广播信道切换时间的方法和设备以及连接到无线AP的方法与流程

本发明的实施例总体上涉及无线通信领域。更具体地，本发明的实施例涉及有效管理无线接入点的信道选择以因应干扰的系统和方法。

背景技术：

2.4GHz和5GHz Wi-Fi信号范围被划分为一系列较小的信道，Wi-Fi网络装备(例如，无线接入点(access point，AP)或站)能够使用这些信道来传送数据。当无线AP正在发送数据时，不同信道可能受到不同无线干扰源的影响，并且干扰的类型和数量可能随时间而改变。因此，典型的无线AP将基于当前信道上检测到的干扰水平而间歇地切换信道。当AP决定响应于干扰而改变到不同的信道时，AP发送一系列信标(beacon)，指示在AP切换到新信道并且于新信道上发送信标之前，将在旧信道上发送的信标的数量。信标是特殊帧，用于通告(announce)AP存在于该信道上并且指示无线网络的某些特征。当倒计数(countdown)结束时，AP停止在当前信道上广播，连接到AP的无线站将开始监听(listen)新信道中的信标。然而，在一些情况下，AP停止当前信道中的广播与AP开始在新信道上广播之间的时间可能相当长或时间长度不可预测，或者可能错过对信道切换到新信道进行倒计数的信标帧，因此，无线站不确定该站是否应该等待该AP更长时间还是应该开始搜索AP。这种延迟和不确定性可能导致传输中断或导致客户端漫游到次优AP。

此外，动态频率选择(Dynamic Frequency Selection，DFS)允许未经授权(unlicensed)的设备(例如在大型户外区域、机场等中操作的设备)在不会对雷达造成干扰的情况下，共享已经分配给雷达系统的频带。为了在不干扰雷达使用的情况下使用这些特定的DFS频率，不同的管辖区(jurisdiction)已经制定了规则，要求无线AP执行信道可用性检查(channel availability check，CAC)达到预定的时间段(例如，60秒)，以确定在该信道上是否广播有功率电平高于给定阈值的波形。然而，在一些情况下，连接到AP的无线站可能无法在发送和/或接收新数据之前等待信道可用性检查完成。这部分因为无线STA无法知道CAC预计需要多长时间。例如，当无线STA停止从AP接收信标时，在CAC期间，STA可以决定切换到次优AP而不是等待CAC完成之后AP出现。

技术实现要素：

因此，需要一种方法用于向无线站提供信息以指示何时无线AP将开始在新信道上广播，以提高无线网络的效率。

本发明的实施例提供了一种方法和设备，用于通告无线AP停止在第一信道上发送与开始在第二信道上发送之间的预期延迟时段。然后，无线站可以使用该延迟时段来帮助该无线站决定在新信道中等待AP还是开始寻找新的AP。AP首先广播其打算切换信道，并在旧信道中发送多个信标帧，该多个信标帧向下计数至切换时间。在旧信道中发送最后一个信标帧之后，在旧信道中发送最后一个帧与在新信道中发送第一个帧之间会经理延迟，其中延迟根据AP的实施方式和任何监管规定的等待时间或者CAC时间而变化，CAC时间是在广播前必须在新信道上执行的信道可用性检查所需时间。因此，本发明的实施例在例如信标帧或探测响应帧中提供预期的信道切换时间元素或字段。通过这种方式，连接到无线AP的无线STA可以知晓在新信道上预期将延迟多长时间并因此可以相应地动作和/或等待。

根据一个实施例，公开了一种通告信道切换时间的方法。该方法包括：利用无线接入点，在第一无线信道上发送第一数据；利用所述无线接入点，广播包括信道切换时间的信道切换通告，其中，所述信道切换通告指示所述无线接入点将执行信道切换以开始在第二无线信道上进行发送；利用所述无线接入点，执行从所述第一无线信道到所述第二无线信道的信道切换；以及在经过大致等于所述信道切换时间的值的时间延迟之后，在所述第二无线信道上发送第二数据。

