块和AP测量模块测量并计算的所有信息，并对其中低于相应预设门限值的测量信息进行挖掘，进而发送到自配置/自优化分析模块。自配置/自优化分析模块，用于接收数据挖掘模块传送的所有信息，再对这些信息进行分析，给出各AP的自配置/自优化参数的建议，并把这些建议传送给自组网反馈模块；自组网反馈模块，用于接收自配置/自优化分析模块下发的建议，再分别转发给相应的AP的自组网调整模块，以指导各AP执行相关参数的优化调整。本发明自组织的无线局域网及其实现方法，是针对WLAN中的AP因其即插即用，没有合理配置发送功率和工作频率，更没法根据WLAN的无线工作环境自动对相关参数进行优化调整等问题，提出的一种自动进行智能化的网络规划、网络配置和网络优化的自组织无线局域网实现方法，并且给出相应网络设备的要求和组成。本发明的有益效果是能够在很大程度上降低WLAN的干扰，提高WLAN的覆盖性能，增强WLAN组网能力和网络性能，提高用户服务质量，并弥补了目前无线通信系统网络自组织在WLAN方面的空白，因此，本发明具有很好的推广应用前景。
图1是WLAN网络拓扑结构组成示意图。图2是本发明WLAN自组织功能的实现方法操作流程方框图。图3是本发明WLAN自组织功能的实现方法中自优化分析的操作流程图。图4是本发明自组织的WLAN的网络系统结构组成示意图。
具体实施例方式为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细描述。参见图1，介绍WLAN网络的拓扑结构组成包括hternet网络和下述网元WLAN 后台服务器、无线接入点AP(Access Point)和用户。其中，AP分别通过hternet网络连接WLAN后台服务器和通过无线链路连接各个用户。本发明自组织的无线局域网WLAN的实现方法是在WLAN覆盖范围内的各个用户测量无线传输信息，并把测量信息通过WLAN内的接入点AP反馈给WLAN后台服务器，WLAN 后台服务器收集与分析各用户反馈的测量信息，判决是否存在覆盖或干扰问题，并自动完成各个AP的信道和功率优化配置，再下发至相应的AP，同时也便利于新AP的自动配置，从而显著提高WLAN用户的传输性能，网络的组网性能和健壮性。参见图2，介绍本发明无线局域网WLAN的自组织功能的实现方法中的自配置和自优化的两个操作步骤步骤1，每个新的接入点AP执行智能化的下述自配置性能参数操作；(11)新AP加电后，先作为WLAN的一个用户，测量该新AP周围其他AP的工作频率和接收功率信息，并向WLAN后台服务器发起接入安全的鉴权请求；(12)成功通过安全鉴权后，该新AP向WLAN后台服务器发送包括其测量的周围其他AP的工作频率和接收功率信息、该新AP所在位置参考信息的接入请求；(U)WLAN后台服务器接收到该新AP的接入请求，在获得该新AP发送的所在位置参考信息基础上，采用定位技术，进一步定位该新AP所在位置；(14) WLAN后台服务器根据该新AP所在位置及其周围其他AP的资源配置信息，为该新AP计算和设置优化的信道资源和发射功率，并把优化的信道资源和发射功率信息下发给该新AP，保证多AP的合理覆盖和减少各AP之间的干扰；(15)该新AP根据接收到来自WLAN后台服务器的信道资源和发射功率信息进行资源和功率的配置；完成其自配置性能参数操作后，允许该AP覆盖范围内的用户直接接入， 并提供相应的数据业务服务。
通过上述操作，就能够完成自组织的WLAN网络中新AP的自配置过程。步骤2，无线局域网内的各网元周期地执行下述网络自优化操作，解决因用户的移动和周围AP的随时启动与关闭，造成各AP之间的干扰动态变化的问题；(21)接入AP的激活用户根据其当前业务的服务质量和无线传输信号的测量结果执行周期性的判决如果其下述三个测量数据接收信号强度RSSI (Received Signal Strength Indication)或信干噪比SINR(Signal To Interference plus Noise Ratio)中有一个小于其设定门限值TSI或TSINR，或者传输误帧率FER (Frame Error Rate)大于其设定门限值TFER时，该用户就触发周期地执行测量各种传输性能的实时参数(包括接收信号强度、信干噪比、传输误帧率、用户所在位置、用户发射功率及其周围AP的信号强度等)， 并把测量信息反馈给为其服务的AP的操作。