一种STA与AP传输能力的匹配方法和系统与流程

本发明属于无线网络选择技术、多属性决策技术，特别是涉及一种基于WLAN(：WirelessLocalAreaNetworks，无线局域网)的STA(Station，站点)与AP(wirelessAccessPoint，无线访问接入点)传输能力的匹配方法和系统。
背景技术：
：近年来，为了满足数据业务快速发展的需要，WLAN网络在无线网络通信中的应用越来越广，特别是在一些数据业务的热点区域，如Wifi校园网，而且WLAN的组网也呈现密集化，即同一个终端会同时处在多个WifiAPband的覆盖下，为了避免大量STA接入同一个APband导致APband负载过重甚至中断业务，APband间负载动态均衡技术成了WLAN组网技术研究的一个热点，即如何让终端时刻能匹配到最合适的APband，即能保证STA的业务质量，又能使网络接入更多的用户数，提升网络的吞吐量。另一方面，随着WLAN技术的不断发展，WLAN出现了多标准、多频段、多种能力共存的情况，如802.11n、802.11ac等多种协议标准共存、带宽能力从20M到160M共存、2.4G/5.8G单band和双band共存、MIMO(Multiple-InputMultiple-Output，多入多出技术)能力等等。多标准和多种能力的共存使得WLAN网络的选择和匹配变得更加具有挑战，也更有价值。目前这方面的研究已经比较多，包括终端侧决策和网络侧决策方法，不过由于终端侧决策信息不全，当前研究偏重于网络侧决策。虽然STA接入和切换决策都还是在STA上完成的，不过可以把网络侧的决策结果通过BSSTransitionManagement协议来控制STA的决策，所以大量的研究都集中在网络选择决策算法上，具体研究集中在两点：1)决策时考虑的属性指标及其定义；2)属性指标对应的权重；目前针对无线网络决策算法考虑的属性指标主要分为三类：反应实际网络服务质量(QoS：QualityofService)的属性：可用带宽、时延、抖动、接收信号强度、信噪比、载波干扰比、丢包率、误码率、网络负载等；反映用户主观喜好的属性：资费、安全、用户偏好等；业务及用户无关属性：能耗、终端运动特点等因素；根据上面这些属性能为终端选择性能相对比较好的网络，也能达到一定的负载均衡的效果。但由于WLAN网络中，可能出现终端和网络的能力不匹配，比如不支持HT的STA接入HT的APband，使整个APband的速率变慢，导致网络资源得不到充分利用。目前文献中 关于STA与APband能力匹配的研究很少，另一方面，STA的能力在关联协议中会上报到AP侧，这样在网络选择和决策时将STA和APband能力匹配度加入决策属性成为可能。目前，针对WLAN网络决策算法考虑的属性指标，主要集中在网络状态的指标，这些方法在一定程度上保证了STA在APband间的负载均衡和业务质量，但可能因为STA与APband的能力不匹配导致WLAN网络资源不能得到最大程度的利用。例如：如图1所示，AP1和STA2支持80M的带宽，而AP2和STA1只支持20M的带宽，两个网络在其它方面的属性差不多，STA进行的业务类型也一致，在这种场景下，如果决策只考虑网络状态，可能出现如上图的匹配结果，即STA1关联到AP1、STA2关联到AP2，最终都只能用到20M的带宽，造成了带宽资源的浪费，从而导致网络最大接入用户数以及吞吐量的下降。此外，ArubaNetworks公司在ClientMatch技术中提到了监控STA的能力，但没有看到如何建立STA的能力模型来参与决策。技术实现要素：鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种STA与AP传输能力的匹配方法和系统，用于解决现有技术中WLAN中，没有将STA的传输能力和AP实际配置的传输能力进行匹配，并以此为依据应用到无线网络选择的决策的问题。