改进快速漫游的发现阶段性能的系统和方法
【专利摘要】本发明公开了用于改进快速漫游的发现阶段性能的方法和数字设备。公开的数字设备从第一无线通信信道切换至第二无线通信信道；在第二无线通信信道上发送包含指定字段的请求消息；以及在接收到与第二无线通信信道上的请求消息对应的响应消息前从第二无线通信信道切换至第一无线通信信道。网络设备在第二无线通信信道上接收来自客户端设备的请求消息。请求消息与第一信号强度水平关联。网络设备确定请求消息包括指定字段；并且通过不同的通信接口，例如有线或无线分布式系统、或客户端设备的数据传输信道向客户端设备发送响应消息。
【专利说明】改进快速漫游的发现阶段性能的系统和方法
【技术领域】
[0001]本公开涉及无线网络中的无线快速漫游。具体地，本公开涉及在无线网络中改进快速漫游的发现阶段的性能。
【背景技术】
[0002]无线数字网络，诸如在电气与电子工程师协会(IEEE) 802.11标准下运行的网络，依靠它们的通用性和实用性而广泛传播。然而，伴随着这种通用性，无线网络中在客户端设备的快速移动过程中易于出现与快速漫游关联的问题。
[0003]当客户端设备在无线网络中低速移动时，该客户端设备可通过多个无线信道迭代地扫描并确定与哪一个网络设备关联。具体地，客户端设备可发送请求消息，例如探测请求，并接收来自附近的网络设备的响应消息，例如探测响应。因为客户端移动的速度相当低，所以多次迭代中位置的变化通常不会引起信号强度水平(例如，接收的信号强度指示RSSI)急剧改变，因而也不会影响扫描程序的精确度。
[0004]然而，当客户端设备在无线网络中高速移动时，多次迭代扫描中位置的变化可以非常大而导致信号强度水平(例如，RSSI)急剧改变，从而影响扫描的精确度。因此，为了在客户端设备高速移动时确保扫描的精确度，客户端设备需要减少扫描间隔。因此，当客户端设备快速移动时将在数据传输上花费较少时间，而在网络设备发现上花费较多时间。因此，网络流量会明显退化和/或波动。
[0005]传统地，网络设备可维护相邻网络设备及其于其上进行通信的无线信道的列表，并在客户端设备需要高速漫游时将该列表发送给客户端设备。因此，客户端设备利用当前关联的、从网络设备接收到的相邻网络设备列表来减少客户端设备需要扫描的信道的数量。然而，由于相邻网络设备的列表可能不是最新的或完整的，所以对快速漫游期间的信道扫描的传统解决方案可能不会得到精确的结果。此外，该解决方案对高密度部署的无线网络设备并没有太大益处。
【专利附图】
【附图说明】
[0006]通过参照用于示出本发明的实施方式的以下描述和附图，可以最好地理解本公开。
[0007]图1是示出根据本公开的实施方式的示例性无线网络环境的视图；
[0008]图2A是示出根据本公开的实施方式在无线网络中快速漫游的发现阶段的示例性扫描机构的视图；
[0009]图2B是示出根据本公开的实施方式在无线网络中快速漫游的发现阶段的示例性扫描机构的时序图；
[0010]图3示出了根据本公开的实施方式在无线网络中快速漫游的发现阶段进行的示例性无线通信；
[0011]图4示出了根据本公开的实施方式在无线网络中快速漫游的发现阶段进行的示例性无线通信；
[0012]图5示出了根据本公开的实施方式在无线网络中快速漫游的发现阶段所使用的示例性网络帧；
[0013]图6A-6B示出了根据本公开的实施方式的快速漫游的发现阶段中所使用的示例性设备位置追踪；
[0014]图7A-7B是示出根据本公开的实施方式在无线网络中快速漫游的发现阶段进行的示例性信道扫描过程的流程图；
[0015]图8是示出根据本公开的实施方式在无线网络中用于快速漫游的发现阶段的信道扫描的示例性系统的框图；以及
[0016]图9是示出根据本公开的实施方式在无线网络中用于快速漫游的发现阶段的信道扫描的示例性系统的框图。
【具体实施方式】
[0017]在以下描述中，为了提供透彻的理解而介绍一些具体细节。虽然公开的内容针对在无线网络中快速漫游的发现阶段的信道扫描，但是相关领域的技术人员应该意识到，在没有一个或多个具体细节或者与其他部件组合等的情况下，本文所公开的概念和技术也能够实行。在其他情况下，没有示出或详细描述已知的实现或操作，以避免使本文所公开的各种实施例模糊。应该理解的是，本公开覆盖了落入本公开的精神和范围内的所有修改、等同和替换。
[0018]MM
[0019]本公开的实施方式涉及无线网络中的无线快速漫游。具体地，本公开涉及在无线网络中改进快速漫游的发现阶段的性能。
[0020]根据本公开的实施方式，数字设备可减少或消除进行扫描程序期间无线信道上的等待时间段。因此，数字设备可增加该数字设备与网络设备(例如，接入点，AP)进行通信所使用的当前信道上的数据传输时间段。
[0021]利用本文提供的解决方案，公开的数字设备从第一无线通信信道切换到第二无线通信信道；在第二无线通信信道上发送包含指定字段的请求消息；以及在接收到与第二无线通信信道上的请求消息对应的响应消息前从第二无线通信信道切换到第一无线通信信道。
[0022]此外，所公开的网络设备在第二无线通信信道上接收来自客户端设备的请求消息。该请求消息与第一信号强度水平关联。网络设备确定该请求消息包括指定字段；并通过不同的通信接口向客户端设备发送响应消息，不同的通信接口例如为到分布式系统的有线或无线接口、或客户端设备的数据传输信道。
[0023]此外，在一些实施方式中，客户端设备可至少基于与附近的网络设备以及客户端设备关联的位置追踪信息，选择性地减少在快速漫游的发现阶段中将要扫描的无线通信信道的数量。
[0024]计算环境
[0025]图1示出了根据本公开的实施方式的示例性无线数字网络环境。图1包括控制器100和/或交换机110，控制器100和/或交换机110均连接到无线网络中的多个网络设备，例如接入点AP1120、AP2130和AP3140。另外，网络设备可通过无线或有线连接连接到一个或多个客户端设备。例如，如图1所示，AP1120通过无线连接连接到客户端设备150。
