专利名称：密集wlan环境下分布式的ap功率动态调整方法
技术领域：
本发明属于通信技术领域，特别涉及一种接入点AP的功率动态调整方法，适用于密集布设的无线局域网WLAN，在保证用户接入服务能力的条件下，降低网络侧的能量消耗，减少接入点AP间信号的干扰。
背景技术：
近年来，无线局域网技术得到了迅速的发展，特别是为了满足用户的高带宽，用户的移动性，以及信息的可靠性等要求，在企业、办公室、或者学校密集布置AP的WLAN网络随之大规模的出现。移动用户通过WLAN接入因特网，为其提供各种业务，比如网络语音电话、业务VoIP、多媒体和视频等。为了能够实现上述业务的稳定性，持续稳定的网络接入成为必然的要求，所以在网络规划之初，为了满足用户的需求，所有AP的布置都是根据某一区域用户的峰值业务来进行AP的规划，但是由于用户的行为具有一定规律性，例如在餐厅或者咖啡馆布置的无线局域网中，只有在一定的时期内用户才会达到峰值业务，而在其他时期内的业务量是比较低的，特别是在凌晨左右的时候业务量基本为O。相关的研究也表明网络出现峰值业务的时间段是很少的，其中AP大部分时间都是处于闲置状态。所以在按照峰值业务布置AP的WLAN中，一方面导致网络侧出现了不必要的能耗，一方面也导致AP与邻居AP的间的干扰比较严重。由于现代通信技术的飞快发展，信息和通信技术领域的能耗已经成为了一个不可忽视的问题。在一些国家中，接入网络的能耗已经占到整个通信领域能耗的50%以上，特别在无线通信领域中，接入网络的能耗已经占到了 80%以上。在企业或者其他地方布置的WLAN数目增长速度迅猛，致使AP的数目每年呈指数增长。无论是从经济方面还是环保方面必须重视能量消耗，所以在提升网络性能的同时，降低网络侧无线接入点AP的能耗已经吸引越来越多人的关注。针对上述关于密集WLAN中的接入网的能耗问题，近些年来已经出现了相关的解决方案，主要的思想都是关掉一部分的AP，或者降低AP的发射功率，使得WLAN能够提供的网络服务与用户需求相关，具体的解决方案有RoD (resource on-demand)和ILP(integerlinear programming)。在RoD方案中，将网络中的AP成簇,根据当前网络的业务量,动态的开启或者关闭AP。在ILP方案中，模型化网络的业务需求，利用线性规划的思想求解某一时间段内网络的最低能耗。但是这些方案都存在着一定的不足。在RoD方案中，簇中所有的AP可覆盖的用户相同，并且簇中所有的AP与该簇覆盖的用户之间的信道增益相同，这个模型非常的理想化，在实际的网络中的可操作性比较差。在ILP模型中，如果网络规模较大，求解线性规划的计算量会随之变得很大，时间代价也会变得很高，导致该算法不能满足网络动态性的要求。 发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，在保证用户接入质量的条件下，提出一种密集WLAN环境下分布式的AP功率动态调整方法，以降低网络一侧AP的能量消耗，减少AP间的信号干扰。为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤:(I)在网络开始阶段，网络中的接入点AP随机按照某一等级的发射功率工作，且以IOOms的间隔和最大的发射功率发射beacon巾贞,并将beacon巾贞的标志位置为O ;(2)网络中第j个终端tj扫描信道，接收接入点AP发送的beacon信息，并利用接收到的beacon帧建立终端t」的接入点信息，终端t」的接入点信息包括:终端t」的接入点集合、，集合 中所有接入点AP覆盖终端&的最小发射功率，终端选择连接的接入点as和备用接入点集合具体的建立方法在从属权利要求1中描述，其中j = 1，2，....，n ;(3)接入点a” i = 1，2，——，m从接收到前一个连接请求巾贞的时间开始等待时间，在该时间段T内接入点Bi等待终端的接入，并判断在时间段T内接入点Bi是否收到连接请求:如果接入点ai没有收到连接请求，计算接入点％覆盖集合Ti中所有终端的最小发射功率if，调整接入点B1当前的发射功率为/,、其中T1是当前与接入点B1连接的所有
