专利名称：选择多跳无线网络中的接入点或中继节点的方法和设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无线网络，更具体地说，涉及一种多跳(multi-hop)无 线网络中的接入点或中继节点的选择。终端装置基于无线网络内的路径尺度
(path metric)以及终端装置和接入点或中继节点之间的接入链路质量两者来 选捧接入点或中继节点。
背景技术：
在文献中已经提出了多种选择单跳无线网络中的接入点(AP)的方法。 用于AP选择的传统方法是基于接收信号强度指示(RSSI)，其中终端装置与 具有最强接收信号强度的AP相关，或连接到具有最强接收信号强度的AP。 然而，这种策略忽略了对于终端装置(诸如AP负载)而言重要的其他因素。 所述因素可能导致很差的性能。在一种现有技术中，相关/连接的终端装置的 数目被用作选择AP的尺度。然而，这种尺度没有考虑终端装置和AP之间的 接入链路质量。在另一现有技术方法中，基于与AP相关或连接到AP的用户 /终端装置的总数以及用户/终端装置的平均分组误差率的AP选择尺度被用于 选择AP。然而，在这个尺度中使用的模型没有捕捉终端装置之中的带宽竟争 和终端装置的不同链路数据率。在又一现有技术方法中，用于确定终端装置/ 用户AP相关/连接的集中式方法被用于确保对于用户/终端装置的整个网络最 大值-最小值(max-min)公平带宽分配。然而，这种方法需要知道每个终端 装置的带宽的中央控制器。
如上的所有方法祐:设计用于单跳无线网络，其中终端装置离有线骨干网 仅一跳，并且无线接入链路被认为是瓶颈。如上所有方法没有结合地考虑接 入链路质量和网络内路径的质量改变对于终端装置的通信性能的影响。
在多跳无线网络中，终端装置的通信性能(例如，公平，吞吐量)不仅 仅受到接入链路而且受到AP/中继节点(RN)和网关(GW) /基站(BS)之 间的连接的影响。因此，当考虑多跳无线网络中AP/RN选择的问题时，不能够使用用于单跳无线网络的方案。需要开发出考虑接入链路和网络内路径质
量两者的新AP选择方法。
对于如何选择多跳无线网络中的AP/RN的问题的解决，通过考虑网络内 的路径尺度和从终端装置到AP的接入链路质量两者，将会是有益的。
发明内容
本发明涉及无线网络并且具体地涉及多跳无线网络中接入点或中继节点 的选择。AP/RN 3皮互连以形成骨干网/基础设施多跳无线网络。 一个或多个 AP/RN也被连接到有线基础设施或作为GW/BS的因特网以接入因特网。然 后接入点或中继节点选择经由网关或基站到/来自因特网的数据传输路由/路 径。终端装置不参加分组中继并需要与一个AP/RN相关以获得网络接入。终 端装置基于无线网络内部的AP/RN和GW/BS之间的路径尺度以及终端装置 和接入点或中继节点之间的接入链路质量两者选择接入点或中继节点。终端 装置可以是客户节点或站或主机或移动节点(或者也通常被称作"节点，，)， 并且进一步可以是计算机、便携式电脑、PDA或经由相互作用功能与无线网 络通信的蜂窝电话。终端装置可以是固定的或移动的。
本发明是用于终端装置选择多跳无线网络中的接入点(AP)或中继节点 (RN)的方法和设备。在单跳无线网络中，诸如在热点中被发现，AP或基 站(BS)被连接到有线骨干网并且终端装置离有线骨干网仅一跳距离。在这 样的单跳结构中，无线链路通常是瓶颈。在多跳无线网络中，终端装置的通 信质量由终端装置和AP/RN之间的接入链路以及从相关AP/RN到网关(GW) /BS的无线连接两者来确定。如这里使用的，'7"代表对于相同或相近似组件 或结构的可替换名字。联合考虑通信路径上的两段，本发明描述了多跳无线 网络中的AP/RN选择方法。终端装置基于信标帧中传送的信息和探测器 (probe)响应帧以及它们自身的测量和计算来估计接入链路质量。终端装置 也从扫描处理期间的增强AP信标或探测器响应知道每个潜在AP/RN和 GW/BS之间的路径质量。结合这两个尺度，终端装置进行AP选择确定以改 善它们自己和网关之间的通信质量。本发明的AP可以是网状AP或树状AP， 其中"网状"或"树状"代表可能的拓朴。网状AP和树状AP是用于无线网 络的当前拓朴结构。本发明不限于任何特定网络拓朴。