根据一个实施例，该方法还包括检测所述第一无线信道中的能量水平是否高于阈值。

根据一个实施例，该方法还包括利用所述无线接入点，在所述第一无线信道上发送一系列信标，用于向下计数至所述信道切换。

根据一个实施例，在信标帧中广播所述信道切换通告，并且所述信道切换通告还包括所述第二无线信道的标识。

根据一个实施例，所述信道切换通告被包括在探测响应帧中。

根据一个实施例，该方法还包括利用所述无线接入点在所述第二无线信道上执行信道可用性检查，其中所述时间延迟大致等于执行所述信道可用性检查所需的时间。

根据一个实施例，所述无线接入点包括第一无线电和第二无线电，其中所述发送第一数据使用所述第一无线电，并且其中在所述第二信道上执行所述信道可用性检查使用所述第二无线电。

根据另一个实施例，公开了一种通告信道切换时间的设备。该设备包括：用于存储数据的存储器；以及处理器。该处理器通信地耦接到所述存储器并且被配置为执行指令，以执行用于广播信道切换时间的方法，所述方法包括：在第一无线信道上发送第一数据；广播包括信道切换时间元素的信道切换通告，其中，所述信道切换通告指示所述设备将执行信道切换以开始在第二无线信道上进行发送；执行从所述第一无线信道到所述第二无线信道的信道切换；以及在经过大致等于所述信道切换时间元素的值的时间延迟之后，在所述第二无线信道上发送第二数据。

根据另一个实施例，公开了一种连接到无线接入点的方法。该方法包括：使用无线站，在第一无线信道上从无线接入点接收第一数据；使用所述无线站，从所述无线接入点接收信道切换时间，其中所述信道切换时间指示所述无线接入点停止在所述第一无线信道上的发送与开始在第二无线信道进行发送之间的预期延迟；等待大致等于所述信道切换时间的值的一段时间；以及在所述第二无线信道上连接到所述无线接入点。

根据一些实施例，信道切换时间包括在信道切换通告中。

根据一些实施例，该方法包括在第一无线信道上广播探测请求，其中所述信道切换时间包括在从无线接入点接收的对所述探测请求的响应中。

通过这种方式，连接到无线AP的无线STA可以知晓在新信道上预期将延迟多长时间并因此可以相应地动作和/或等待，从而提高了无线网络的效率。

附图说明

本发明技术的实施例通过示例而非限制的方式在附图的图中示出，其中相同的附图标记指代相似的元件，并且其中：

图1A根据本发明的实施例描述了示例性的最大信道切换时间信息元素或字段。

图1B根据本发明的实施例描绘了示例性的无线网络的框图。

图1C根据本发明的实施例例示了示例性无线接入点发送一系列信标帧以执行信道切换的无线传输示意图。

图2根据本发明的实施例描绘了用于执行无线AP的DFS信道切换的由计算机实现的步骤的示例性序列。

图3根据本发明的实施例描绘了用于执行无线AP的信道切换(例如，非DFS信道切换)的由计算机实现的步骤的示例性序列。

图4根据本发明的实施例描绘了用于将无线STA连接到执行非DFS信道切换的无线AP的由计算机实现的步骤的示例性序列。

图5是用于实施本发明的实施例的示例性计算机系统的框图。

具体实施方式

现在将详细参考若干实施例。尽管将结合选择性的实施例描述本发明主题，但是应该理解，它们并不旨在将要求保护的主题限制于这些实施例。相反，所要求保护的主题旨在覆盖替代物、修改和等同物，这些替代物、修改和等同物应该被包括在由所附权利要求限定的所要求保护的主题的精神和范围内。

此外，在以下详细描述中阐述了许多具体细节，以提供对所要求保护的主题的透彻理解。然而，本领域技术人员将认识到，可以在没有这些具体细节或其等同物的情况下实施这些实施例。在其他情况下，没有详细描述众所周知的方法、过程、组件和电路，以免不必要地模糊本主题的多个方面和特征。