终端的集合，mmZkj，其中为接入点％覆盖终端h的最小发射功率，执行完成之后跳转到步骤(4);如果接入点％收到连接请求，则返回到步骤(3)；(4)接入点％定期与它的邻居接入点AP进行信息交互，获得邻居接入点AP的当前的发射功率；
(5)判断接入点％是否收到新的连接请求，如果没有接收到新的连接请求执行步骤(6)，如果接收到新的连接请求，对接入点％分两种情况作如下处理:(5a)如果％覆盖新终端tn+1的最小发射功率li，n+1小于或者等于％当前的发射功
率if，新终端tn+1直接与％进行连接，执行完成之后转到步骤(5)；(5b)如果％覆盖新终端tn+1的最小发射功率I1-大于％当前的发射功率Zf
响应该请求，调整％当前的发射功率/f的值为ii，n+1，即If =/,ηιΙ 执行完成之后转到步骤
(5)；(6)判断接入点％是否收到解除连接请求，如果没有收到解除连接的请求，执行步骤(7)，如果收到解除连接的请求，响应该请求，并对接入点％做如下处理:(6a)将beacon巾贞的标志位置1，接入点Si发送该beacon之后，立即将beacon中贞的标志位还原为O。(6b)接入点Bi接收集合Ti中的终端发送的包含终端接入点信息的数据帧，获得集合Ti中各个终端的接入点信息；(6c)接入点根据集合Ti中终端的接入点信息确定与接入点Bi连接的终端子集
合Ui，集合Ui中的终端满足:Ui = {lM I Iljl = Ifjll e J；}；计算接入点屮覆盖集合T1-Ui中终端的最小发射功率与/f的差值:4唭中Jf为接入点屮覆盖集合Ti中所有
终端的最小发射功率if;(6d)接入点Bi根据接收到的终端tu的接入点信息，计算终端tu接入到接入点^后，接入点发射功率相对于终端tu未接入时接入点的发射功率的变化值:
duj = max(/f /f，其中tu e Ui, ai e Bu，Bu为终端tu的接入点集合，If为接入点 的当前发射功率，I1,u为接入点^覆盖终端tu的最小发射功率；在集合Bu中，求出终端tu对应的最小功率变化值= J 5(6e)按照步骤(6d)的方法处理集合Ui中的所有终端，求出各个终端对应的最小功率变化值；(6f)根据步骤(6c)和步骤(6e)中求得的值，计算网络所有的接入点AP总的功率变化值:胸)“ —’并根据D的大小确定Ui中终端的切换:若D > 0，则Ui中的终端能够切换到备用接入点ΑΡ，执行步骤(6g)；若D彡0，则仏中的终端不能切换到备用接入点AP，返回到步骤(5)；(6g)对集合Ui中的终端全部进行主动切换操作，使终端tu切换到的接入点为求得Du所对应的接入点，其中终端tu e Ui ;切换完成之后，调整接入点Bi的当前的发射功率if =if ,返回到步骤(5)；(7)接入点％从前一次发射功率调整的时间开始等待，如果在时间段Tl内没有收到连接请求或解除连接请求，则执行步骤(6a) (6g);若只收到连接请求，则执行步骤(5);若只收到解除连接请求，则执行步骤(6)，如果同时收到连接请求和解除连接请求，则优先响应连接请求。本发明与现有技术相比较具有如下优点:1.本发明根据接入点AP与终端之间的信道特性，调整接入点AP的发射功率，使得接入点AP能够以最小发射功率实现对终端的覆盖，从而实现接入点AP以最小功率工作，降低了 AP的能量消耗；2.本发明根据终端的行为特性，建立三种不同触发机制，接入点AP根据不同的触发条件以不同的方式调整它的发射功率，实现了接入点AP发射功率的动态调整，从而进一步降低AP的能量消耗，减少AP间的信号干扰。
图1是本发明使用的网络模型图；图2是本发明的总体流程图；图3是本发明中动态调整接入点发射功率的子流程图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明内容做详细叙述。
