用于向多个相邻接入点分配频率信道的方法与流程

本发明涉及无线本地网络，并且更具体地涉及在多个相邻接入点之间分配频率信道。

背景技术

网关广泛用于将家中的设备连接到互联网或任何其他广域网(wan)。网关尤其使用数字订户线(dsl)技术，该技术能够实现在铜线或光线路上的高数据速率传输。在这个背景下，住宅网关以及诸如路由器、交换机、电话和机顶盒之类的其他设备被理解为客户端设备(cpe)设备。

包括无线技术在内的网关在当今的家庭和专业环境中发挥着关键作用。用于将无线设备连接到局域网(lan)的机制被称为wi-fi，其是针对使用用于无线数据传输的ieee802.11系列标准的设备的wi-fi联盟的品牌名称。ieee802.11标准定义了两种类型的无线节点：可以连接到其他设备的被称为站的通用无线设备，以及控制网络的特殊类型的站(即接入点)。通常被称为wlan(无线局域网)的wi-fi网络包括嵌入在连接到一个或几个站的网关中的一个或多个接入点。当然，网关可以使用用于将无线设备连接到局域网(lan)的其他机制。

由于其灵活和“隐形”的特性，许多局域网设备正在使用wi-fi而非传统的有线以太网方式。然而，无线局域网的广泛使用已经暴露出使用共享介质技术的严重缺点：干扰。由于ieee802.11的特性，wi-fi和非wi-fi相关的干扰都导致用户体验下降。

在配置无线局域网时的一个重要方面是频率信道向给定的接入点的分配。自动信道选择(acs)算法允许接入点扫描可用的各种频率信道，并且基于若干参数(诸如，背景噪声、通信介质业务、基于从其他接入点接收的信标消息的相邻接入点的数目、以及与这些信标消息一同接收的接收信号强度指示(rssi)等)选择频率信道。

在诸如接入点密集部署的建筑物之类的环境中，这些接入点相互影响，具体地，接入点彼此造成干扰。为了提供在这种密集填充的环境中的频率信道分配方案，以集中的方式收集由接入点聚集的信息，从而协调在不同接入点之间的频率信道分配。例如，对于给定的接入点，该信息是相邻接入点的列表、分配给这些相邻接入点的频率信道、以及相应的rssi等。

在接入点具有比可用频率信道的数目更少的相邻接入点的情况下，一种直接解决方案是向每个相邻接入点分配非重叠的频率信道。这样的解决方案不能在接入点具有比可用频率信道的数目更多的相邻接入点的密集填充的环境中实施。

在这种情况下，根据相邻接入点的列表、背景噪声、通信介质业务、从相邻接入点接收的信标消息、以及与这些信标消息一起接收的接收信号强度指示(rssi)等可得到频率信道分配方案但所得到的频率信道分配方案可能不会显著减少接入点之间的干扰，这是因为干扰与上述参数之间的相关性不是已知的和/或确定的。

考虑到前述内容设计了本发明。

技术实现要素：

根据本发明的第一方面，提供了一种用于在一组相邻接入点之间分配频率信道的计算机实现方法，该方法包括：

-计算基于活动的距离，其表示在所述一组相邻接入点中的至少两个接入点对通信介质的使用中的时间重叠，所述基于活动的距离与所述时间重叠的持续时间成反比，

-将频率信道分配给所述一组相邻接入点中的接入点，使得在对所述分配的频率信道的使用中的时间重叠的总和最小化。

根据本发明实施例的方法为在多个相邻接入点之间分配频率信道引入了新度量。这个新度量是在至少两个相邻接入点之间计算的基于活动的距离。基于活动的距离表示在至少两个相邻接入点对通信介质(即，频率信道)的使用中的时间重叠。

这个新度量提供了相邻接入点彼此影响的现实表示。实际中，当两个接入点同时使用通信介质时，即在这两个接入节点对通信介质的使用中存在时间重叠时，接入点才会对另一相邻接入点造成干扰。

有意义的是，将相同的频率信道分配给具有最大的基于活动的距离的相邻接入节点，即在对通信介质的使用中具有最小的时间重叠，这是因为这些接入节点彼此干扰的可能性小于更小距离的接入点。

此外，这种新度量的使用不同于在无线局域网中的频率分配信道领域中的依赖于相邻接入节点的rssi的值的当前方法。目前，将相同频率信道分配给接入点和在其相邻接入点中被检测到具有强rssi的一者，被认为是不明智的。因为实验已表明，与接入节点相关联的rssi值与此接入节点在其他相邻接入节点上产生的干扰几乎没有关系。