[0026]应该注意到，一些客户端设备可从无线网络中的一个位置移动到不同的位置。在一些情况下某些客户端设备的移动速度可以较快，而在其他情况下或对于其他客户端设备而言移动速度可以较慢。当客户端设备150移动时，客户端设备150可将其关联从一个网络设备改变为另一个网络设备。例如，最初，客户端设备可与接入点AP1120关联。当客户端设备150沿所示路径移动时，客户端设备150可以与AP1120分离，而开始与AP2130关联。当客户端设备150移动更远离AP2130时，客户端设备150可以与AP2130分离而开始与AP3140关联，诸如此类。
[0027]图1所描绘的网络可在包括一个或多个局域网的专用网络上运行。局域网可适于允许无线接入，从而操作为无线局域网(WLAN)。在一些实施方式中，每个网络对应于唯一的基本服务集(BSS)标识符。在一些实施方式中，一个或多个网络可共享同一扩展服务集(ESS)0
[0028]此外，图1所描绘的网络可包括多个网络控制面设备，例如网络控制器100。网络控制面设备可以可选地提供多种功能，诸如产生并实施网络策略、提供适应性无线管理、入侵防护、服务质量和/或移动性等。
[0029]在客户端设备150开始与网络设备关联前，客户端设备150通常必须通过信道扫描过程来发现当前定位于附近的网络设备。用于发现阶段的信道扫描机构在下一章节描述。
[0030]信道扫描机构
[0031]图2A示出了根据本公开的实施方式在无线网络中快速漫游的发现阶段的示例性扫描机构。图2A的轴线示出为时间200。如图2A所示，客户端设备的扫描机构进行多个扫描活动的迭代，包括扫描迭代230、扫描迭代235等。在完成每个扫描迭代之后，客户端设备在开始另一扫描迭代前等待一定间隔的时间段。例如，在完成扫描迭代230后，客户端设备在开始进行扫描迭代235前等待扫描间隔212配置的时间段。在扫描间隔期间，客户端设备可与其当前关联的网络设备继续进行数据传输。
[0032]此外，每个扫描迭代可包括被扫描间隔隔开的多个扫描时间段。例如，扫描迭代230包括扫描时间段220和扫描时间段222，以及扫描时间段220与扫描时间段222之间的扫描间隔210。另外，扫描迭代235包括扫描时间段224和扫描时间段226，以及扫描时间段224与扫描时间段226之间的扫描间隔214。在扫描间隔210和214中，客户端设备可与其当前关联的网络设备并且在该网络设备所使用的无线通信信道上继续进行数据传输。
[0033]在每个扫描时间段中，诸如扫描时间段220、222、224和226，客户端设备从第一信道(例如，CH1240)切换至第二信道(例如，CH2241)，切换至第三信道(例如，CH3242)，切换至第四信道(例如，CH4243)，切换至第五信道(例如，CH5244)，切换至第六信道(例如，CH6245)等。在一些实施方式中，在客户端设备切换至信道后，客户端设备在该信道上发送一个或多个请求消息，例如探测请求。接下来，客户端设备在该信道上预定的时间段内等待一个或多个响应消息，例如探测响应。在预定的时间段到期后，客户端设备切换至下一信道，并重复该过程。在每个扫描时间段中，客户端设备将扫描通过每个信道至少一次。如果客户端设备在先前的扫描时间段(例如，扫描时间段220)内没有在特定信道上接收到任何响应消息，则客户端设备可在其它扫描时间段(例如，扫描时间段222、扫描时间段224等)内在该特定信道上接收到响应消息，而该响应消息是在先前的扫描时间段(例如，扫描时间段220 )内响应于来自客户端设备的请求消息而发送的。
[0034]如果当客户端设备接收到响应消息时，自请求消息发送起已经经过了扩展的时间段，那么响应消息可能不是最新的，尤其在客户端设备于扩展的时间段内已经移动到远离其原始位置的不同位置的情况下。应当注意，每个扫描迭代内的扫描间隔(例如，扫描间隔210和扫描间隔214)通常比两个扫描迭代之间的扫描间隔(例如，扫描间隔212)短得多。因此，如果在扫描迭代期间发送了请求消息，而在下一扫描迭代期间接收到响应消息并且客户端设备在两个扫描迭代期间一直高速地移动，那么响应消息在客户端设备接收到时更有可能已是过时的。
[0035]在一些实施方式中，扫描间隔(例如，扫描间隔210、212和214)的长度可由网络管理员配置。因此，缓解该问题的一种方法是基于客户端设备的移动速度来减少扫描迭代间的扫描间隔。例如，扫描间隔212可在客户端设备以60千米/小时的速度移动时设置为30毫秒，而在客户端设备以100千米/小时的速度移动时设置为20毫秒。
[0036]图2B是示出根据本公开的实施方式在无线网络中快速漫游的发现阶段的示例性扫描机构的时序图。具体地，图2B包括客户端设备250、与客户端设备250关联的家庭接入点(AP) 252以及附近的其它AP，例如AP1254和AP2256。
[0037]在图2B所示的实施例中，在时间点h处，客户端设备250处于数据传输段270中，在该期间客户端设备250与家庭AP 252之间进行数据传输280。当客户端设备250改变其物理位置时，其可能需要发现附近的其它AP，该AP提供比家庭AP 252更强的覆盖和/或更好的服务。因此，在时间点t2处，客户端设备250开始信道扫描过程，并进行信道切换272以切换至第一无线通信信道(例如，信道I)。接下来，在时间点t3处，客户端设备250在第一无线通信信道上发送请求消息(例如，探测请求282)。在示出的实施例中，假设AP1254在信道2上进行通信而AP2256在信道I上进行通信。因此,AP1254将不会接收到在信道I上所发送的请求消息，但是AP2256在时间点t4处接收到请求消息(例如，探测请求282)。仅为了示出的目的，假设AP2256响应于该请求消息在时间点t5处发送响应消息(例如，探测响应284)，客户端设备250在时间点t6处接收到该响应消息。在时间点t7处，客户端设备250切换至第二无线通信信道,例如,信道2。时间点t2处进行的信道切换272与时间点t7处进行的信道切换276之间的时间段指示客户端设备250在信道I上的等待时间段274。