如图1所示，本发明使用的网络模型中，其接入点AP的覆盖范围与它的发射功率相关，本发明中接入点AP的发射功率采用多个离散值，不同的值对应不同的发射功率等级，接入点AP的发射功率等级用集合K={1，2，，k}表示；本发明中，将网络中第i个接入点记为ai;网络中所有接入点AP为A=Iai I i = 1，2，——，m};第j个终端记为tj;网络的中终端记为 T=Itj I j = 1，2，——，η}。参照图2，本发明的实现步骤如下:步骤1:在网络开始阶段，网络中的接入点AP随机按照某一等级的发射功率工作，且以IOOms的间隔和最大的发射功率发射beacon巾贞,并将beacon巾贞的标志位置为O ;本发明在802.11标准的基础上，对beacon帧添加了 “beacon的发射功率”信息；该信息的格式如下:信息长度共占五个字节，分为四个字段，每个字段所占的长度如表一所示；其中Element ID字段的值为43，表明该信息为beacon的发射功率；Length字段中为该信息所占的长度；标志位的取值为O或1，当该标志位的值为O时，终端利用新到达的beacon帧建立或者更新终端的接入点信息，当标志位的值为I时，终端根据本次beacon帧更新接入点信息之后，向它当前所连接的接入点AP发送该终端的接入点信息；beaCon的发射功率值为双精度的double类型，单位为dBm。表一 beacon巾贞的附加信息
权利要求
1.一种密集WLAN环境下分布式的AP功率动态调整方法，包括如下步骤: (1)在网络开始阶段，网络中的接入点AP随机按照某一等级的发射功率工作，且以IOOms的间隔和最大的发射功率发射beacon巾贞,并将beacon巾贞的标志位置为O ; (2)网络中第j个终端tj扫描信道，接收接入点AP发送的beacon信息，并利用接收到的beacon帧建立终端t」的接入点信息，终端t」的接入点信息包括:终端t」的接入点集合Aj,集合中所有接入点AP覆盖终端的最小发射功率终端选择连接的接入点as和备用接入点集合具体的建立方法在从属权利要求1中描述，其中j = 1，2，....，n ; (3)接入点a”i = 1，2，——，m从接收到前一个连接请求巾贞的时间开始等待时间,在该时间段T内接入点％等待终端的接入，并判断在时间段T内接入点％是否收到连接请求: 如果接入点％没有收到连接请求，计算接入点％覆盖集合Ti中所有终端的最小发射功率if ,调整接入点B1当前的发射功率为if,其中T1是当前与接入点B1连接的所有终端的集合，=xi^u '其中Iu为接入点％覆盖终端&的最小发射功率，执行完成之后跳转到步骤(4)； 如果接入点％收到连接请求，则返回到步骤(3)； (4)接入点％定期与它的邻居接入点AP进行信息交互，获得邻居接入点AP的当前的发射功率； (5)判断接入点％是否收到新的连接请求，如果没有接收到新的连接请求执行步骤(6),如果接收到新的 连接请求,对接入点Si分两种情况作如下处理: (5a)如果％覆盖新终端tn+1的最小发射功率li，n+1小于或者等于％当前的发射功率I:.新终端tn+1直接与％进行连接，执行完成之后转到步骤(5)； (5b)如果％覆盖新终端tn+1的最小发射功率li，n+1大于％当前的发射功率If 响应该请求，调整B1当前的发射功率Jf的值为li，n+1，BPZf=Lti，执行完成之后转到步骤(5)； (6)判断接入点％是否收到解除连接请求，如果没有收到解除连接的请求，执行步骤(7)，如果收到解除连接的请求，响应该请求，并对接入点ai做如下处理: (6a)将beacon巾贞的标志位置1，接入点Si发送该beacon之后,立即将beacon巾贞的标志位还原为O。