多跳无线网络出现作为在防护、城域网接入和瞬态网络中具有应用的有前途的技术。在本发明中，基础设施多跳无线网络^皮考虑。基础设施多跳无 线网络包括中继节点和终端装置。中继节点是网络基础设施的一部分并且被 互连以形成骨干网多跳无线网络。中继节点参与路由和分组转发。中继节点
也可作为终端装置的接入点(AP)。终端装置与AP或RN相关/连接到AP或 RN以获得网络接入。终端装置(诸如PDA、便携式电脑、计算机、蜂窝电 话等)不参与分组中继。终端装置依赖于AP/RN来转发它们的分组到目的地。 一个或多个中继节点也经由 一个或多个网关连接到有线基础设施或因特网以 接入因特网。
终端装置和基础设施多跳无线网络中的网关之间的支持通信需要终端装 置与附近的AP的相关/相连接。AP/RN使用骨干网中的路由协议以及路由尺 度来确定所有可能路由中哪个路由将被用于分组中继。终端装置表现的性能 极大地依赖于终端装置和AP/RN之间的接入链路以及从相关AP/RN到网关 (GW)/BS的无线连接两者。前者确定接入链路、即无线骨干网和终端装置 之间的边缘/路径的质量，而后者确定内部骨干网基础设施的质量。
描述了 一种用于选择多跳无线网络中的接入点的方法和设备，包括计算 每个候选接入点的接入链路费用；接收每个候选接入点和网关之间的路径费 用；利用接入链路费用和路径费用估计联合接入点选择费用函数；以及基于 联合接入点选择费用函数选择候选接入点之一。该方法和设备进一步建立与 所选接入点的连接。该方法和设备响应于包含接收信号功率和其他信息的探 测器请求消息接收信标和消息以便测量和估计终端装置和接入点之间的接入 链路质量。还描述了一种用于维持与接入点的连接的方法和设备，监控接入 点的费用；监控候选接入点的费用；比较接入点的所述费用和第一预定阔值； 如果第 一比较的结果是低于第 一预定阈值，则将接入点的费用和候选接入点 的一个的费用之间的差与第二预定阈值进行比较；如果第二比较的结果是大 于第二预定阔值，则确定连接是否已经持续一预定时间段；从接入点断开连 接；以及如果确定的结果是正的，则连接到候选接入点之一。
当结合附图阅读如下的详细描述，本发明将会更好的理解。附图包括如 下简要描述的图示
图l是根据本发明原理的网络系统的示意图。图2是说明利用被动式(passive)扫描的本发明的AP选择方法的流程图。
图3是说明利用主动式(active)扫描的本发明的AP选4奪方法的流程图。 图4是说明本发明的周期性扫描方法的流程图。
图6是说明根据本发明的终端装置的详细内容的方框图。
具体实施例方式
这里，描述一种通过考虑网络内部的路径尺度和从终端装置到AP的接 入链路质量两者解决如何选择多跳无线网络中的AP/RN的问题的方案。
图1是#^居本发明原理的网络系统的示意图。网络系统包括三个组件 中继节点(RN)/接入点(AP) 105、终端装置110、和网关(GW)/基站(BS) 115。中继节点可具有多个物理无线接口或划分成多个逻辑接口的单个物理无 线接口。 一个或多个物理或逻辑无线接口是接入接口。其他接口是中继接口。 接入接口用于终端装置以与AP/RN相关/相连接，用于接入无线网络。中继 接口用于构建骨干网/基础设施多跳无线网络，用于中继节点之间的数据(分 组)转发。 一个或多个中继节点通过GW/BS的有线因特网回程接口 ^^皮连接到 有线基础设施(网络)120 。通常，RN是固定的，但它们不一定是固定的。 GW/BS也称作因特网网关。才艮据本发明原理可以存在1个以上的GW/BS。 然而，为了附图的清楚在图1中仅描绘了一个。终端装置，诸如PDA、便携 式电脑、计算机、移动电话等，没有参与分组中继或路由选择过程。终端装 置需要与AP/RN相关/连接到AP/RN以接入无线网络。终端装置发送分组(数 据)到它们与^目关/相连接的AP/RN，并从它们与之相关/相连接的AP/RN 接收分组(数据)。利用路由协议和路由尺度通过AP/RN执行到目的地的剩 余分组中继/路由/传送(此处为什么删除"从终端装置"？)。
预期基础设施多跳无线网络中的大多数业务将是去往/来自有线网络或 因特网的业务。本发明针对于改善经由GW/BS在终端装置和有线因特网之间 的通信的性能。假设多跳无线网络内的RN/AP通过发现以及路由协议或配置 来建立并维持到GW/BS的路径。