[0038]同样地，在客户端设备250切换至第二无线通信信道后，客户端设备250于时间点t8处在第二无线通信信道(例如，信道2)上发送其它请求消息(例如，探测请求286)。由于AP1254在信道2上进行通信，所以AP1254会在时间点t9处接收到请求消息(例如，探测请求286)。随后，AP 1254在时间点t1(l处发送响应消息(例如，探测响应288)。该响应消息被客户端设备250在时间点tn处接收到。稍后，客户端设备250在时间点t12处切换至第三无线通信信道。在时间点t7处进行的信道切换276与在时间点t12处进行的信道切换279指示客户端设备250在信道2上的等待时间段276。在一些实施方式中，每个信道上的等待时间段(例如，等待时间段274和等待时间段276)在每个信道上从20毫秒变化到40毫秒。
[0039]在发现阶段期间替换的通信交换
[0040]图3示出了根据本公开的实施方式的替换示例性无线网络环境。图3包括控制器300和/或交换机310，控制器300和交换机310均连接至无线网络中的多个网络设备，例如接入点家庭AP 320和目标AP325。另外，家庭AP 320通过无线连接当前连接至客户端设备330。另外，目标AP 325处于客户端设备330附近，并且是客户端设备330可关联以获得更好的覆盖和/或服务的潜在AP。
[0041]在一些实施方式中，当客户端设备330处于漫游的发现阶段中时，客户端设备330切换至第一无线通信信道，并在该第一无线通信信道上发送请求消息(例如，探测请求340)。如果目标AP 325也在第一无线通信信道上进行通信，那么目标AP 325会接收到该请求消息，并通过例如分布式系统中的有线接口和/或在客户端设备330的工作信道上发送响应消息(例如，探测响应350)。因此，客户端设备330不必等待第一无线通信信道上的响应消息。因此，客户端设备330可切换回其与家庭AP 330进行通信所使用的无线通信信道，并恢复与家庭AP 320的数据传输。在一些实施方式中，每个信道上的等待时间段可以仅设置为I至2毫秒，因此在快速漫游的发现阶段中显著地降低客户端设备330与家庭AP320之间的数据传输中断。
[0042]图4示出了无线网络中快速漫游的发现阶段的示例性无线通信。具体地，图4包括客户端410和多个接入点，接入点包括家庭AP 422、AP1424和AP2426等等。在该实施例中，家庭AP 422通过无线连接当前连接至客户端设备410。此外，AP1424和AP2426也处于客户端设备410附近，因而为客户端设备410例如在漫游至新位置后可关联的潜在AP。
[0043]在一些实施方式中，客户端设备410最初在无线通信信道上与家庭AP 422进行通信。在时间点^处，客户端设备410处于数据传输段460中，在该数据传输段460中客户端设备410与家庭AP 422之间进行数据传输440。
[0044]当客户端设备410改变其物理位置时，其可能需要在附近发现提供比家庭AP 422更强覆盖和/或更好服务的其它AP。因此，时间点t2处，客户端设备410开始进行信道扫描过程，并在时间点〖2处进行信道切换432以切换至其它无线通信信道(例如，信道I)。在客户端设备410切换至其它无线通信信道后，客户端设备410于时间点t3处在其它无线通信信道上发送请求消息(例如，探测请求450)，并在时间点t4处立即进行信道切换434返回初始的无线通信信道，客户端设备410使用该初始的无线通信信道与家庭AP 422进行通信。此后，客户端设备410恢复与家庭AP 422的数据传输444，例如，在时间点t8处，直至客户端设备410在时间点t1(l处进行另一信道切换436以扫描下一无线通信信道。
[0045]因此,在时间点t2处进行的信道切换432与在时间点t4处进行的信道切换434之间的时间段指示在另一无线通信信道上(例如，信道I)上的扫描时间段470。另外，在时间点t4处进行的信道切换434与在时间点t1(l处进行的信道切换436之间的时间段指示与其它替换相比增加的数据传输时间段464。
[0046]另一方面，在接入点(例如，AP2426)于时间点t5处接收到请求消息(例如，探测请求450 )后，接入点将在时间点t6处发送响应消息，例如，探测响应452。在一些实施方式中，接入点(例如，AP2426)可在例如分布式系统中的有线接口上发送响应消息。在其它实施方式中，接入点(例如，AP2426)可经由无线分布式系统(例如，网状网络)发送响应消息。
[0047]在示出的实施例中，假设AP2426通过有线接口向客户端设备410发送响应消息。具有与客户端设备410关联的目的地地址的响应消息，例如，探测响应452，首先被家庭AP422接收到。由于客户端设备410当前与家庭AP 422关联，所以具有与客户端设备410关联的目的地地址的所有消息均通过家庭AP 422传输到客户端设备410。在家庭AP422于时间点t7处接收到响应消息(例如，探测响应452)后，家庭AP 422将在时间点t8处将该响应消息转发(例如，被转发的响应453)到客户端设备410。被转发的响应消息于时间点t9处在初始的无线通信信道上到达客户端设备410。
[0048]其后，在时间点t1(l处，客户端设备410进行信道切换436以切换到下一无线通信信道，例如，信道2，并发送另一请求消息，例如，探测请求454，该另一请求消息在时间点t12处被AP1424接收到。在下一无线通信信道(例如，信道2)上发送请求消息后，客户端设备410立即在时间点tn处进行信道切换438以切换回其最初的通信信道。
[0049]与先前的信道扫描类似，在接入点(例如，AP1424)于时间点t12处接收到请求消息(例如，探测请求454)后，接入点将在时间点t13处发送响应消息，例如，探测响应456。在一些实施方式中，接入点(例如，AP1424)可在例如分布式系统上的有线接口上发送响应消息。在其它实施方式中，接入点(例如，AP1424)可经由无线分布式系统(例如，网状网络)发送响应消息。
[0050]假设AP1426通过有线接口向客户端设备410发送响应消息。具有与客户端设备410关联的目的地地址的响应消息(例如，探测响应456)首先被家庭AP 422接收到。在家庭AP 422于时间点t14处接收到响应消息(例如，探测响应456)后，家庭AP 422将在时间点t15处将该响应消息(例如，被转发的响应457)转发至客户端设备410。被转发的响应消息于时间点t16处在初始的无线通信信道上到达客户端设备410。