下面详细描述的部分以方法的形式进行呈现和讨论。尽管在描述该方法的操作的附图(例如，图2、图3和图4)中公开了该方法的步骤和顺序，但是这些步骤和顺序是示例性的。实施例适用于执行其他步骤或者本文附图的流程图中记载的步骤的各种变化，并且可以以不同于本文描述的顺序执行。

详细描述的一些部分呈现为过程、步骤、逻辑块、处理以及在计算机存储器上执行的数据位的操作的其他符号性表示。这些描述和表示是数据处理领域的技术人员用来最有效地将他们工作的实质传达给本领域其他技术人员的手段。过程、计算机执行的步骤、逻辑块、处理等在这里通常被认为是产生期望结果的自恰的步骤或指令序列。这些步骤需要对物理量的物理操纵。通常，尽管不是必须的，这些量采用能够在计算机系统中存储、传输、组合、比较和以其他方式操纵的电信号或磁信号的形式。主要出于通用的原因，已经证明将这些信号称为比特、值、元素、符号、字符、术语、数字等是方便的。

然而，应该记住，所有这些以及类似的术语都与适当的物理量相关联，并且这些术语仅是应用于这些量的便利标签。除非明确说明，否则根据以下讨论显而易见地应当理解，在整个过程中，利用诸如“访问”、“写入”、“包括”、“存储”、“发送”、“遍历”、“关联”、“识别”、“编码”等术语进行的讨论是指计算机系统或类似电子计算设备的动作和过程，其将被表示为计算机系统寄存器和存储器内的物理(电子)量的数据操纵和转换为类似地被表示为计算机系统寄存器或存储器或其他信息存储、传输或显示的设备内的物理量的其他数据。

具有信道切换时间的信道切换通告

本发明的实施例提供了一种方法和装置，用于宣告无线AP停止在第一信道上发送与开始在第二信道上发送之间的预期延迟时间段。AP首先广播其希望切换信道的意图，并且在旧信道上发送多个信标帧以倒计时至信道切换时间。在旧信道上发送最后一个信标帧之后，在旧信道上发送最后一个帧与在新信道上发送第一帧之间将经历延迟。延迟根据AP的实现方式以及在广播之前必须在新信道上执行的任何CAC而发生变化。因此，本发明的实施例例如在信标帧或探测响应帧中提供预期的信道切换时间元素或字段。通过这种方式，连接到无线AP的无线STA将知晓延迟预期多长时间并且可以相应地动作(例如，在等待新的信道信标通信时不会太快放弃)。

当AP选择基于DFS规则进行传输时，监管机构限定的操作的某些先决条件通常要求在AP可以在新信道上操作之前有特定时间段的延迟，使得当前连接到AP的STA等待该AP开始在新信道上操作(如果可能的话)或者寻找新的AP进行访问(如果该站无法等待所需时间)。在美国，当AP已经选择在新的DFS信道上操作时，AP必须在其停止在旧信道上操作之后等待至少60秒，然后AP才能开始在新的DFS信道上操作。在60秒期间，AP在新信道上执行CAC，以确定该信道上没有雷达广播，雷达广播的优先级高于其他通信。在欧盟(EU)，连接到新DFS信道的AP，在没有CAC许可(CAC clearance)的情况下，需要在其停止在旧信道上操作之后等待60秒到10分钟，然后AP才可以在新信道上开始操作。此外，即使对于未在DFS监管下的信道，AP也需要一定的时间段才能在新信道上进行广播，这取决于AP的具体实现方式。

因此，本发明的实施例提供了一个新的信息元素或字段，该信息元素或字段位于由想要切换信道的AP所发送的信标帧内，该字段指示AP停止在旧信道操作的时间与开始在新信道上操作的时间之间的预期延迟。