应该注意，本发明不限于单个GW/BS方案。本发明也可应用于多网关方 案。在多跳无线网络中的多个GW/BS的情况下，多跳无线网络内的RN/AP能够通过发现以及路由协议或配置来建立并维持到主GW/BS的路径。RN/AP 和外部有线网络之间的业务流过主GW/BS。当RN/AP将业务转发到外部有 线网络时，多跳无线网络内的RN/AP建立并维持到多个GW/BS的路径并使 用负载平衡也是可能的。
这里描述了被称作JSEL的基于联合AP/RN选择尺度的联合AP/RN选择 方法。联合AP/RN选择尺度考虑从终端装置到相关AP/RN的接入链路质量 和多跳无线网络内从相关AP/RN到网关的路径尺度两者。
终端装置表现的性能极大地依赖于接入链路(从终端装置到相关/相连接 的AP/RN)的质量和骨干网路径(从相关/相连接的AP/RN到GW/BS)的质 量。 一些AP/RN可提供良好的接入链路，但是骨干网路径中的差的质量导致 系统性能差。其他AP/RN可具有到GW/BS的高质量路径，但在第一跳具有 到终端装置的有损接入链路，这也导致差的系统性能。因此，为了实现良好 的端到端性能，AP选择标准将考虑这两个因素(良好的接入链路质量和到 GW/BS的高质量路径)的结合。这里定义的是联合AP选择尺度，通过该尺 度终端装置选择具有最好联合尺度值的AP。联合尺度可用公式表示为
JSEL= (1-(3)M(a)十阿(p) (1) 其中M ( a)是接入链路尺度，表示终端装置和AP/RN之间的接入链路质量， 并且M (p)反映了多跳无线网络内的AP/RN和GW/BS之间的骨干网的质 量。骨干网路径(AP/RN和GW/BS之间)也被称作中继骨干网。终端装置 选择具有最佳联合尺度的AP。 (3是设计参数(0<=P<=1 )。在(1 )中的表达 式能够被看作接入链路质量和骨干网路径质量之间的平衡。
可能在给定AP和GW/BS之间存在多个路径。通过中继骨干网中的先验 式(proactive)或反应式路由协议，基于特定路由尺度，AP发现并维持最佳 路径。M (p)代表在中继骨干网中AP/RN和GW/BS之间最佳路径的费用。 然而，终端装置不涉及路由，并且不具有对候选AP和GW/BS之间的路径质 量的认识。在本发明的AP选择方法中，AP/RN的信标被增强以携带中继骨 干网中AP和GW/BS之间的路径费用信息。
注意，本发明的AP选择方法和联合尺度信息通常足够用于多跳网络内 的任何类型的接入链路尺度和路径尺度。例如，跳数、预期传输时间、预期 传输次数、以及无线和带宽感知路由路径尺度能够被选择作为多跳无线网络 内的路径尺度。即，包括如上标识的尺度的任何尺度能够单独被使用或者以任何结合来使用。
一个或多个路径尺度的选择是可配置的网络参数。
对于接入链路质量M (a)的尺度，可能使用传统尺度，诸如接收信号 强度指示(RSSI)、相关终端装置的数目、AP/RN负载、以及终端装置的平 均分组误差率。然而，这些现有技术尺度没有全面和精确地捕获接入链路质 量的所有方面，并且可能导致差性能。因此，这里定义了三个新的接入链路 尺度。这里定义的三个新尺度更全面和精确地表示接入链路质量。这里定义 的三个接入链路尺度之一的选择是可配置的网络参数。
三个新接入链路尺度中的第一个是APETT，其被定义为AP/RN和其相 关/相连接终端装置之间的所有链路的聚集AP预期传输时间。假定C表示当 前与AP/RN相关/连接到AP/RN的终端装置的组，并且n是新的终端装置。 如果n与这个AP/RN相关/连接到这个AP/RN,则APETT是
<formula>formula see original document page 11</formula>
并且其中s代表标准测试分组(例如，标准大小的分组，诸如，1024字节， (为了简明，在尺度的计算中，s也能够被设置为l))的大小，rj代表终端装 置j和AP/RN之间的链路数据率。T。h是包括接入开销和协议开销的无线开销。 假定无线技术，T。h能够被估计。例如，对于IEEE 802.11a, T。h是185 ps。 为了简明，也可能设置T。h为0。 rj是终端装置j和AP/RN之间的链路数据率， 以该数据率AP/RN和终端装置j将基于当前接入链路状况交换发送标准测试 分组。rj的估计依赖于速率自适应的本地实现。Ej是当以当前链路数据率(rj) 发送标准测试分组时终端装置j和AP/RN之间的接入链路上的分组丢失率。