为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种STA与AP传输能力的匹配方法，应用于WLAN网络，所述STA与AP传输能力的匹配方法包括：步骤S10，获取所述STA的参数，以及所述STA接入的每一个候选AP的参数；其中，所述候选AP为多个AP；步骤S20，根据所述STA的参数和所述候选AP的参数，计算所述SAT接入每一个所述候选AP的带宽利用率；步骤S30，根据所述STA的参数和所述候选AP的参数，计算所述SAT接入每一个所述候选AP的频谱资源利用率；步骤S40，根据所述带宽利用率和所述频谱资源利用率计算所述STA接入每一个所述候选AP的综合传输能力匹配度；步骤S50，选择所述综合传输能力匹配度最高的所述候选AP，作为所述STA的接入AP。可选地，所述STA的参数包括所述STA实际支持的最大带宽BSTA、所述STA的波束成形能力。可选地，所述候选AP的参数包括所述候选AP配置的带宽Bband、所述候选AP支持的波束成形能力。可选地，所述步骤S20中，所述SAT接入所述候选AP的所述带宽利用程度与所述STA 实际支持的最大带宽BSTA和所述候选AP配置的带宽Bband相关：其中，Rband表示所述带宽利用率；Match(BSTA,Bband)表示所述STA接入所述候选AP后的实际能匹配的带宽。可选地，所述Match(BSTA,Bband)的取值依据：当所述STA不支持80+80M，所述候选AP的配置带宽不是80+80M时，那么，Match(BSTA,Bband)＝Min(BSTA,Bband)；当所述STA支持80+80M，所述候选AP的配置带宽不是80+80M时，那么，Match(BSTA,Bband)＝Min(BSTA,Bband)；当所述STA不支持80+80M，所述候选AP的配置带宽是80+80M时，那么，Match(BSTA,Bband)＝Min(BSTA,80M)；当所述STA支持80+80M，所述候选AP的配置带宽是80+80M时，那么，Match(BSTA,Bband)＝Min(BSTA,Bband)。可选地，所述步骤S30中，所述SAT接入所述候选AP的所述频谱资源利用率是按照如下公式计算获得的：其中，RBF表示所述频谱资源利用率；k表示比例系数，且0≤k≤1；Ntx_ap表示所述候选AP配置的空间流数，当所述候选AP不支持波束成形技术时，Ntx_ap取1；Nrx_sta表示所述STA支持的最大空间流数，当所述STA不支持波束成形技术时，Nrx_sta取1。可选地，所述SAT接入所述候选AP的所述综合传输能力匹配度是按照如下公式进行计算的：Rc＝Rband*RBF*log2(1+SNR)；其中，Rc表示所述综合传输能力匹配度；SNR表示信噪比。本发明还公开了一种STA与AP传输能力的匹配系统，应用于WLAN，所述STA与AP传输能力的匹配系统包括：参数获取模块，用于获取所述STA的参数，以及所述STA接入每一个候选AP的参数；带宽利用率计算模块，用于根据所述STA的参数和所述候选AP的参数计算带宽利用率Rband；频谱资源利用率计算模块，用于根据所述STA的参数和所述候选AP的参数计算频谱资源利用率RBF；综合传输能力匹配度计算模块，用于根据所述带宽利用率和所述频谱资源利用率计算综合传输能力匹配度Rc；选择模块，用于根据所述综合传输能力匹配度Rc选择所述STA的接入AP。可选地，所述综合传输能力匹配度模块是按照如下公式计算所述综合传输能力匹配度Rc的：Rc＝Rband*RBF*log2(1+SNR)，其中，SNR表示信噪比。可选地，所述选择模块选择所述综合传输能力匹配度Rc最高的所述候选AP，作为所述 STA的接入AP。如上所述，本发明的STA与AP传输能力的匹配方法和系统，具有以下有益效果：(1)本发明将STA和AP的实际传输能力匹配度作为决策属性之一，来进行WLAN网络的选择和决策，避免了传统决策方法中只根据网络状态和用户的偏好，不考虑STA和AP能力匹配度而导致的WLAN网络资源得不到充分利用的情况；(2)本发明还结合了STA和AP之间的静态传输能力的匹配度以及网络状态属性的动态变化对传输能力的影响，有效保证了STA和AP的传输能力匹配度，能真实反映实际的信道资源利用率；(3)本发明保证了STA和AP的匹配度，进一步充分发挥了WLAN网络的能力，提高了整个WLAN网络的资源利用程度，提升了网络的吞吐量和最大接入用户数。