[0051]因此,在时间点t1(l处进行的信道切换436与在时间点tn处进行的信道切换438之间的时间段指示在下一无线通信信道(例如，信道2)上的扫描时间段472。另外，在时间点tn处进行的信道切换438之后的时间段对应于与其他替换相比增加的数据传输时间段468。
[0052]应当注意，如果客户端设备410通过有线接口(例如，经由分布式系统)接收到响应消息(例如，探测响应453或探测响应457)，客户端设备410进一步通过以下公式计算与响应消息的发送者关联的信号强度水平(例如，与AP2426或AP1424关联的接收信号强度指示(RSSI)水平):
[0053]RSSIAP=RSSIsta+T X 功率 sta_T X 功率 ap
[0054]这里，RSSIsta指示无线网络中与网络设备(例如，AP 2426或AP1424)接收到的来自客户端设备410的请求消息(例如，探测请求450或454)关联的信号强度水平。TX功率sta指示发送请求消息的客户端设备410的传输功率水平，而TX功率ap指示发送响应消息的网络设备(例如，AP2426或AP1424)的传输功率水平。
[0055]在一些实施方式中，客户端设备410和网络设备(例如，AP1424或AP2426)以相同或类似的功率设置进行传输。因此，网络设备接收到的来自客户端设备410的消息的信号强度将与客户端设备410接收到的来自网络设备的消息的信号强度相同或相似。
[0056]在其它实施方式中，客户端设备410和网络设备(例如，AP1424或AP2426)以不同的功率设置进行传输。因此，网络设备接收到的来自客户端设备410的消息的信号强度与客户端设备410接收到的来自网络设备的消息的信号强度不相同或不相似。因此，需要计算信号强度水平的调整，以便正确地估计将要与网络设备在该网络设备的工作信道(例如，在信道I上来自AP2426)上传输的响应消息关联的信号强度，如果该响应消息将被网络设备(例如，AP2426)在该网络设备的工作信道(例如，信道I)上直接发送到客户端设备410的话。如上所示，该调整基于客户端设备410与网络设备(例如，AP2426)的传输功率设置之
差来计算。
[0057]应当注意，可通过两种方式传输响应消息(例如，探测响应452)。在一些实施方式中，可通过分布式系统传输响应消息，分布式系统可以是到回程通信信道的有线接口或无线接口。如果响应消息是通过分布式系统传输的，那么该响应消息可封包为FIG5格式。在其他实施方式中，在客户端设备的工作信道上空气传输响应消息。如果响应消息是在客户端设备的工作信道上传输的，那么该响应消息可以为符合IEEE 802.11标准的探测响应格式。
[0058]另外，重要的是应当注意，由于网络设备(例如，AP2426)允许通过分布式系统上的有线或无线接口和/或在客户端设备410的工作信道上发送响应消息(例如，探测响应452)，所以在快速漫游的发现阶段中的信道扫描期间客户端设备410不必等待每个无线通信信道上的响应消息。因此，客户端设备410可在于将要扫描的信道上发送请求消息(例如，探测请求)后立即切换回其与家庭AP 410进行通信所使用的无线通信信道，并恢复与家庭AP 422的数据传输。在一些实施方式中，在每个信道上的等待时间段可以仅设置为I至2毫秒，因而在快速漫游的发现阶段中显著地改进了客户端设备410与家庭AP 422之间的数据传输。
[0059]网络响应帔格式
[0060]图5示出了在无线网络中快速漫游的发现阶段中使用的示例性网络帧。图5至少包括以下字段:源地址(SA) 520、目的地地址(DA) 540、指示网络帧可能需要特殊处理的特殊信息元素(IE)字段560、以及有效负载580。在给出的实施例中，当在响应消息中使用时，特殊值“88BF”被用于指示网络响应帧需要特殊处理，例如，由于其在分布式系统中而不是在网络设备的工作信道上进行发送。在一个实施方式中，特殊IE字段560可指示原型字段。如果需要特殊处理，则响应消息可用具有例如设置为“88BF”的原型字段值的以太网报头封包。
[0061]另一方面，在请求消息中，可在请求消息的报头中使用同一特殊值“88BF”来指示发送该请求的客户端设备具有进行替换的信道扫描协议的能力。此外，支持替换的信道扫描协议的客户端设备通常应在其关联响应消息、探测请求消息、信标帧等中包含该原型码信息元素，或者用具有设置为“88bf”的原型的以太网报头封包该消息。支持替换的扫描协议的网络设备通常应在其探测响应消息、关联响应消息、信标帧等中包含该信息元素。
[0062]另外，在一些实施方式中，网络帧能够任选地包括指示对等节点的信号强度水平(例如RSSI值)的字段。信号强度水平可在网络消息的报头或主体中指示。例如，接入点可将从客户端设备所接收的请求消息的RSSI包含在给客户端设备的探测响应消息中。
[0063]另外，网络帧还可包括时间戳，时间戳可用于检查响应消息的有效性。扫描时间戳元素可被添加到探测请求消息中，如果发送该消息的客户端设备支持替换的信道扫描机构的话。而且，扫描时间戳元素可被添加到探测响应消息中，如果发送该响应的接入点支持替换的信道扫描机构的话。
[0064]具体地，在信道扫描期间客户端设备可将其本地时间添加到探测请求消息中。在目标接入点(目标AP)接收到包含扫描时间戳的探测请求后，目标AP可将该时间戳复制到通过分布式系统发送至客户端设备的探测响应消息中。当客户端设备从家庭AP接收到转发的探测响应消息时，客户端设备在处理该消息之前首先将时间戳与当前本地时间进行检查。如果包含在响应消息中的扫描时间戳与客户端设备处的当前本地时间之差超过预定阈值，设备将因为该响应消息过时而将其确定为不是有效的响应，并且忽略该响应消息。
[0065]快速漫游的发现阶段中的客户端设备位置追踪