根据本发明的实施例，计算基于活动的距离包括：

-计算表示所述至少两个接入点对通信介质的使用的至少两个时间序列之间的相似性。

例如在一周内针对属于该组相邻接入点的接入点监控对通信介质的使用，并使所有这些使用离散化从而计算它们之间的相似性。

根据本发明的实施例，使用动态时间规整算法来计算表示所述至少两个接入点对通信介质的使用的至少两个时间序列之间的相似性。

众所周知，动态时间规整算法测量速度不同的两个时间序列之间的相似性。它用于计算表示所述至少两个接入点对通信介质的使用的时间序列之间的基于活动的距离。

根据本发明的实施例，将频率信道分配给所述一组相邻接入点中的接入点，使得在对所述所分配的频率信道的使用中的时间重叠的总和最小化，包括：

-最小化函数

其中，dij是基于活动的距离矩阵，cik、cjk是频率信道分配矩阵，k是要分配的一组频率信道，v是所述一组接入点，k是频率信道，以及i和j是接入点。

根据本发明的实施例，

引入此约束以确保该组相邻接入点中的每个接入点都被分配一个频率信道。

根据本发明的实施例，该方法包括在计算所述基于活动的距离之前：

-基于从相邻接入点接收的信标消息来识别属于同一组接入点的接入点。

在密集填充的环境中，将接入点分隔在不同组的相邻接入点中可以减少计算。接入点接收由在其范围内的其他接入点(当它们在范围内时)发出的信标消息。因此，相邻的接入点是从其中接收到信标消息的接入点。

根据本发明的实施例，该方法还包括：

-基于这些所述接入点组的频率信道分配来获取针对多组相邻接入点的频率分配方案。

本发明的另一对象是一种能够在一组相邻接入点之间分配频率信道的设备，所述通信设备至少包括硬件处理器，被配置为：

-计算基于活动的距离，其表示在所述一组相邻接入点中的至少两个接入点对通信介质的使用中的时间重叠，所述基于活动的距离与所述时间重叠的持续时间成反比，

-将频率信道分配给所述一组相邻接入点中的接入点，使得在对所述所分配的频率信道的使用中的时间重叠的总和最小化。

根据本发明的实施例，计算基于活动的距离包括：

-计算表示所述至少两个接入点对通信介质的使用的至少两个时间序列之间的相似性。

根据本发明的实施例，使用动态时间规整算法来计算表示所述至少两个接入点对通信介质的使用的至少两个时间序列之间的相似性。

根据本发明的实施例，将频率信道分配给所述一组相邻接入点中的接入点，使得在对所述分配的频率信道的使用中的时间重叠的总和最小化，包括：

-最小化函数

其中，dij是基于活动的距离矩阵，cik、cjk是频率信道分配矩阵，k是要分配的一组频率信道，v是所述一组接入点，k是频率信道，以及i和j是接入点。

根据本发明的实施例，

根据本发明的实施例，硬件处理器在计算所述基于活动的距离之前：

-基于从相邻接入点接收的信标消息来识别属于同一组接入点的接入点。

由本发明的元件实现的一些过程可以是计算机实现的。因此，这样的元件可以采取完全硬件实施例、完全软件实施例(包括固件、驻留软件、微代码等)的形式，或软件和硬件方面组合的实施例，这些方面在本文中通常可被称为“电路”、“模块”或“系统”。此外，这些元件可以采取体现在具有在介质中体现的计算机可用程序代码的任何有形介质表达中的计算机程序产品的形式。

由于本发明的元件可以在软件中实现，本发明可以被体现为用于向任何合适的载体介质上的可编程装置提供给计算机可读代码。有形载体介质可以包括诸如软盘、cd-rom、硬盘驱动器、磁带设备或固态存储器设备之类的存储介质。暂态载体介质可以包括诸如电信号、电子信号、光信号、声信号、磁信号或电磁信号(例如，微波或rf信号)之类的信号。

附图说明

本发明的实施例现在将仅以示例的方式并参考以下附图来描述，其中：

图1表示包括位于例如同一建筑物中的多个无线接入点的系统；

图2表示根据本发明实施例的接入点之一的更详细的视图；

图3是示出根据本发明实施例的通信设备的示例的示意性框图；以及

图4是根据本发明实施例的用于解释用于向接入点分配频率信道的过程的流程图。

具体实施方式

图1中所示的元件可以以各种形式的硬件、软件或其组合来实现。优选地，这些元件在一个或多个被适当编程的通用设备上以硬件和软件的组合来实现，该通用设备可以包括处理器、存储器和输入/输出接口。此处，短语“耦合”被定义为表示直接相连、或通过一个或多个中间组件间接相连。这样的中间组件可以包括基于硬件和软件两者的组件。