附图说明图1显示为现有技术中WLAN网络的STA和AP的匹配示意图。图2显示为本发明实施例公开的一种STA和AP传输能力的匹配方法的流程示意图。图3显示为本发明实施例公开的一种STA和AP传输能力的匹配系统的结构示意图。元件标号说明S10～S50步骤300STA与AP传输能力的匹配系统310参数获取模块320带宽利用率计算模块330频谱资源利用率计算模块340综合传输能力匹配度计算模块350选择模块具体实施方式以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。本发明提出了一种基于新型的STA与AP传输能力的匹配方法和系统，该能力匹配度可以用于WLAN网络接入和切换选择决策的一个属性参与决策。其优势是本发明的STA和AP传输能力的匹配度能实际反映STA接入APband对APband资源的利用程度，并将其作为属性参与WLAN网络的接入和切换选择决策，能提高WLAN网络资源的利用率。在本发明中，WLAN网络包括STA、AP、无线介质和分布式系统。其中，STA在WLAN网络中一般为客户端，可以是装有无线网卡的计算机，也可以是具有WIFI模块的智能手机；进一步地，STA既可以是移动的，也可以是固定的。而AP就是传统有线网络中的HUB，其相当于一个连接有线网和无线网的桥梁，主要是将各个无线网络的客户端(STA)连接到一起，然后将无线网络接入以太网。实施例1本实施例公开了一种应用于WLAN网络的STA与AP传输能力的匹配方法，如图2所示，包括：步骤S10，获取STA的参数，以及STA接入的每一个候选AP的参数；其中，候选AP可以为多个。其中，STA的参数包括STA实际支持的最大带宽BSTA和STA的波束成形(Beamforming)能力；候选AP的参数包括候选AP配置的带宽Bband以及候选AP支持的波束成形能力。在STA与候选AP传输能力进行匹配时，需要综合考量STA和AP的多个能力，即上述STA的参数和候选AP的参数。在本实施例中，STA的参数和候选AP的参数都是通过802.11协议中的HTCapabilities字段和VHTCapabilities字段中获取的。在802.11协议中，HTCapabilities字段中定义了SupportedChannelWidthSet，用来表示是否支持对应的信道带宽，其取值和含义如下：0：表示仅支持20MHz；1：表示20MHz和40MHz都支持。在802.11协议中，VHTCapabilities字段中也定义了SupportedChannelWidthSet，其取值和含义如下：0：表示既不支持160M，也不支持80+80MHz，即最大能支持80M；1：表示最大能支持160M；2：表示最大160M和80+80M都支持；3：Reserved。此外，在VHTCapabilities中还定义了是否支持Beamforming以及支持的空间流数，即字段SUBeamformingCapable以及RxSTBC，其中RxSTBC取值和含义如下：0：表示不支持receptionofPPDUsusingSTBC；1：表示支持1个空间流；2：表示支持1个和2个空间流；3：表示支持1、2、3个空间流；4：表示支持1、2、3、4个空间流；5、6、7：Reserved。步骤S20，根据STA的参数和候选AP的参数，计算SAT接入每一个候选AP的带宽利用率：对于STA与AP传输能力的匹配度，首先要用STA与候选AP的传输带宽的匹配度来体现，其中传输带宽的匹配度通过结合STA和AP的HT/VHT能力来计算STA对AP带宽利用率Rband获得。