[0066]在一些实施方式中，网络设备(例如，接入点)可在无线网络中发现其附近的网络设备，并在空气传输的信标帧中广播其附近信息，例如其附近的网络设备的位置、信道、传输功率和/或天线增益。这使得处于快速漫游的发现阶段的客户端设备能够通过分析信标帧获得多个候选的网络设备。在一些实施方式中，客户端设备可进一步得到其自己的物理位置，例如通过全球定位系统(GPS)模块。通过将客户端设备的物理位置与网络设备发送的信标帧中的附近信息进行比较，客户端设备和/或网络设备可将附近一个或多个适当的网络设备识别为用于快速漫游的潜在目标接入点。 [0067]图6A-6B示出了在快速漫游的发现阶段中使用的示例性设备位置追踪。图6A至少包括用于网络设备标识符(例如，AP 620)的字段和用于网络设备位置(例如，AP位置640)的字段。在示出的实施例中，假设AP1622定位于(40° 7’00，116° 35’00)，AP2624定位于(40° 7’ 30，116° 35’ 20)，AP3626 定位于(40° 7’ 30，116° 35’ 50)等。图 6B 至少包括用于客户端设备标识符(例如，客户端660)的字段和用于客户端设备位置(例如，客户端位置680)的字段。在示出的实施例中，假设客户端1662定位于(40° 7’ 20,116° 36，30)。应当注意，图6A和6B中用于客户端位置追踪的信息可在客户端设备、网络设备或可通过客户端设备和/或网络设备接入的外部存储设备上维护。网络设备的位置可存储在与客户端设备的位置相同或不同的存储结构中。
[0068]基于图6A和/或图6B中的位置追踪信息，客户端设备和/或网络设备可识别出最接近于客户端的当前位置的网络设备。在一些实施方式中，图6B还可包括客户端设备在快速漫游开始后的预期位置。在这种情况下，客户端设备和/或网络设备可提前判断哪些接入点将定位在客户端设备将要移进的附近区域中。
[0069]在一些实施方式中，客户端设备和/或网络设备可使用以下公式来识别附近的接入点。首先，客户端设备和/或网络设备基于客户端设备和接入点的物理位置计算客户端设备与接入点之间的距离。例如，当客户端设备和接入点可获得GPS坐标时，两个设备之间的距离可由以下公式确定:
[0070]D=函数(讳度sta，经度sta，纬度ap，经度ap)(I)
[0071]因为接入点与客户端设备之间的距离远远短于地球的半径，所以以上公式可简化
为:
[0072]
D =美+咚度(2)
[0073]D经度=RXcos (讳度 ap) X | 经度 ap_ 经度 staI(3)
[0074]D_=RX I 讳度 ap-讳度 sta|(4)
[0075]其中，R指示地球的半径。
[0076]以下公式可用于计算客户端设备与接入点之间的自由空间损失:
[0077]损失=32.44+20IgF(Mhz)+20IgD(Km)(5)[0078]接入点的接收信号强度可由以下公式计算:
[0079]RSSI=tx_功率+tx_ant_增益-损失+rx_ant_增益-噪音_地面(6)
[0080]在一些实施方式中，如果从客户端设备当前关联的接入点接收到的消息的信号强度水平(例如，一个或多个RSSI值)低于预定阈值或低于与从网络中的其它接入点接收到的不同消息关联的信号强度水平，则客户端设备可确定是启动漫游的时候。在一个实施方式中，客户端设备可选择以下接入点作为目标AP，即从该接入点传输的消息与最高的信号强度水平关联。在一些实施方式中，可能因暂时或永久物理阻塞而导致信号强度水平中的波动。另外，在计算出的信号强度值与实际信号强度值之间会存在各种程度的差异。因此，客户端设备在下一扫描时间段和/或迭代期间可能需要进行另一轮的信号强度水平的检查和计算。
[0081]在一些实施方式中，如果客户端设备和/或网络设备将一个或多个邻近网络设备识别为目标AP，客户端设备将在快速漫游的发现阶段选择性地扫描通过这些目标AP用于进行通信的信道，而非迭代地扫描通过每个无线通信信道。
[0082]改进快速漫游的发现阶段性能的过程
[0083]图7A是示出在无线网络的快速漫游的发现阶段中支持特定信道扫描机构的网络设备进行的示例性信道扫描过程的流程图。在操作过程中，网络设备在无线通信信道上接收来自客户端设备的请求消息(操作710)。在一些实施方式中，该无线通信信道是网络设备的当前工作信道。请求消息例如可包括关联请求、探测请求等。
[0084]接下来，网络设备判断请求消息是否包含信息元素(IE)，该信息元素指示客户端设备支持特定信道扫描机构(操作720)。在一些实施方式中，特定信道扫描机构允许客户端设备在将要被扫描的信道上发送请求消息后立即切换回其工作数据传输信道。
[0085]如果请求消息不包含特定的IE，则网络设备将在无线通信信道上向客户端设备发送响应消息，该无线通信信道通常是网络设备的工作通信信道(操作730)。
[0086]另一方面，如果请求消息包含指示支持信道扫描机构的特定IE，则网络设备可任选地进行以上所描述的计算，以获取与客户端将接收的响应消息关联的信号强度水平，如果该响应消息会在网络设备的工作通信信道上发送的话(操作740)。在一些实施方式中，计算可通过客户端设备来进行。在这种情况下，网络设备将从客户端设备接收到的请求消息的信号强度例如包含在相应的响应消息的有效负载的内容中。
[0087]此外，网络设备将包含指定信息元素以指示网络设备支持特定信道扫描机构(操作750)。如果客户端设备接收到具有指定信息元素的响应消息，则客户端设备将基于响应消息的有效负载的内容，而不是使用检测出的、与接收到的响应消息关联的信号强度来获取信号强度水平。
[0088]其后，网络设备将通过到分布式系统的有线或无线接口，或者通过客户端设备的当前数据传输信道将响应消息中的信号强度水平传输给客户端设备(操作760)。
[0089]图7B是示出在无线网络的快速漫游的发现阶段中支持特定信道扫描机构的客户端设备进行的示例性信道扫描过程的流程图。在操作过程中，客户端设备在无线通信信道上接收来自网络设备的响应消息(操作770)。在一些实施方式中，客户端当前在无线通信信道上与网络设备关联，并且使用该无线通信信道来进行数据传输。
[0090]接下来，客户端设备基于响应消息是否包含信息元素(IE)来判断发送该响应消息的网络设备是否支持特定信道扫描机构(操作775)。具体地，被指示的信道扫描机构可允许客户端设备在将要扫描的信道上发送请求消息后立即切换回其工作数据传输信道，并且改进快速漫游的发现阶段中的数据传输性能。
