通过同时调整通信参数在不同的协议层上无线网络的性能优化的制作方法
【专利说明】通过同时调整通信参数在不同的协议层上无线网络的性能优化
[0001]相关申请的交叉参考
[0002]本发明要求受益于在35U.S.C§ 120下由Murty等在2004年5月4日提交的，序列号为10/839,054的，标题为“提供无线网络的自适应的传输参数的方法和装置”的共同未决的美国申请的优先权。
【背景技术】
[0003]无线网络变得越来越流行，并且广泛地配置于许多环境。例如，可看到在家庭、办公室、大学和其它的公共场所越来越多地使用无线局域网(WLAN)。尽管近来的使用剧烈猛增，当前WLAN的性能仍然远远没有达到最佳，因此用户的经历可能由于无线网络的环境中短时期的时间内可能发生的重大变化而变化。工业标准，如由电气和电子工程师学会(IEEE)管理的各种802.1lx技术，仍然还没有充分地实现有效的无线网络管理。当前的WLAN使用分布式协调功能(DCF)以访问无线信道。DCF使用带有冲突避免的载波侦听多路访问(CSMA/CA)技术，如果接收机成功地接收分组，接收机使用该技术发送确认(ACK)，否则发射机重发该分组。
[0004]因此，DCF的性能严重地依赖信道负载和为接入点(AP)和它的相关无线信道竞争的用户数目。当AP和它的相关无线信道超载时，通常每个用户的吞吐量减少，这意味着所有的用户，而不仅仅连接的最后几个，性能较低。至目前为止，无线环境中改进性能优化的大多数研宄集中于在媒体访问控制(MAC)层中每次仅调整一个参数。但是，由于诸如干扰、微弱信号强度分组冲突和其它有害问题的因素的组合能困扰无线环境，需要同时监视各种网络环境参数和调整多个网络配置参数来改进无线性能。
【附图说明】
[0005]根据下面参考附图对发明的描述，本发明的实施例的方面、特征和优点将变得明显，在附图中相同的数字表示相同的元件，并且其中:
[0006]图1是根据本发明的一个示例实施例的无线网络的框图；
[0007]图2是示出根据本发明的一个实施例的示例自适应结构的功能框图；
[0008]图3是示出根据本发明的一个实施例的修改多个通信配置参数方法的流程图；和
[0009]图4是适合执行本发明的一个或多个方法的无线设备的示例实施例的功能框图。
【具体实施方式】
[0010]虽然下面的详细描述可描述涉及WLAN的空中接口和结构的本发明的示例实施例，但发明不限于此，并且还能应用于能获益的其它类型的无线网络或空中接口。这种空中接口明确包括，但不限于，那些与无线广域网(WWAN)、无线城域网(WMAN)(如通常称为无线最大(WiMAX)空中接口的无线宽带解决方案)、无线个人区域网(WPAN)等等相关的空中接
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[0011]尽管本发明不限于此方面，下面本发明的实施例可用于包括无线系统的发射机和接收机的多种应用中。明确包括于本发明的范围内的无线系统包括，但不限于，网络接口卡(NIC)、网络适配器、移动站、基站、AP、路由器、网关、桥接器、中继器和网络集线器。此外，本发明的范围内的无线系统可以包括蜂窝无线电话系统、卫星系统、个人通信系统(PCS)、双向无线电系统、双向寻呼机、个人计算机(PC)和相关的外围设备、个人数字助理(PDA)、个人计算附件和实质上可能涉及并且本发明的原理可以适用的所有的现存的和将来出现的系统。
[0012]参考图1，这里描述的本发明的实施例可用在无线网络100中，该无线网络100包括一个或多个移动站110-116和一个或多个网络接入站120。在一个实施例中，移动站110-116和网络站120使用WLAN协议彼此通信，该协议遵守一个或多个用于WLAN的IEEE802.1lx标准(例如，802.11a，b，g或η)，尽管本发明的实施例不限于此方面。
[0013]任一个移动站110-116和/或网络接入站120 (在WLAN实施例中分别称为STA和AP)可包括自适应MAC结构，该MAC结构允许STA和/或AP分析无线环境的特征，并且使得该站智能地适应动态环境。在某些实施例中，由于MAC层的功能和它的位置，自适应MAC结构可以用于容易地同时或连续提供对不同的协议层和/或通信配置参数的调整，以便优化无线网络100的性能。如这里所使用，“基本在同一时间”、“连续地”、“同时地”和/或“基本上同时地”调整多于一个通信配置参数意味着对于来自无线网络设备的下一个传输来说，两个或多个通信配置参数从他们以前的状态改变。对于不同协议层的通信配置参数调整可能涉及调整各种开放系统互连(OSI)参考模型框架中的参数以便在系统之间通信，但是发明的实施例不限于这方面。举例说明，可以对物理层、数据链路层、网络层、传输层、会话层、表示层、和/或应用层进行参数调整，也可对于由各种标准指定的层和/或子层的组合(例如MAC层是用于数据链接层底半部的IEEE规范)进行调整，但是发明的实施例不限于这方面。