在本实施例中，带宽利用率Rband是按照如下公式计算获得：Rband=Match(BSTA,Bband)Bband;]]>其中，Rband：表示STA接入候选AP后，对应AP的带宽利用率；BSTA：表示STA实际支持的最大带宽，对于支持80+80M的情况，取值按160M取值；Bband：表示AP配置的带宽，其取值是按照实际配置的值来确定，对于配置为80+80M的情况，取值按160M取值；Match(BSTA,Bband)：表示STA接入候选AP后实际能匹配的带宽；其取值分多种情况，具体取值如下表：STAHT/VHT最大能力BSTAAPbandHT/VHT能力配置Match(BSTA,Bband)不支持80+80M配置不是80+80MMin(BSTA,Bband)支持80+80M配置不是80+80MMin(BSTA,Bband)不支持80+80M配置是80+80MMin(BSTA,80M)支持80+80M配置是80+80MMin(BSTA,Bband)表1，Match(BSTA,Bband)的取值表步骤S30，根据STA的参数和候选AP的参数，计算SAT接入每一个候选AP的频谱资源利用率：Beaforming的能力满足度体现了频谱资源的利用程度，如果STA和AP都支持MIMO，这就能更大程度的利用频谱资源，提升系统容量，提升的程度要看空间流数的匹配度。如果STA支持的Rx流数大于或等于AP的Tx流数，可以使AP的频谱资源得到最大利用。在本实施例中，频谱资源利用率RBF按照如下方式进行计算：RBF=kmin(Ntx_ap,Nrx_sta)Ntx_ap;]]>其中，k：表示比例系数，通常情况下，0≤k≤1；Ntx_ap：表示候选AP配置的空间流数，当候选AP不支持Beamforming技术时，Ntx_ap取1；Nrx_sta：表示STA侧支持的最大空间流数，当STA不支持Beamforming技术时，Nrx_sta取1。步骤S40，根据带宽利用率Rband和频谱资源利用率RBF计算所述STA接入每一个候选AP的综合传输能力匹配度：STA和候选AP综合传输能力匹配度综合了带宽匹配度、频谱资源利用率(即SUBeamforming能力匹配度)，这两个参数都是静态的，还不能完全体现传输能力的利用程度，实际传输能力还与信号强度等相关，因此在综合传输能力匹配度上还引入了信噪比SNR，根据SISO(SingleInputSingleOutput)情况下信道容量的计算公式B*log2(1+SNR)，综合计算后STA与候选APband的综合传输能力匹配度Rc按照如下方式进行计算：Rc=Rband*RBF*log2(1+SNR)=klog2(1+SNR)Match(BSTA,Bband)Bband*min(Ntx_ap,Nrx_sta)Ntx_ap.]]>为了说明清楚，在本实施例的WLAN网络中，假设某个STA支持的最大带宽能力为160M，不支持80+80M，不支持Beamforming，某个候选AP配置的带宽为80+80M，支持Beamforming，支持的最大空间流数为4，STA接收到该候选AP的信噪比SNR为63，比例 系数k取0.8。那么，STA和该候选AP的传输能力的匹配度Rc的计算为：首先，计算STA对候选AP的带宽利用率Rband：根据上面的假设，可知：BSTA＝160M；Bband＝160M。由于不支持80+80M，因此Match(BSTA,Bband)计算如下：Match(BSTA,Bband)＝Min(BSTA,80M)。也就是说，虽然STA最大支持160M，但AP配置的是80+80M，无法把160M全部利用起来，只能用到80M带宽。那么，Rband=Match(BSTA,Bband)Bband=80160=0.5.]]>然后，根据Beamforming能力计算频谱资源利用率RBF：根据上面的假设，可知：Ntx_ap＝4；Nrx_sta＝1。那么，RBF=kmin(Ntx_ap,Nrx_sta)Ntx_ap=0.8*min(4,1)4=0.2.]]>最后，计算STA与候选AP的综合传输能力匹配度Rc：根据上面的计算结果，以及假设中的SNR取值，计算如下：Rc＝Rband*RBF*log2(1+SNR)＝0.5*0.2*6＝0.6。步骤S50，选择综合传输能力匹配度最高的候选AP，作为STA的接入AP。