[0091]如果响应消息不包含特定IE，则客户端设备将通过与接收到的响应消息关联的信号强度水平直接确定信号强度水平(操作780)。另一方面，如果响应消息包含特定IE，并且如果网络设备还没有获取信号强度，则客户端设备可任选地进行以上所描述的计算以获取与客户端将接收的响应消息关联的信号强度水平，如果该响应消息会在网络设备的工作通信信道上而非分布式系统上发送的话(操作790)。应当注意，在任何情况下，获得的信号强度水平可以与接收到的响应消息关联的信号强度水平不同。
[0092]改进快速漫游的发现阶段性能的系统
[0093]图8是示出根据本公开的实施方式用于在无线网络中改进快速漫游的发现阶段的性能的网络设备系统的框图。
[0094]网络设备800包括:至少一个或多个无线电天线810，天线810能够发送或接收无线电信号或者既能发送又能接收无线电信号；网络接口 820，其能够与有线或无线网络进行通信；处理器830，其能够处理计算机指令；以及存储器840，其能够存储指令和数据。另夕卜，网络设备800还包括接收机构850、发送机构860、确定机构870以及信号获取机构880，以上各项中的所有都连接到网络设备800中的处理器830和存储器840。网络设备800可在分布式或云式计算机环境中用作客户端系统、或服务器系统、或既可用作客户端又可用作服务器。
[0095]无线电天线810可以是用于信号接收的公知或传统电子组件的任何组合，包括但不限于，晶体管、电容器、电阻器、多路复用器、架线、暂存器、二极管或任何其它公知或之后成为公知的电子组件。
[0096]网络接口 820能够为任何通信接口，其包括但不限于，解调器、令牌环接口、以太网接口、无线 IEEE 802.11 接口(例如，IEEE 802.lln, IEEE 802.1lac 等)、蜂窝无线接口、卫星传送接口、或者用于连接网络设备的任何其它接口。
[0097]处理器830可包括一个或多个微处理器和/或网络处理器。存储器840可包括存储组件，例如动态随机存取储存器(DRAM)、静态随机储存器(SRAM)等。
[0098]接收机构850通常通过网络接口 820从分布式系统或者通过无线电天线810从无线客户端在无线通信信道上接收一个或多个网络消息。所接收的网络消息可包括，但不限于，请求和/或响应、信标帧、管理帧、控制路径帧等等。每个消息可包括一个或多个数据包，例如，以IP数据包的形式。
[0099]在一些实施方式中，接收机构850在无线通信信道上接收来自客户端设备的请求消息(例如，关联请求或探测请求)。无线通信信道对应于网络设备的工作信道。在一些实施方式中，请求消息与第一信号强度水平关联。在一些实施方式中，请求消息包括指示发送请求消息的客户端设备支持特定信道扫描机构的指定字段。
[0100]发送机构860通常发送消息，消息包括但不限于，请求和/或响应、信标帧、管理帧、控制路径帧等等。在一些实施方式中，如果接收机构850接收到的请求消息包含指定字段，则发送机构860会通过不同的通信接口发送响应消息。响应消息可包括信号强度水平，其能够与一些实施方式中接收到的请求消息对应的信号强度水平、或者获得的信号强度水平相同。
[0101]应当注意,发送机构860可通过以下接口中的一个或多个接口发送消息:到分布式系统的有线接口、到分布式系统的第一无线接口和/或与客户端设备的数据传输无线通信信道关联的第二无线接口。
[0102]确定机构870通常判断请求消息或响应消息是否包括指定字段。该指定字段指示在无线网络的快速漫游的发现阶段中支持特定信道扫描机构的能力。如果消息包括指定字段，则发送机构860将通过网络设备800的工作或数据传输无线通信信道的不同通信接口发送响应消息。另外，发送机构860将通过其当前工作无线通信信道发送响应消息。
[0103]信号获取机构880通常基于与接收到的请求消息关联的信号强度水平、与发送请求消息的客户端设备关联的传输功率以及与发送响应消息的网络设备关联的传输功率来获取与响应消息关联的信号强度水平。如果请求消息包括指定字段，则信号获取机构880可将获取的信号包含在待发送到客户端设备的响应消息的有效负载内容中。
[0104]因此，接收机构850、发送机构860、确定机构870以及信号获取机构880通常彼此共同操作以在无线网络中改进其快速漫游的发现阶段客户端设备的性能。
[0105]图9是示出根据本公开的实施方式在无线网络中用于改进快速漫游的发现阶段的性能的数字设备系统的框图。
[0106]数字设备900包括:至少一个或多个无线电天线910，天线910能够发送或接收无线电信号或者既能发送又能接收无线电信号；处理器920，其能够处理计算机指令；以及存储器930，其能够存储指令和数据。另外，数字设备900还包括接收机构940、发送机构950、确定机构960、切换机构970以及信号获取机构980，以上各项中的所有都连接到数字设备900中的处理器920和存储器930。数字设备900可在分布式或云式计算机环境中用作客户端系统、或服务器系统、或既可用作客户端又可用作服务器。
[0107]无线电天线910可以是用于信号接收的公知或传统电子组件的任何组合，包括但不限于，晶体管、电容器、电阻器、多路复用器、架线、暂存器、二极管或任何其它公知或之后成为公知的电子组件。无线电天线910可符合若干接口，这些接口包括但不限于无线IEEE802.11 接口(例如，IEEE 802.1lruIEEE 802.1lac 等)、蜂窝无线接口、卫星传送接口、或者用于连接无线网络中的设备的任何其它接口。
[0108]处理器920可包括一个或多个微处理器和/或网络处理器。存储器930可包括存储组件，例如动态随机存取储存器(DRAM)、静态随机储存器(SRAM)等。
[0109]接收机构940通常通过无线电天线910从用作家庭接入点的网络设备在无线通信信道上接收一个或多个网络消息。所接收的网络消息可包括，但不限于，请求和/或响应、信标帧、管理帧、控制路径帧等等。每个消息可包括一个或多个数据包，例如，以IP数据包的形式。
[0110]在一些实施方式中，接收机构940从网络设备的工作无线通信信道通过不同的通信接口接收来自网络设备(例如，接入点)的响应消息(例如，关联响应或探测响应)。不同的通信接口包括以下接口中的一个或多个接口:分布式系统的有线接口、到分布式系统的第一无线接口和/或与数字设备的数据传输无线通信信道关联的第二无线接口。