本说明书示出了本公开的原理。因此应该认识到，本领域普通技术人员能够设计尽管没有在此明确地描述或者示出、但是体现了本公开原理并且包括在其精神和范围内的各种布置。

本文引用的所有示例和条件语言旨在用于指导目的以帮助读者理解本公开的原理和由发明人贡献的推进本领域的概念，并且将被解释为不限于这些具体列举的示例和条件。

此外，本文列举的本公开的原理、方面和实施例和其具体示例的所有陈述都旨在涵盖其结构和功能上的等同物。此外，意图为，这种等同物包括当前已知的等同物和将来待开发的等同物，即，所开发的执行相同功能的任何元件，而与结构无关。

因此，例如，本领域技术人员将认识到，本文呈现的框图表示体现本公开的原理的说明性电路的概念视图。类似地，可以理解，任何流程图表、流程图、状态转换图、伪代码等都表示可以实质上以计算机可读介质表示并因此由计算机或处理器执行的各种过程，无论是否明确示出这种计算机或处理器。

图中所示的各种元件的功能可以通过使用专用硬件和能够与适当的软件相关联地执行软件的硬件来提供。当由处理器提供时，所述功能可以由单个专用处理器、单个共享处理器、或其中一些是共享的多个独立的处理器来提供。此外，术语“处理器”或“控制器”的明确使用不应被解释为专指能够执行软件的硬件，而是可以隐含地包括但不限于数字信号处理器(“dsp”)硬件、用于存储软件的只读存储器(“rom”)、随机存取存储器(“ram”)、和非易失性存储装置。

传统的和/或定制的其他硬件也可以包括在内。类似地，图中所示的任何开关仅是概念性的。可以通过程序逻辑的操作、通过专用逻辑、通过程序控制和专用逻辑的交互、或者甚至手动地实现它们的功能，可以从上下文更具体地理解可由实施者可选择的具体技术。

在本文的权利要求中，表示为用于执行指定功能的装置的任何元件旨在包含执行该功能的任何方式，包括例如：a)执行该功能的电路元件的组合，或b)包括固件、微码等的任何形式的软件，并与用于执行该软件的适当电路组合以执行该功能。由这些权利要求限定的本公开在于如下事实：由各种列举的装置提供的功能以权利要求所要求的方式被组合和集合在一起。因此认为可以提供这些功能的任何装置都等同于本文所示的装置。

在以下描述中，描述了根据本发明实施例的示例方法和执行这些方法的设备。出于解释的目的，阐述了各种具体细节以便提供对优选实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下实践本公开。

cpe设备包括但不限于例如控制器(例如，微处理器)、其中存储用于操作cpe设备的操作系统的存储器、用于无线通信的无线节点、以及用于宽带连接(例如，xdsl连接)的电路。无线节点包括但不限于软件驱动器、具有数据缓冲器的物理层、以及天线。这种cpe设备例如是接入网关。

无线节点由软件驱动器控制，该软件驱动器在无线节点的操作期间执行多个后台任务，例如，动态速率适配、分组聚合、信道质量监控等。除了信号操纵之外，无线驱动器还嵌入了具有相关联的ieee定义的管理和控制消息的ieee802.11协议栈。因此，无线驱动器会在数据流中注入大量管理和控制分组，从而难以仅通过透明地查看数据帧交换来分析链路。

图1表示包括位于例如同一建筑物b中的多个无线接入点1-10的系统s。这些接入点1-10中大多数由同一个互联网服务提供商(isp)控制并且与可以属于该互联网服务提供商或可以由第三方管理的至少一个远程通信设备11交换数据并执行根据本发明实施例的方法。接入点1-10可以被重新分组在多组相邻接入点set1、set2、set3中。将参考图4更详细地解释如何获得这些组接入点set1、set2、set3。第一组相邻接入点set1包括接入点1和接入点8-10。第二组相邻接入点set2包括接入点2和接入点5-6。第三组相邻接入点set3包括接入点7和接入点3-4。

图2表示根据本发明实施例的接入点1-10中的一者的更详细视图。

接入点1-10可以包括通过总线106连接的至少一个硬件处理器101、存储单元102、输入设备103、显示设备104、接口单元105、网络接口107、至少一个无线接口108、和控制模块109。当然，接入点1-10的组成元件可以通过不同于总线连接的连接而连接。