通过这种方式，连接到AP的无线站可以知晓延迟的预期时间长度，并且可以选择等待该AP开始工作还是寻找新的AP，并且重要的是在等待新信道的新信标时不过早放弃。例如，对于当前处于低功率或待机模式的无线设备，高达60秒的延迟是可接受的，因为该无线设备当前不需要发送或接收数据。即使对于活跃地(actively)发送和接收数据的设备，一或两秒的延迟也是可以接受的。如果是执行CAC以操作在DFS信道上的情况下，在信标中广播的信息元素指示AP将花费多长时间以开始在新信道中操作，以便无线站可以决定等待该AP还是立即连接到不同的AP。

在一些情况下，当AP移动到不是DFS信道的新信道时，不需要CAC，AP可以以较少的延迟开始在新信道上进行发送。然而，取决于AP的具体实现方式，AP在新信道上广播之前仍然需要一定的时间段(例如，1秒或2秒)。因此，STA可以监听由AP广播的信标帧，或者STA可以广播探测响应帧，以确定AP在给定信道上是否是活跃的(active)。并且，本发明的实施例在想要切换信道的AP所发送的信标帧中提供了新的信息元素，指示AP停止在旧信道操作的时间与开始在新信道上操作的时间之间的预期延迟。以这种方式，STA可以决定等待该AP开始在新信道上广播还是搜索另一个AP。

图1A根据本发明的实施例描述了示例性的最大信道切换时间(Max Channel Switch Time)信息元素或字段100。信息元素100设置在由无线AP广播的信标帧中。信息元素或字段100包括元素ID 105、长度字段110、元素ID扩展115和切换时间120。切换时间120是三个八位字节(octet)的字段，指示AP在当前信道中发送最后一个信标的时间与AP在新信道中发送第一个信标的预期时间之间的最大时间差，其以微秒表示。长度字段110具有固定值4。元素ID 105用于将元素标识为最大信道切换时间信息元素。

图1B根据本发明的实施例描绘了示例性的无线网络150的框图。无线网络150包括通过无线信道C1与无线站STA 160、165和170进行通信的无线接入点AP 155。响应于信道C1中存在干扰，无线接入点155将信道切换到无线信道C2。在无线信道C2上进行发送之前，无线接入点155可以执行CAC，以确定无线信道C2是否可用于传输，并且无线接入点155发送包括如图1A所示切换时间元素或字段的信道切换通告(Channel Switch Announcement)，以广播无线接入点155在无线信道C1上发送最后一个信标的时间与无线接入点155在无线信道C2上发送第一个信标的预期时间之间的时间差。

图1C根据本发明的实施例例示了示例性无线接入点发送一系列信标帧以执行信道切换的无线传输示意图。如图1C中的无线传输示意图175所示，无线接入点155可以发送一个或多个帧(例如，信标帧或探测响应帧)，指示无线接入点155正在切换到无线信道C2。例如，信标帧B1、B2和B3可以包括信道切换通告，并且对信道切换之前的剩余信标帧的数量进行倒计数。例如，在时间t0发送的信标帧B1指示在信道切换之前还将发送另外两个信标帧，在时间t1发送的信标帧B2指示在信道切换之前还将发送另外一个信标帧，在时间t2发送的发送信标帧B3指示在信道切换之前不再发送其他信标帧。然后，无线接入点155停止在无线信道C1上进行发送，并且在时间段Δt之后，该时间段Δt大约等于信道切换通告的切换时间元素中包括的时间延迟，无线接入点155在时间t3开始在第二无线信道上进行发送(例如，发送信标帧B4)。

图2根据本发明的实施例描绘了用于执行无线AP的DFS信道切换的由计算机实现的步骤200的示例性序列。在步骤205，无线AP检测信道C1中的干扰并决定切换信道。在步骤210，无线AP广播包括信道切换通告元素和最大信道切换时间元素的帧(例如，信标帧或探测响应帧)。信道切换通告元素指示AP打算切换到哪个信道，最大信道切换时间元素包括切换时间字段，其指示AP停止在第一信道上操作与开始在第二信道上操作之间的最大预期延迟。在步骤215，对于不包括专用扫描无线电(dedicated scanning radio)的无线AP，无线AP停止在第一无线信道上的传输，并且在步骤220，无线AP在第二无线信道上执行CAC。在与切换时间元素中包括的时间延迟大约相等的时间段之后，在步骤235，AP开始在第二无线信道上进行发送(例如，发送信标帧)。