三个新接入链路尺度的第二个，争用感知预期传输时间(CAETT),被 定义为对于终端装置发送数据分组到相关AP同时争夺与这个AP相关的其他 终端装置的传输的预期传输时间。
假定C代表当前与AP/RN相关/连接到AP/RN的终端装置的组，并且n 是新的终端装置。如果终端装置n与这个AP相关/连接到这个AP,本发明的 CAETT能够用公式表示如下<formula>formula see original document page 12</formula>
其中En是n和AP/RN之间链路上的分组丢失率，并且s代表标准测试 分组(例如，标准大小的分组，诸如1024字节，(为了简明，在尺度的计算 中s也可设置为l))的大小，rj是终端装置j和AP/RN之间的链路数据率。 注意CAETTn涉及新的终端装置本身，并且获得与AP/RN相关/连接到AP/RN 的终端装置在它们中争用带宽和信道接入的效果。这意味着终端装置能够实 现的吞吐量不仅依赖于它自身的链路数据率，而且依赖于其他终端装置的链 路数据率。直观地，如果其他终端装置在之前的信道争用期间已经成功地获 得信道，则终端装置不得不等待直到其他终端装置完成它们的传输。其他终 端装置传送越快，这个终端装置等待发送的等待时间越短。低链路数据率终 端装置将降低其他装置的吞吐量。假定m个终端装置与AP/RN相关/连接到 AP/RN,包括新的终端装置。由于媒体接入控制协议层中的争用，与AP/RN 相关/连接到AP/RN的每个终端装置j ( J'eCu")将获得相同的传输机会。 如果终端装置和AP/RN之间的所有接入链路是无错误的，每个终端装置j是 数据分组的传送器并且所有分组具有相同长度/大小，那么总的网络吞吐量的
s丄 z丄
上限是弗c""O'。因此，每个节点的吞吐量的上限是yecu"。'。此外，cAETTn 考虑接入链路上的分组丢失率。有损耗或者有干扰接入链路引起大量重发并 降低了吞吐量。(4)中的^项是用以成功地将分组传送到接收器的重发平 均数。因此，(4)表示终端装置发送分组的期望传输时间，该传输时间是通 过考虑信道接入争用、链路数据率和分组丟失而获得的。
三个新的接入链路尺度中的第三个是无线和AP负载感知(RALA )尺度。 新的终端装置n的RALA被定义为终端装置n的AP负载调节期望传输时间。 这个尺度结合信道可用带宽感知和负载平衡。与AP/RN相关/连接到AP/RN 的终端装置共享接入信道带宽。RALA能够用公式表示如下<formula>formula see original document page 12</formula>
其中p代表没有新终端装置n的当前信道利用，并且pn代表新终端装置的信 道利用。由于Pn不依赖于终端装置n与哪个AP/RN相关/相连接，为了简明， 当计算RALA尺度时，对于新终端装置的pn能够^皮设置为0 。在可替换实施例中，公式(5)的第二项能够被考虑加权分组误差率。例 如，如果Er<E0,则to (Er) =1;如果Eo必E薩,则①(Er) =1/ ( 1 —Er); 如果E〉En^，则co(Er)-oo。具有小于E。的分组误差率的链路被平均地加权。
具有Eo和Emax之间的分组误差率的链路不断地利用分组误差率被力。权。因为 非常差的链路质量，在AP选择中，未考虑具有大于Emax的分组误差率的链
路。类似地，等式(5)中的第三项能够被考虑作为加权信道利用。例如，如 果p<p0，则co ( p) =1;如果po5p^pm股，则co (p) =1/ (1 — p — pn);如果p>pmax，
则(O(p)-oo。在前述中，具有小于p。的信道利用的链路被平均地加权。具
有在P。和Pmax之间的信道利用的链路被给予随着它们的信道利用增加的加 权。在AP选择中，为了避免网络中产生热点，未考虑具有大于Pmax的利用 的链路。
为了计算RALA,终端装置需要知道对于它的接入链路的AP/RN信道利 用/负载。由于隐藏节点，终端装置不能精确地测量AP/RN信道利用。AP/RN 信道利用不得不由AP/RN估计。在每个时间段Tp期间，AP/RN测量信道 占用时间量，Tbusy。 AP/RN信道利用能够被估计为；，。AP信标被增强以携
带AP/RN信道利用信息。