综合传输能力匹配度Rc能够反映出STA接入AP后对AP传输资源的相对利用程度的大小，所以，综合传输能力匹配度Rc越高，证明STA与AP的传输能力匹配度越高。所以，选择Rc最高的候选AP作为STA的接入AP，从而提高整个WLAN网络的资源利用程度，提升网络吞吐量和接入用户数。上面方法的步骤划分，只是为了描述清楚，实现时可以合并为一个步骤或者对某些步骤进行拆分，分解为多个步骤，只要包含相同的逻辑关系，都在本专利的保护范围内；对算法中或者流程中添加无关紧要的修改或者引入无关紧要的设计，但不改变其算法和流程的核心设计都在该专利的保护范围内。实施例2本实施例公开了一种STA与AP传输能力的匹配系统300，如图3所示，包括参数获取模块310、带宽利用率计算模块320、频谱资源利用率计算模块330、综合传输能力匹配度计算模块340和选择模块350。其中，参数获取模块310用于通过802.11协议中的HTCapabilities字段和VHTCapabilities字段中获取获取STA的参数，以及STA接入每一个候选AP的参数。其中，STA的参数包括STA实际支持的最大带宽BSTA和STA的波束成形(Beamforming)能力；候选AP的参数包括候选AP配置的带宽Bband以及候选AP支持的波束成形能力。带宽利用率计算模块320用于根据STA的参数和候选AP的参数计算带宽利用率Rband：其中，Match(BSTA,Bband)表示STA接入候选AP后实际能匹配的带宽；其取值分多种情况，具体取值如表1所示。频谱资源利用率计算模块330，用于根据STA的参数和候选AP的参数计算频谱资源利用率RBF：其中，k：表示比例系数，通常情况下，0≤k≤1。Ntx_ap：表示候选AP配置的空间流数，当候选AP不支持Beamforming技术时，Ntx_ap取1；Nrx_sta：表示STA侧支持的最大空间流数，当STA不支持Beamforming技术时，Nrx_sta取1。综合传输能力匹配度计算模块340，用于根据所述带宽利用率和所述频谱资源利用率计算综合传输能力匹配度Rc：Rc=Rband*RBF*log2(1+SNR)=klog2(1+SNR)Match(BSTA,Bband)Bband*min(Ntx_ap,Nrx_sta)Ntx_ap.]]>其中，SNR表示STA接入候选AP后的信噪比。选择模块350，用于根据综合传输能力匹配度Rc选择STA的接入AP。STA接入不同的候选AP，其对应的综合传输能力匹配度Rc是不一样的，本实施例的选择模块350选择综合传输能力匹配度Rc最高的候选AP最为STA的接入AP。此外，为了突出本发明的创新部分，本实施例中并没有将与解决本发明所提出的技术问题关系不太密切的模块引入，但这并不表明本实施例中不存在其它的模块。不难发现，本实施例为与第一实施例相对应的系统实施例，本实施例可与第一实施例互 相配合实施。第一实施例中提到的相关技术细节在本实施例中依然有效，为了减少重复，这里不再赘述。相应地，本实施例中提到的相关技术细节也可应用在第一实施例中。综上所述，本发明的STA与AP传输能力的匹配方法和系统，将STA和AP的实际传输能力匹配度作为决策属性之一，来进行WLAN网络的选择和决策，避免了传统决策方法中只根据网络状态和用户的偏好，不考虑STA和AP能力匹配度而导致的WLAN网络资源得不到充分利用的情况；并且，本发明还结合了STA和AP之间的静态传输能力的匹配度以及网络状态属性的动态变化对传输能力的影响，有效保证了STA和AP的传输能力匹配度，能真实反映实际的信道资源利用率；本发明保证了STA和AP的匹配度，进一步充分发挥了WLAN网络的能力，提高了整个WLAN网络的资源利用程度，提升了网络的吞吐量和最大接入用户数。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属
技术领域：
中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。当前第1页1 2 3