对于包括专用扫描无线电的无线AP，在步骤210之后，在步骤225，该无线AP继续在第一无线信道上发送并同时在第二无线信道上执行CAC。在大约等于切换时间元素中包括的时间延迟的时间段之后，在步骤230，AP停止在第一无线信道上发送。在步骤235，无线AP开始在第二无线信道上执行发送(例如，发送信标帧)。

图3根据本发明的实施例描绘了用于执行无线AP的信道切换(例如，非DFS信道切换)的由计算机实现的步骤300的示例性序列。在步骤305，无线AP检测到第一信道上的干扰高于功率阈值并决定切换信道。在步骤310，无线AP广播包括信道切换通告元素和最大信道切换时间元素的信标帧。信道切换通告元素指示无线AP打算切换到哪个信道，最大信道切换时间元素包括切换时间字段，其指示无线AP停止在第一信道上操作的时间与开始在第二信道上操作的时间之间的最大预期延迟。在步骤315，无线AP停止在第一无线信道上的传输。在步骤320，无线AP在切换信道时经历延迟。在大约等于切换时间元素中所包括的时间延迟的时间段之后，在步骤325，无线AP开始在第二无线信道上进行传输(例如，发送信标帧)。延迟320的准确长度基于无线AP的具体实现方式而定。

图4根据本发明的实施例描绘了用于将无线STA连接到执行非DFS信道切换的无线AP的由计算机实现的步骤400的示例性序列。

在步骤405，无线STA使用第一信道与无线AP进行无线通信。在步骤410，无线STA接收一系列信标帧，这些信标帧倒计数至AP停止在第一信道上进行广播的时间。在步骤415，无线STA在第一信道上广播探测请求(probe request)。例如，无线STA可以在丢失由无线AP发送的一个或多个信标帧之后，广播探测请求。在步骤420，无线STA从无线AP接收包括最大信道切换时间元素的探测响应帧，该最大信道切换时间元素具有切换时间字段，该切换时间字段指示AP停止在第一信道上操作与开始在第二信道上操作之间的最大预期延迟时间。在步骤425，无线AP在切换信道时经历延迟。在步骤430，在大约等于切换时间字段的值的一段时间之后，无线STA在第二信道上连接到无线AP。

当移动到新信道时，无线AP通知所有相关联的STA该AP正在移动到新信道，并且该无线AP通过使用信标帧、探测响应帧或信道切换通告帧中的信道切换通告元素进行广播信道切换，以保持与STA的关联性。此外，AP可以通过将信道切换通告元素中的信道切换模式字段设置为1，要求基本服务集(basicservice set，BSS)中的STA停止传输，直到发生信道切换。具体地，当BSS中的所有STA(包括处于省电模式的STA)都有机会在信道切换之前接收至少一个信道切换通告元素时，调度安排该信道切换。

根据一些实施例，当AP将信标帧中信道切换通告元素的信道切换计数字段设置为非零值时，AP在信标帧中包括最大信道切换时间(Max Channel Switch Time)元素。当AP在信标帧中包括最大信道切换时间元素时，AP必须在当前信道中传输最后一个信标帧之后，以不晚于最大信道切换时间元素的切换时间字段中所指示的时间，在新信道中传输第一个信标帧，除非AP确定它不能在新信道上操作。

根据一些实施例，当AP将信道切换通告元素的信道切换计数字段的值设置为零时，AP不应将最大信道切换通告元素包括到信标帧中。

根据一些实施例，当dot11ExtendedChannelSwitchActivated元素被设置为真时，AP必须通知相关联的STA该AP正在移动到新信道和/或操作类，并且通过使用任何发送的信标帧、探测响应帧和扩展信道切换通告帧中的扩展信道切换通告(Extended Channel Switch Announcement)以广播该切换，来维持与STA的关联。