[0111]发送机构950通常发送消息，消息包括但不限于，请求和/或响应、信标帧、管理帧、控制路径帧等等。在一些实施方式中，发送机构950在数字设备900的工作(或数据传输信道)无线通信信道上发送请求消息。请求消息可包括指示数字设备900支持特定信道扫描机构的指定字段。
[0112]确定机构960通常判断请求消息或响应消息是否包含该指定字段。指定字段的包含物通常指示在无线网络的快速漫游的发现阶段中数字设备(包括网络设备或客户端设备)支持特定信道扫描机构的能力。
[0113]如果消息不包含指定字段，则确定机构960将基于从用作家庭接入点的网络设备接收到的响应消息的信号强度，直接确定信号强度水平。
[0114]如果消息包含指定字段，则信号获取机构980将基于响应消息的内容获取与响应消息关联的信号强度水平。在一些实施方式中，信号获取机构980可取回响应消息的有效负载的内容中的获取信号，如果其已被将该响应消息发送至客户端设备的网络设备获取的话。可选地，信号获取机构980可从响应消息的内容取回第一信号强度水平，并且基于与来自数字设备的先前的请求消息关联的第一信号强度水平、与数字设备关联的传输功率和与发送响应消息的网络设备关联的传输功率来获取第二信号强度水平。
[0115]另外，切换机构970通常可将数字设备900从在一个无线通信信道上进行通信切换为在其它无线通信信道上进行通信。例如，切换机构970可将数字设备900从其与当前家庭接入点进行数据传输所使用的工作信道切换至扫描信道。另外，切换机构970可从一个扫描信道切换至不同的扫描信道。此外，当数字设备900支持特定信道扫描机构时，切换机构970可在扫描信道上传输请求消息后立即从该扫描信道切换回其与家庭AP进行数据传输所使用的工作信道。
[0116]因此，接收机构940、发送机构950、确定机构960、切换机构970以及信号获取机构980通常彼此共同操作以在无线网络中改进其快速漫游的发现阶段数字设备900的性能。
[0117]根据本公开的实施方式，仅由无线网络设备800或与其他无线网络设备组合提供的网络服务包括，但不限于，向内部和/或外部远程认证拨入用户服务(RADIUS)服务器进行电气和电子工程协会(IEEE) 802.1x认证；向内部和/或外部RADIUS服务器进行MAC认证；内建的动态主机配置协议(DHCP)服务以分配无线客户端端设备IP地址；内部安全管理接口 ；3层转发；无线网络和与网络设备连接的有线网络之间的网络地址转换(NAT)服务；内部和/或外部捕获门户；用于管理无线网络中的网络设备的外部管理系统；等等。
[0118]本公开可在硬件、软件、或硬件和软件的组合中实现。本公开可以以集中化方式在一个计算机系统中实现，或者以不同元件分散在与网络连接的若干互联的计算机系统中的分布式方式实现。硬件和软件的典型组合可以是具有计算机程序的接入点，当计算机程序被加载并执行时，该计算机程序控制设备以使得其执行本文所描述的方法。
[0119]本公开还可以以非暂时性的方式嵌入到计算机可读存储介质(例如，可编程电路；半导体存储器、诸如随机存取存储器“ RAM”的易失性存储器或诸如只读存储器、电源支持的RAM、闪存、相位改变存储器等的非易失性存储器；硬盘驱动器、光盘驱动器；或者用于接收诸如通用串行总线“USB”闪盘驱动器的便携式存储设备的任何连接器)中，该计算机可读存储介质包括使本文所述的方法能够执行的所有特征，并且该计算机可读存储介质在被加载到计算机系统中时能够执行这些方法。本文中的计算机程序是指任何语言、代码或符号的一系列指令的表达，其旨在使具有信息处理能力的系统直接执行特定功能，或者在以下步骤之一或二者之后执行特定功能:a)转换到另一种语言、代码或符号；b)以不同物质形式再现。
[0120]如本文所使用的，“数字设备” 一般包括适于发送和/或接收信令并处理该信令内的信息的设备，诸如站点(例如，任何数据处理设备，如计算机、蜂窝电话、个人数字助理、平板设备等)、接入点、数据转换设备(诸如网络交换机、路由器、控制器等)等等。
[0121]如本文所使用的，“接入点”(AP) —般是指用于任何已知或可能后来变得已知的合适的无线接入技术的接收点。具体地，术语AP并不旨在限制为基于IEEE 802.11的AP。AP 一般用作使无线设备能够通过各种通信标准连接到有线网络的电子设备。
[0122]如本文所使用的，术语“互联”或描述地用作“互联的” 一般限定为信息运载介质上的通信路径。“互联”可以是介质为物理介质(例如电线、光纤、电缆、母线痕迹等)的有线互联、无线互联(例如，空气结合无线信令技术)或者这些技术的组合。
[0123]如本文所使用的，“信息”一般限定为数据、地址、控制、管理(例如，统计数据)或者其任何组合。对于传输，信息可作为消息传输，即以预定格式的比特集传输。一种消息，即无线消息包括具有信息的预定比特数的报头和有效负载数据。无线消息可放置为一个或多个数据包、帧或小区的格式。
[0124]如本文所使用的，“无线局域网”(WLAN)—般是指使用一些无线分配方式(例如，无线扩频或无线正交频分复用)链接两个或多个设备的通信网络，并一般通过接入点提供到互联网的连接；从而为用户提供在局域网覆盖范围内保持网络连接的可移动性。
[0125]如本文所使用的，术语“机构” 一般是指提供一个或多个功能的系统或设备的部件，包括但不限于软件部件、电子部件、机械部件、机电部件等。
[0126]如本文所使用的，术语“实施方式”一般是指用于以示例性而非限制性的方式说明本发明的实施方式。
[0127]本领域技术人员将理解的是，上述实施例和实施方式是示例性的，并且不限制本公开的范围。在阅读说明书并研究附图后对本领域技术人员显而易见的上述实施例和实施方式的全部排列、增强、等同和改进都包含在本公开的真正精神和范围内。因此，以下所附的权利要求书包括了落入本公开真正精神和范围内的所有这些修改、排列和等同。
[0128]虽然已经根据不同实施方式描述了本公开，但是本公开不应仅限于这些描述的实施方式，而是可以实施为所附权利要求书的精神和范围内的修改和改变。同样，当在本公开参考了标准时，该参考一般是对适用于所公开的【技术领域】的当前版本的标准进行的。然而，所描述的实施方式可在说明书和所附权利要求的精神和范围内在随后研发的标准下实践。说明书应被认为是说明性的而不是限制性的。