处理器101控制接入点1-10的操作。存储单元102存储至少一个程序，该程序能够监控和管理将要由处理器101执行的去往和来自接入点1-10的无线通信，以及诸如由处理器101执行的计算所使用的参数、由处理器101执行的计算的中间数据之类的各种数据。处理器101可以由任何已知的且合适的硬件或软件、或硬件和软件的组合形成。例如，处理器101可以由诸如处理电路之类的专用硬件形成，或由诸如cpu(中央处理单元)之类的执行存储在其存储器中的程序的可编程处理单元形成。

存储单元102可以由能够以类似计算机可读方式来存储程序、数据等的任何合适的存储器或装置形成。存储单元102的示例包括诸如半导体存储器设备之类的非暂态计算机可读存储介质，以及加载到读取和写入单元中的磁、光或磁光记录介质。如下文参考图4所述，程序使处理器101执行根据本公开的实施例的过程。

输入设备103可以由键盘、诸如鼠标之类的指点设备等形成，供用户使用以输入命令，以使用户做出对被用于选择所要使用的传输接口的参数的选择。显示设备104可以由显示设备形成，以显示例如图形用户界面(gui)。例如，输入设备103和输出设备204可以例如由触摸屏面板一体形成。

接口单元105提供接入点1-10与外部装置之间的接口。接口单元105可以通过有线或无线通信与外部装置进行通信。这种外部装置例如是机顶盒。

网络接口107经由诸如互联网之类的骨干网络(未在图中示出)提供接入点1-10和通信设备11之间的连接。取决于其性质，网络接口107可以提供到骨干网络的有线或无线连接。

无线接口108提供接入点1-10和至少一个站(例如，移动电话(未在图中示出))之间的无线连接，例如wi-fi连接。

监控模块109分析和评估在接入点1-10与站或另一接入点1-10之间建立的无线连接。由监控模块109收集的信息可以包括来自相关联的站以及来自相邻接入点的数据速率、物理层数据速率、所使用的空间流的量、信道带宽、介质可用性和接收信号强度指示符(rssi)等。

图3是示出根据本发明实施例的通信设备11的示例的示意性框图。

通信设备11包括通过总线1106连接的至少一个硬件处理器1101、存储单元1102、输入设备1103、显示设备1104、接口单元1105以及网络接口1107和控制模块1108。当然，通信设备11的组成元件可以通过不同于总线连接的连接而连接。

处理器1101控制通信设备11的操作。存储单元1102存储能够由处理器1101执行的至少一个程序，以及各种数据，诸如由处理器1101执行的计算所使用的参数、由处理器1101执行的计算的中间数据等。处理器1101可以由任何已知的且合适的硬件或软件或硬件、和软件的组合形成。例如，处理器1101可以由诸如处理电路之类的专用硬件形成，或由诸如cpu(中央处理单元)之类的执行存储在其存储器中的程序的可编程处理单元形成。

存储单元1102可以由能够以计算机可读方式存储程序、数据等的任何合适的存储设备或装置形成。存储单元1102的示例包括诸如半导体存储器设备之类的非暂态计算机可读存储介质，以及加载到读取和写入单元中的磁、光或磁光记录介质。如以下参考图4所描述的，该程序使得处理器1101执行根据本公开的实施例的过程。

输入设备1103可以由键盘、诸如鼠标之类的指点设备等形成，供用户使用以输入命令，以使用户做出对被用于选择待使用的传输接口的参数的选择。显示设备1104可以由显示设备形成以显示例如图形用户界面(gui)。例如，输入设备1103和输出设备1104可以由触摸屏面板整体形成。

接口单元1105提供通信设备11和外部装置之间的接口。接口单元1105可以通过有线或无线通信与外部装置进行通信。

网络接口1107通过诸如互联网之类的骨干网络(未在图中示出)提供通信设备11与接入点1-10之间的连接。取决于其特征，网络接口1107可以提供到骨干网络的有线或无线连接。

控制模块109分析和评估在接入点1-10和它们各自的站之间建立的无线连接。由控制模块109收集的信息可以包括可实现的数据速率、物理层数据速率、多个空间流、信道带宽、介质可用性和接收信号强度指示符(rssi)等。

图4是用于解释根据本发明实施例的用于向接入点1-10分配频率信道的过程的流程图。

在步骤401中，通信设备11通过网络接口1107并且针对每个接入点1-10来接收相邻接入点的列表(也称为扫描列表)。此列表包括给定接入点可以从其接收信标消息以及其rssi的接入点1-10的标识符。