(6b)接入点％接收集合Ti中的终端发送的包含终端接入点信息的数据帧，获得集合Ti中各个终端的接入点信息； (6c)接入点ai根据集合Ti中终端的接入点信息确定与接入点Bi连接的终端子集合Ui，集合U1中的终端满足:Ui = {/ IL = If J11 e7；} 计算接入点B1覆盖集合T1-U1中终端的最小发射功率与f的差值: =#-;/,', ’其中/彳为接入点屮覆盖集合Ti中所有终端的最小发射功率If I (6d)接入点Bi根据接收到的终端tu的接入点信息，计算终端tu接入到接入点^后，接入点ai发射功率相对于终端tu未接入时接入点的发射功率的变化值:=其中tu e U^a1 e BU，BU为终端tu的接入点集合，If为接入点 的当前发射功率，I1,u为接入点^覆盖终端tu的最小发射功率；在集合Bu中，求出终端tu对应的最小功率变化值=； (6e)按照步骤(6d)的方法处理集合Ui中的所有终端，求出各个终端对应的最小功率变化值； (6f)根据步骤(6c)和步骤(6e)中求得的值，计算网络所有的接入点AP总的功率变化值:《 = I\k D >并根据D的大小确定Ui中终端的切换: 若D > O，则Ui中的终端能够切换到备用接入点AP，执行步骤(6g)； 若D彡O，则Ui中的终端不能切换到备用接入点AP，返回到步骤(5)；(6g)对集合Ui中的终端全部进行主动切换操作，使终端tu切换到的接入点为求得Du所对应的接入点， 其中终端tu e Ui ;切换完成之后，调整接入点Bi的当前的发射功率/+f =Zf *返回到步骤(5); (7)接入点％从前一次发射功率调整的时间开始等待，如果在时间段Tl内没有收到连接请求或解除连接请求，则执行步骤(6a) (6g);若只收到连接请求，则执行步骤(5);若只收到解除连接请求，则执行步骤(6)，如果同时收到连接请求和解除连接请求，则优先响应连接请求。
2.根据权利要求书I所述的密集WLAN环境下分布式的AP功率动态调整方法，其中步骤2所述的利用接收到的beacon帧建立终端\的接入点信息，按如下步骤进行: (2a)确定终端tj的接入点集合Aj,若终端tj接收第i个接入点ai发送的beacon巾贞的接收功率大于或等于最低接收门限值Pth，则将接入点ai作为终端的一个接入点，否则接入点Si不能作为终端tj的接入点； (2b)用终端tj所有的接入点构成接入点集合Aj:Aj = {ai |pi；J ^pth, i = I, 2,——，m}，其中Pu为终端tj接收ai发射的beacon巾贞的接收功率值,Pth = -95dBm ；(2c)计算集合、中所有接入点AP覆盖终端&的最小发射功率I。: 十Λ, I f'fai ^ Aj,其中Pi为Si发射beacon巾贞的功率值； (2d)确定终端选择连接的接入点as和备用接入点集合Bj: 备用接入点集合:Β」=Aj- {aj 将在集合 中，终端对接入点发送的beacon帧的接收功率最大时所对应的接入点作为接入点as，即终端tj对接入点as发送的beacon的接收功率ps，j满足:Aj+ = ^f(Pu ); (2e)终端tj向接入点as发送连接请求巾贞，以与接入点as连接，同时终端tj继续根据接收的beacon巾贞更新终端t」在步骤(2b)、(2c)、(2d)中所述的Aj, li；J, Bj信息。
全文摘要
本发明公开了一种密集WLAN环境下分布式的AP功率动态调整方法，主要解决现有技术对降低接入点AP能耗方面不能实时适应网络变化的不足。其实现的步骤为终端建立接入点信息表；在满足服务质量的条件下，接入点AP根据当前与它连接的终端调整自己的发射功率；接入点AP接收到新的连接请求，响应该请求并调整自己的发射功率；接入点AP接收到解除连接请求，响应该请求，并进行切换判别和节能操作；等待一段时间，如果没有收到任何请求，接入点则主动进行切换判别和节能操作。本发明接入点能够根据网络中终端的行为特性，动态的对其发射功率进行调整，及时的适应网络的变化，能更好的降低AP的能量消耗，减少AP间的信号干扰，可用于AP密集布置的WLAN网络中。
文档编号H04W52/36GK103220761SQ20131016556
公开日2013年7月24日 申请日期2013年5月7日 优先权日2013年5月7日
发明者史琰, 杨敏, 盛敏, 郭丹, 牛永彬, 于胜涛 申请人:西安电子科技大学