【权利要求】
1.一种方法，包括: 通过第一网络设备在第一无线通信信道上接收来自客户端设备的、与请求消息对应的无线信号；以及 通过所述第一网络设备经由第二无线通信信道或有线通信信道上的第二网络设备向所述客户端设备发送与所述请求消息对应的响应消息。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述响应消息包括信号强度水平。
3.如权利要求1所述的方法，其中，包含在所述响应消息中的信号强度水平包括第一信号强度水平。
4.如权利要求2所述的方法，还包括: 基于所述第一信号强度水平、与所述客户端设备关联的传输功率水平以及与所述网络设备关联的传输功率水平，通过所述网络设备获取第二信号强度水平。
5.如权利要求4所述的方法，其中，包含在所述响应消息中的信号强度水平包括所获取的第二信号强度水平。
6.如权利要求1所述的方法，其中，通过以下接口中的一种或多种接收所述响应消息: 到分布式系统的有线接口； 到分布式系统的第一无线接口 ；以及 与所述客户端设备的数据传输信道关联的第二无线接口。
7.如权利要求1所述的方法，其中，所述响应消息包括指示所述第一网络设备支持信道扫描协议的指定字段。
8.一种方法，包括: 通过数字设备在第一无线通信信道上传输请求消息，所述请求消息至少通过第一网络设备而接收； 在接收到与所述请求消息对应的响应消息前，通过所述数字设备从所述第一无线通信信道切换至第二无线通信信道；以及 通过所述数字设备经由所述第二无线通信信道或有线通信信道从第二网络设备接收与所述请求消息对应的所述响应消息。
9.如权利要求8所述的方法，其中，所述数字设备使用所述第二无线通信信道进行数据中贞传输。
10.如权利要求9所述的方法，其中，通过以下接口中的一种或多种接收所述响应消息: 到分布式系统的有线接口； 到分布式系统的第一无线接口 ；以及 与所述数字设备的数据传输信道关联的第二无线接口。
11.如权利要求9所述的方法，其中，所述请求消息包括指示所述数字设备支持信道扫描协议的指定字段。
12.如权利要求11所述的方法，还包括: 响应于不包含所述指定字段的所述响应消息，通过所述数字设备根据与接收到的响应消息关联的信号强度水平直接确定第一信号强度水平；以及 响应于包含所述指定字段的所述响应消息，通过所述数字设备从所述响应消息的内容取回第一信号强度 水平；以及 基于所述第一信号强度水平、与所述数字设备关联的传输功率水平以及与传输所述响应消息的网络设备关联的传输功率水平，通过所述数字设备获取第二信号强度水平。
13.如权利要求8所述的方法，还包括: 基于所述数字设备的位置识别所述第一通信信道。
14.一种网络设备，包括: 处理器； 存储器； 接收机构，与所述处理器一起操作，所述接收机构在第一无线通信信道上接收来自客户端设备的、与请求消息对应的无线信号；以及 发送机构，与所述处理器一起操作，所述发送机构经由第二无线通信信道或有线通信信道上的第二网络设备向所述客户端设备发送与所述请求消息对应的响应消息。
15.如权利要求14所述的网络设备，其中，所述响应消息包括信号强度水平。
16.如权利要求14所述的网络设备，其中，包含在所述响应消息中的信号强度水平包括第一信号强度水平。
17.如权利要求15所述的网络设备，还包括: 信号获取机构，与所述处理器一起操作，所述信号获取机构基于所述第一信号强度水平、与所述客户端设备关联的传输功率水平以及与所述网络设备关联的传输功率水平获取第二信号强度水平。
18.如权利要求17所述的网络设备，其中，包含在所述响应消息中的信号强度水平包括所获取的第二信号强度水平。
19.如权利要求14所述的网络设备，其中，通过以下接口中的一种或多种接收所述响应消息: 到分布式系统的有线接口； 到分布式系统的第一无线接口 ；以及 与所述客户端设备的工作无线通信信道关联的第二无线接口。
20.如权利要求14所述的网络设备，其中，所述响应消息包括指示所述网络设备支持信道扫描协议的指定字段。
21.一种数字设备，包括: 处理器； 存储器； 发送机构，与所述处理器一起操作，所述发送机构在第一无线通信信道上发送请求消息，所述请求消息至少通过第一网络设备而接收； 切换机构，与所述处理器一起操作，所述切换机构在接收到与所述请求消息对应的响应消息前，从所述第一无线通信信道切换至第二无线通信信道；以及 接收机构，与所述处理器一起操作，所述接收机构经由所述第二无线通信信道或有线通信信道从第二网络设备接收与所述请求消息对应的所述响应消息。
22.如权利要求21所述的数字设备，其中，所述数字设备使用所述第二无线通信信道进行数据帧传输。
23.如权利要求22所述的数字设备，其中，通过以下接口中的一种或多种接收所述响应消息: 到分布式系统的有线接口； 到分布式系统的第一无线接口 ；以及 与所述数字设备的数据传输信道关联的第二无线接口。
24.如权利要求22所述的数字设备，其中，所述响应消息包括指示所述数字设备支持信道扫描协议的指定字段。
25.如权利要求24所述的数字设备， 其中，响应于不包含所述指定字段的所述响应消息，所述确定机构还根据与接收到的响应消息关联的信号强度水平直接确定第一信号强度水平；以及 其中，所述数字设备还包括与所述处理器一起操作的信号获取机构，响应于包含所述指定字段的所述响应消息，所述信号获取机构进一步: 从所述响应消息的内容取回第一信号强度水平；以及 基于所述第一信号强度水平、与所述数字设备关联的传输功率水平以及与传输所述响应消息的网络设备关联的传输功率水平，获取第二信号强度水平。
26.如权利要求21所述的数字设备，其中，所述切换机构还基于所述数字设备的位置识别所述第一通信信道。`
【文档编号】H04W8/02GK103796187SQ201210427912
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2012年10月31日 优先权日:2012年10月31日
【发明者】韩剑坡, 冉光志 申请人:安移通网络公司