在步骤402期间，基于这些扫描列表，处理器1101确定多组相邻接入点set1、set2、set3。这可以例如使用标签传播算法来完成，其优点在于它的线性运行时间复杂度。此算法为建筑物b中的每个接入点1-10分配唯一的标签。这些标签在接入点1-10的网络内传播。随后，根据这些接入点在与给定接入点相邻的接入点中出现的频率，标签在接入点1-10之间重新分配。

在本发明的另一个实施例中，可以使用girvan-newman算法。该算法从网络迭代地去除具有最高中介中心性的接入点对，接入点对e的中介中心性被定义为：

其中σst是从任意接入点s到任何其他任意接入点t的最短路径总量，且σst(e)(是通过接入点对e的短路径量。

步骤401和402是可选的。当存在位于同一建筑物b中的大量接入点时，执行这两个步骤，以便将频率信道在建筑物b的所有接入点1-10之间的分配分解成频率信道针对每一组相邻接入点set1、set2、set3进行的分配。为每组相邻接入点set1、set2、set3分配频率信道使得能够将最可能作为彼此的隐藏节点的接入节点合并到一组相邻接入点中。

针对每组相邻接入点set1、set2、set3，通信设备11的处理器1101计算频率信道分配方案。根据本发明实施例的方法的以下步骤是关于一组相邻接入点set1进行描述的。但是，这些步骤同样可针对在步骤401、402期间确定的每组相邻接入点set2、set3被执行。

在步骤403中，处理器1101针对所考虑的一组相邻接入点中的每一对接入点计算基于活动的距离。

将v定义为要被分配频率信道的一组接入点vi。此处，v对应于一组相邻接入点set1，并且接入点vi对应于接入点1和8-10。

将k定义为要分配的一组非重叠的频率信道。假设|v|＝n个接入点以及|k|＝m个频率信道。

如下给出距离矩阵dd：

其中，dij＝dst(vi,vj)，并且dst：

如下给出频率信道分配矩阵cc：

其中，

为了计算基于活动的距离，通信设备11对通信介质(即，m个频率信道)的使用进行监控。不同的接入点将由其控制模块109收集的信息转发给处理该信息的通信设备11的控制模块1108。例如，对通信模块的使用进行为期一周的监控，然后使其离散化为十五分钟的时隙，从而得到672个时隙：

然后，使用动态时间规整算法来计算两个时间序列之间的距离，该两个时间序列表示两个接入点对通信介质的使用，如下所示：

dst(i,j)＝cdtw(ui,uj)

该方法背后的目标是在接入点使用通信介质时使时间重叠最小化，例如，在夜间使用通信介质的接入点可以与在办公时间使用通信介质的接入点共享通信介质，即同一的频率信道，这样使得在对通信介质的使用中的时间重叠小。

在本发明的实施例中，可以如下来考虑通信介质的使用历史：

ui+1＝αui+(1-α)unew

其中，ui是直到前一周的通信介质的使用模式，unew是前一周的通信介质的使用模式，ui+1是更新后的模式，并且0≤α≤1是指示应将重点放在新的还是历史数据上的学习率。

一旦已经计算出基于活动的距离，在步骤404期间，处理器1101为所考虑的一组相邻接入点set1确定频率信道分配方案。

分配频率信道在于减小以下函数：

其在本发明的一个实施例中可以遵从：

例如，为具有最大活动距离的两个相邻接入节点分配同一频率信道，因为这两个接入节点彼此干扰的可能性小于具有较短距离的接入点。

引入此约束是为了确保一组相邻接入点中的每个接入点都被分配一个频率信道。

在步骤405中，处理器1101将在步骤403至404期间针对每组相邻接入点set1、set2、set3获得的频率信道分配方案进行归并，由此获得了用于整个建筑物b的全局频率信道分配方案。

在可选步骤406中，通信设备11在一定时间量内应用频率信道分配方案，同时通过其控制模块1108来监控建筑物b中对通信介质的全局使用。该监控能够检测以下情况：属于两个不同的相邻接入点set2和set3的接入点在同一时间使用同一频率信道，并且处于例如彼此相互干扰的状态。然后，在步骤403至406的新一次的迭代中将该信息考虑为约束条件。

步骤403至406被执行，直到在整个建筑物b中不再存在引起彼此干扰的接入点为止。

尽管以上参照具体实施例描述了本发明，但是本发明不限于这些具体实施例，并且对于本领域技术人员来说，落入本发明范围内的各种修改将是显而易见的。

在参考上述说明性实施例时，本领域技术人员将会想到许多进一步的修改和变化，这些说明性实施例仅以示例的方式给出并不旨在限制本发明的范围，本发明的范围仅由所附权利要求来确定。特别地，在适当的情况下，来自不同实施例的不同特征可以互换。