此外，AP可以通过将扩展信道切换通告元素中的扩展信道切换模式字段设置为1，请求BSS中的STA停止传输直到发生信道切换。如果可能的话，信道切换可以被安排为BSS中的所有STA(包括处于省电模式的STA)都有机会在切换之前接收至少一个扩展信道切换通告元素。当扩展信道切换通告和信道切换通告元素两者都在公共行动(public action)帧中传输时，将在不同帧中发送它们。

根据一些实施例，当AP在信标帧中将扩展信道切换通告元素的信道切换计数字段设置为非零值时，在该信标帧中还包括最大信道切换时间元素。

根据一些实施例，当AP在信标帧中包括最大信道切换时间元素以及扩展信道切换通告元素时，AP在当前信道中发送最后一个信标帧之后，以不晚于最大信道切换时间元素的切换时间字段中所指示的时间，在新信道中发送第一信标帧，除非AP确定它不能在新信道上操作。

根据一些实施例，当AP将扩展信道切换通告元素的信道切换计数字段的值设置为零时，它将不把最大信道切换通告元素包括到信标帧中。

示范计算机系统

本发明的实施例涉及在使用无线AP执行信道切换时自动广播预期延迟时间的电子系统。以下讨论描述了示例性电子系统或计算机系统可以用作实现本发明的实施例的平台。

图5是用于实施本发明的实施例的示例性计算机系统的框图。在图5的示例中，示例性计算机系统512(例如，无线接入点或无线站)包括用于运行软件应用程序和可选地操作系统的中央处理单元(CPU)501。随机存取存储器(RAM)502和只读存储器(ROM)503存储供CPU 501使用的应用程序和数据。数据存储设备504为应用程序和数据提供非易失性存储，并且可以包括固定的磁盘驱动器、可移动的磁盘驱动器、闪存设备和CD-ROM、DVD-ROM或其他光学存储设备。可选的用户输入设备506和光标控制设备507包括将来自一个或多个用户的输入传送到计算机系统512的设备(例如，光标、操纵杆、照相机、触摸屏和/或麦克风)。

通信或网络接口508包括收发器，并且允许计算机系统512经由电子通信网络(包括有线和/或无线通信并且包括内部网或因特网(例如，802.11无线标准))与其他计算机系统、网络或设备进行通信。可选的显示设备510可以是能够响应于来自计算机系统512的信号而显示视觉信息的任何设备，并且可以包括例如平板触敏显示器。计算机系统512的组件(包括CPU 501、存储器502/503、数据存储器504、用户输入设备506和图形子系统505)可以经由一个或多个数据总线500相耦接。

在图5的实施例中，可选的图形子系统505可以与数据总线和计算机系统512的组件相耦接。图形系统可以包括物理图形处理单元(physical graphics processing unit，GPU)(即，图形子系统)505和图形/视频存储器。GPU 505可以包括一个或多个光栅化器(rasterizer)、变换引擎和几何引擎，并且通过执行命令生成像素数据以创建输出图像。物理GPU 505可以被配置为多个虚拟GPU，其可以由并行执行的多个应用或进程并行(例如，同时)使用，或者可以同时使用多个物理GPU。图形子系统505将显示数据输出到可选的显示设备510。显示设备510可以使用HDMI、DVI、显示端口、VGA等通信地耦接到图形子系统505。

在由一个或多个计算机或其他设备执行的计算机可执行指令(例如程序模块)的一般背景中描述了一些实施例。通常，程序模块包括执行特定任务或实现特定抽象数据类型的例程、程序、对象、组件、数据结构等。通常，在各种实施例中，可以根据需要组合或分散程序模块的功能。

因此，描述了本发明的实施例。尽管已经在特定实施例中描述了本发明，但是应该理解，本发明不应该被解释为受这些实施例的限制，而是应当根据所附权利要求来解释本发明。