(22)每个AP周期地将其接收到的用户测量信息转发给WLAN后台服务器，同时也把其自身的发射功率信息周期地汇报给WLAN后台服务器。03) WLAN后台服务器对其接收到的每个AP转发的测量信息进行处理对来自相同或相近位置的用户的测量信息进行均值处理，即分别计算包括无线覆盖、无线传输质量和无线信干噪比的WLAN网络性能，并结合电子地图将这些网络性能显示于WLAN后台服务器；同时，WLAN后台服务器还根据AP的汇报，能够获知各AP的收发信号强度、使用的信道及其发射功率的配置信息。(24)根据收集到的各AP的测量信息，WLAN后台服务器分析每个AP的网络性能， 一旦判断某个AP的网络性能参数低于预设门限值时，就立即触发启动其周期的自优化分析流程。(25) WLAN后台服务器把对该AP的自优化分析结果转发给该AP，该AP收到相应的优化建议参数后，根据该优化建议参数调整其发送功率和/或信道频率；然后，返回执行步骤(21)，即进入下一个无线测量周期。参见图3，介绍本发明自组织WLAN中的AP自优化的具体操作步骤(A)触发自优化分析流程。(B) WLAN后台服务器评估AP的无线覆盖性能，即计算AP的覆盖率。(C)判断AP的覆盖率是否低于门限值TCR，如果是，则执行步骤(D)，否则，跳转至步骤(F)。(D)判断AP当前发射功率增加步长ΔΡ后，是否不大于其最大允许发射功率，如果是，则执行步骤(E)，否则，跳转至步骤(F)。(E)AP在当前发射功率的基础上增添步长ΔΡ后，跳转至步骤(L)，结束本次自优化分析过程。需要说明的是步骤(F)是在步骤(C)或⑶后执行的，即表明系统的性能问题不是出在覆盖方面，即优化方案不能从提高覆盖率入手，因此，应考虑AP的无线传输质量，并执行下述相应操作(F)计算信干噪比或传输误帧率低于预设门限值的用户比率，再判断用户比率是否超过预设的用户比率门限值TQ，如果是，则执行步骤(G)，否则，跳转至步骤(L)，结束本次自优化分析过程。(G)判断相邻AP间的信道频率复用因子是否小于3，如果是，则执行步骤(H)，否则跳转至步骤(I)。(H)通过更改频点的方式，修改邻近AP的信道配置。(I)判断信号质量不好区域是否处于交叉覆盖区域，即该步骤用来判断系统问题是否属于过覆盖导致的干扰问题，如果是，执行步骤(J)，否则，跳转至步骤(L)，结束本次自优化分析过程。(J)判断AP当前发射功率减小步长ΔΡ后，是否不小于其最小允许发射功率，如果是，则执行步骤(K)，否则，跳转至步骤(L)，结束本次自优化分析过程。(K)AP在当前发射功率的基础上减小步长ΔΡ。(L)AP的自优化分析结果结束。参见图4，介绍本发明自组织的WLAN网络系统中的各个网络设备的结构组成其中用户端设备要增设下述三个模块测量模块、测量信息汇报模块和调整模块，接入点AP 要增设下述四个模块接收模块、测量模块、测量信息汇报模块和自组网调整模块，WLAN后台服务器要增设下述四个模块数据采集模块、数据挖掘模块、自配置/自优化分析模块和自组网反馈模块。下面，对不同网络设备增设的相应模块进行详细说明用户端增设的各个模块功能是用户设备测量模块，用于测量和计算该用户设备的位置坐标、信号强度、信干噪比和传输误帧率，再将测量信息传送到测量汇报模块。用户设备测量汇报模块，用于周期性地接收测量模块的测量数据，并通过无线传输方式汇报给WLAN中的AP接收模块。用户设备调整模块，用于周期性地接收AP自组网调整模块发来的调整命令，并按照相应参数对该用户设备进行调整。AP端增设的各个模块功能是AP接收模块，用于接收用户设备测量汇报模块发送给AP的信息，再传送到AP测量汇报模块。AP测量模块用于测量和计算该AP自身的发射功率和信道配置信息，再将测量信息传送到AP测量汇报模块。AP测量汇报模块，用于周期性地接收AP接收模块和AP测量模块的信息，再传送到 WLAN后台服务器的数据采集模块。AP自组网调整模块，用于接收来自WLAN后台服务器的自组网反馈模块发来的建议调整参数，并根据该调整建议对各AP配置相关性能参数，同时将包含该相关性能参数的命令发送到用户设备调整模块。WLAN后台服务器端增设的各个模块功能是数据采集模块，用于为WLAN后台服务器接收AP测量汇报模块发送的信息，再传送给数据挖掘模块。