[0014]如这里使用的，通信配置参数意味着任何值或可影响无线通信的通信的值，并且可被动态地改变以助于优化无线网络性能。下面讨论在涉及WLAN的各种发明实施例中可以调整的参数的具体例子，但是发明的实施例不限于这方面。
[0015]对于物理(PHY)层来说，可以调整自适应调制和/或自适应传输功率来改进物理链路的性能。例如，自适应调制可包括改变调制技术或方案(例如，二进制移相键控(BPSK)，补码键控(CCK)，正交频分复用(OFDM)，等等)来改进性能。例如，在具有用于多输入多输出(MIMO)通信的多个天线的结构中，参数调整可包括修改射束形成算法来改进性能。可根据来自AP的STA的位置或干扰来修改传输功率。可在一个或多个自动传输功率控制(ATPC)算法中进行这种修改。
[0016]对于MAC层，可对接入点选择进行调整以避免过载的ΑΡ，可调整自适应碎片大小、自适应数据率、自适应请求发送(request-to-send RTS)清除发送(clear-to send CTS)阈值、自适应冲突避免、自适应功率管理、动态信道分配和频谱再用，来改进数据链接层的性能。在序列号为10/839,054的美国申请中更详细地讨论了示例的碎片大小和数据率自适应，本申请要求受益于它的优先权。
[0017]可根据网络环境调整RTS/CTS阈值，RTS/CTS阈值基于数据分组大小指定RTS/CTS的使用。自适应冲突避免可涉及修改载体检测算法来忽略在网络环境中发送能量的非802.11设备。自适应功率管理可涉及调整由特定MAC结构使用的功率节约技术，以便延长移动设备的电池寿命。动态信道分配可涉及改变信道(例如，从缺省信道6改变)到新的信道来避免干扰或减少信道超载。例如，对频谱再用的调整可以涉及WLAN设备的动态频率分配，以重复由周围但非邻近的网络实体使用的频率。
[0018]对于常规的传输和网络层，如传输控制协议(TCP)层、用户数据报协议(UDP)层和/或互联网协议(IP)层，可调整端对端控制和拥塞控制来改进网络性能。由于他们使用技术克服网络中的拥塞问题，常规的传输协议在有线网络中运行很好。在无线网络的情况下，分组丢失主要因为传输错误和移交。TCP将这解释为拥塞，并且应用如“慢启动”的常规拥塞控制方案来克服这些导致形势变坏并且减少全部吞吐量的问题。利用关于物理层和环境的信息，传输和网络层能作出更智能的决定，例如，当检测到大量分组冲突时，无线网络可提供减慢(或“回退(back off)”)向MAC层发送的分组的机制。
[0019]对于应用层，可以进行调整来影响移动知觉多媒体应用的应用。这样的一个例子是在移动系统的电池功率保持中进行自适应改变以便平衡应用质量和电池寿命的移动知觉应用。作为例子，可调整虚拟个人网(VPN)应用来解决由无线环境引起的中断或干扰。
[0020]虽然每一个前述示例通信配置参数的个别调整可能是已知或非已知的，先前尚未建议或实现基于网络环境特征对这些参数中的两个或多个同时或连续地进行协同且动态的调整以优化网络性能。对这些类型参数的协同动态调整算法这里称为“智能”(smarts)或“自适应智能”(adaptive smarts)。
[0021]转到图2，示出协调两个或多个通信配置参数的调整的示例结构200的框图，该结构一般可包括无线资源(rad1 resource)测量部分205、无线资源监视部分210和自适应智能225。自适应智能225可与各种协议层接口 232-238协同工作来调整相应的通信配置参数。
[0022]无线资源测量部分205可用于从PHY和MAC层232、234中收集无线资源测量数据和/或无线网络信息，并且可在内部的或外部的存储器206中存储这些数据或信息。在某些实施例中，无线资源测量部分205也可从/与其它的网络设备收集和/或交换数据和信息。可用执行这些功能的任何硬件组件或组件的组合和/或软件/固件实现无线资源测量部分。
[0023]无线资源监视器210可用于监视来自测量部分205的测量数据和/或信息，并且基于一个或多个智能触发器启动自适应智能225。智能触发器是一组阈值，当满足该阈值时，可激活一个或多个自适应智能205，以便根据网络环境的特征调整通信配置参数的组合。无线资源监视器210可以是执行这些功能的任何硬件组件或组件的组合和/或软件/固件。在实际实现中，如果需要，监视器210也可与测量部分205和/或自适应智能225组入口 ο
[0024]自适应智能225可包括对应于各协议层232-238的多种算法(例如，PHY智能、MAC智能、TCP/UDP智能、IP智能、应用智能，等等，和/或它们的组合)。当由监视器210触发时，每个智能225可选择和/或调整一组(例如，2个或更多)通信配置参数以优化无线设备的整体性能。自适应智能可实现为适合执行这些功能的任何硬件组件或组件的组合和/或软件/固件。
[0025]因此，移动站、网络接入站、网络接口卡、网