数据挖掘模块，用于接收数据采集模块传送的包括用户测量模块和AP测量模块测量并计算的所有信息，并对其中低于相应预设门限值的测量信息进行挖掘，进而发送到自配置/自优化分析模块。自配置/自优化分析模块，用于接收数据挖掘模块传送的所有信息，再对这些信息进行分析，给出各AP的自配置/自优化参数的建议，并把这些建议传送给自组网反馈模块；自组网反馈模块，用于接收自配置/自优化分析模块下发的建议，再分别转发给相应的AP的自组网调整模块，以指导其执行相关参数的优化调整。需要说明的是，本发明提出的自动进行网络配置和网络优化的方法不仅可应用于无线局域网中，也可应用于3G、B3G、4G等无线蜂窝通信系统。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。
权利要求
1.一种自组织的无线局域网WLAN的实现方法，其特征在于WLAN覆盖范围内的各用户测量无线传输信息，并把测量信息通过WLAN内的接入点AP反馈给WLAN后台服务器，WLAN 后台服务器收集并分析各用户反馈的测量信息，判决是否存在覆盖或干扰问题，并自动完成信道和功率的优化配置，同时也便利于新AP的自动配置，以显著提高WLAN用户的传输性能、网络的组网性能和健壮性；所述方法包括下列两个操作步骤(1)根据后台服务器中已有AP的无线配置信息和覆盖特征，为新安装或者新启动的新 AP执行智能化的自配置性能参数的操作；(2)无线局域网内的各网元周期地执行网络自优化操作，解决因用户的移动和周围AP 的随时启动与关闭，造成各AP之间的干扰动态变化的问题。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(1)包括下列操作内容(11)新AP加电后，先作为WLAN的一个用户，测量该新AP周围其他AP的工作频率和接收功率信息，并向WLAN后台服务器发起接入安全的鉴权请求；(12)成功通过安全鉴权后，该新AP向WLAN后台服务器发送包括其测量的周围其他AP 的工作频率和接收功率信息、该新AP所在位置参考信息的接入请求；(13)WLAN后台服务器接收到该新AP的接入请求，在获得该新AP发送的所在位置参考信息基础上，采用定位技术，进一步定位该新AP所在位置；(14)WLAN后台服务器根据该新AP所在位置及其周围其他AP的资源配置信息，为该新 AP计算和设置优化的信道资源和发射功率，并把优化的信道资源和发射功率信息下发给该新AP，保证多AP的合理覆盖和减少各AP之间的干扰；(15)该新AP根据接收到来自WLAN后台服务器的信道资源和发射功率信息进行资源和功率的配置；完成其自配置性能参数操作后，允许该AP覆盖范围内的用户直接接入，并提供相应的数据业务服务。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于所述步骤(2)包括下列操作内容(21)接入AP的激活用户根据其当前业务的服务质量和无线传输信号的测量结果执行周期性的判决如果其下述三个测量数据接收信号强度RSSI或信干噪比SINR中有一个小于其设定门限值，或者传输误帧率FER大于其设定门限值时，该用户就触发执行测量各种传输性能参数，并把测量信息反馈给为其服务的AP的操作；(22)每个AP周期地将其接收到的用户测量信息转发给WLAN后台服务器，同时也把其自身的发射功率信息周期地汇报给WLAN后台服务器；03) WLAN后台服务器对其接收到的每个AP转发的测量信息进行处理对来自相同或相近位置的用户的测量信息进行均值处理，即分别计算包括无线覆盖、无线传输质量和无线信干噪比的WLAN网络性能，并结合电子地图将这些网络性能显示于WLAN后台服务器；同时，WLAN后台服务器还根据AP的汇报，能够获知各AP的收发信号强度、使用的信道及其发射功率的配置信息；(24)根据收集到的各AP的测量信息，WLAN后台服务器分析每个AP的网络性能，一旦判断某个AP的网络性能参数低于预设门限值时，就立即触发启动其周期的自优化分析流程；(25)WLAN后台服务器把对该AP的自优化分析结果转发给该AP，该AP收到相应的优化建议参数后，根据该优化建议参数调整其发送功率和/或信道频率；然后，返回执行步骤(21)，即进入下一个无线测量周期。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述步骤中，所述用户周期测量的传输性能的实时信息包括接收信号强度、信干噪比、传输误帧率、用户所在位置、用户发射功率及其周围AP的信号强度以及使用的信道。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于所述步骤04)中，WLAN后台服务器执行的周期自优化分析流程包括下列操作内容(241)评估每个AP的无线覆盖性能一旦判断某个AP的无线覆盖性能处于欠覆盖状态，且覆盖率低于预设门限值时，则按照设定步长ΔΡ增大该AP的发射功率，再判断此时该 AP的发射功率是否不大于其最大允许值；若是，则跳转执行步骤05)；否则，对该AP的发射功率不做调整，执行后续步骤042)；(242)评估每个AP的无线传输质量判断某个AP下属的每个用户的信噪比或传输误帧率是否低于其相应的预设门限值，一旦符合上述条件的用户比率超过了预设的用户比率门限值时，则执行下列操作内容先判断该AP的邻近AP是否使用与其相同的信道如果该信道的频率复用因子小于3， 则通过更改频点的方式，修改邻近AP的信道配置，并退出网络自优化流程，跳转执行步骤 (25)；否则，执行后续操作；接着判断是否属于过覆盖导致的干扰问题如果信号质量不好的区域处于交叉覆盖区域，则按照设定步长Δ P减小过覆盖区域中AP的发射功率，再判断该AP此时的发射功率是否大于其最小允许值；若是，则执行后续步骤05)；否则，对该AP的发射功率不作调整。
6.一种自组织的无线局域网WLAN系统，其特征在于所述系统包括增设测量模块、测量信息汇报模块和调整模块的用户设备，增设接收模块、测量模块、测量信息汇报模块和自组网调整模块的接入点ΑΡ，以及增设数据采集模块、数据挖掘模块、自配置/自优化分析模块和自组网反馈模块的WLAN后台服务器其中增设的各个模块功能分别为用户设备测量模块，用于测量和计算该用户设备的位置坐标、信号强度、信干噪比和传输误帧率，再将测量信息传送到测量汇报模块；用户设备测量汇报模块，用于周期接收测量模块发来的测量信息，并通过无线传输方式汇报给WLAN中的AP接收模块；用户设备调整模块，用于周期接收AP自组网调整模块发来的调整命令，并按照相应参数对该用户设备进行调整；AP接收模块，用于接收用户设备测量汇报模块发送给AP的信息，再传送到AP测量汇报模块；AP测量模块用于测量和计算该AP自身的发射功率和信道配置信息，再将测量信息传送到AP测量汇报模块；AP测量汇报模块，用于周期接收AP接收模块和AP测量模块的信息，再传送到WLAN后台服务器的数据采集模块；AP自组网调整模块，用于接收来自WLAN后台服务器的自组网反馈模块发来的建议调整参数，并根据该调整建议对各AP配置相关参数，同时将包含该相关参数的命令发送到用户设备调整模块；数据采集模块，用于为WLAN后台服务器接收AP测量汇报模块发送的信息，再传送给数据挖掘模块。数据挖掘模块，用于接收数据采集模块传送的包括用户测量模块和AP测量模块测量并计算的所有信息，并对其中低于相应预设门限值的测量信息进行挖掘，进而发送到自配置/自优化分析模块。自配置/自优化分析模块，用于接收数据挖掘模块传送的所有信息，再对这些信息进行分析，给出各AP的自配置/自优化参数的建议，并把这些建议传送给自组网反馈模块；自组网反馈模块，用于接收自配置/自优化分析模块下发的建议，再分别转发给相应的AP的自组网调整模块，以指导各AP执行相关参数的优化调整。
全文摘要
一种自组织的无线局域网及其实现方法，该网络中的用户端增设测量模块、测量信息汇报模块和调整模块，接入点AP端增设接收模块、测量模块、测量信息汇报模块和自组网调整模块，后台服务器端增设数据采集模块、数据挖掘模块、自配置/自优化分析模块和自组网反馈模块，能够实现无线局域网的自动组网和网络自优化功能。无线局域网覆盖范围内的各用户测量无线传输信息，并把测量信息通过接入点反馈给后台服务器，后台服务器收集并分析各用户反馈的测量信息，判决是否存在覆盖或干扰问题，并自动完成信道和功率的优化配置，同时有利于新接入点的自动配置。本发明不需人工干预，智能、自动地完成新接入点的性能参数自配置和已配置接入点的自优化。
文档编号H04W24/00GK102300229SQ20111028065
公开日2011年12月28日 申请日期2011年9月20日 优先权日2011年9月20日
发明者崔扎根, 段慧真 申请人:北京富国鸿信科技有限公司