注意，在终端装置与AP/RN相关/连接到AP/RN之后，由它的AP/RN测 量的信道利用包括这个终端装置的负载。^f旦是由其他AP/RN测量的信道利用 没有包括这个终端装置的负载。当终端装置将其他AP的RALA和当前与之 相关/连接到的AP/RN的RALA进行比较时，企图确定是否切换到另一 AP/RN，终端装置将考虑这个因素。当终端装置计算用于未与之相关/连接到 的AP/RN的RALA尺度时，它将其自身的业务负载添加到AP业务负载感知 尺度。
为了计算APETT、 CAETT和RALA尺度，终端装置必须知道AP/RN和 终端装置(它自己)之间的链路的数据率和分组丢失率。在现有技术中，探 测分组已经被用于测量分组丢失率和链路数据率。即，节点发送探测分组以 测量分组丟失率和链路数据率。然而，当新的终端装置期望选择AP/RN时， 利用探测分组来测量AP/RN和新的终端装置之间的接入链路的分组丢失率是 非常困难的，因为这种测量技术需要特定数目的采样以获得精确的结果。这 需要冗长的测量间隔。当终端装置选择相关粉连接到的AP/RN (或者在它的 初始化时间段期间或者在由于它的当前AP/RN的接入链路质量恶化而到新AP/RN的切换时间段期间)时，终端装置希望快速地做出决定。此外，利用 信标来测量分组丟失率也是困难的，因为信标通常以固定的低数据率广播， 该固定的低数据率比其他速率更容忍比特误差，并且可能不同于实际数据传 输率。因此，为了减少AP/RN选择的扫描时间，获得分组丢失率的测量和估 计的混合方法被用在本发明中。特别地，信标的接收信号强度或探测器响应 消息用于估计分组丟失率和期望的数据传输率。
假定无线技术和物理层模式，能够根据信道信噪比(SNR) y估计分组丢 失率。对于IEEE 802.lib,具有物理层(PHY)模式m，其中对于1、 2、 5.5 和llMbps数据率，m分别-l、 2、 3和4,分组丢失率能够通过如下公式进 行计算
其中s是分组大小。if—^。(^,力和尸;:^分别是数据帧/分组和应答(ACK)帧/分 组的误差概率。ACK帧总是以最低速率被发送，并且其大小远短于数据帧。 因此，ACK帧的误差概率与数据帧的误差概率相比非常低，因此成功的传输 概率近似为
<formula>formula see original document page 14</formula>
数据帧的误差概率由如下给出<formula>formula see original document page 14</formula>其中《(24,"是总是以PHY模式1发送的首标的误差概率，并且if(28 + s,r)是 包括MAC开销的媒体接入控制(MAC )层有效载荷的误差概率。此外if(s," 按照比特误差率if ("表达如下<formula>formula see original document page 14</formula>
对于每个PHY模式m，能够导出比特误差率/T("。
对于具有物理层(PHY)模式m的正EE 802.11a,分组丟失率E的上限
<formula>formula see original document page 14</formula>
其中s是分组大小，并且dfree是PHY模式m中选择的巻积码的空隙；ad是距 离d误差的总数，Rc是对于模式m的巻积码率，并且Pd是由维特比解码器在 距离d从正确路径选择不正确路径的概率。当应用硬判决解码时，由如下给 出Pd如果d是奇数
，(!L:^)^'—如果d是偶数
其中Pb是IEEE 802.11a PHY模式m中选择的调制方案的比特误差概率，其 依赖于信道SNR y。
在本发明的混合测量和估计方法中，AP信标或探测器响应消息#:增强以 携带传输功率。终端装置n从信标和/或探测器响应估计接收的信道SNR。然 后终端装置选择PHY模式m或最小化ETTn的数据率。
她(￡7T )=飾{^7T (m, J, W lm } (12)
这个Min( ETTn )用于计算具有在增强的信标中携带的信息的APETT或RALA 尺度的值。
在可替换实施例中，终端装置选择PHY模式m或者最小化CAETTn的 链路数据率。
/W"(C4^)-^(^^ J] 二l丄 (13) 卜￡" Je ,力.
此外，在本发明中，公开了 AP选择协议。本发明的分布式AP选择协议 允许终端装置确定、更新和改变相关联/连接的AP/RN。通常，终端装置在它 的初始引导过程期间通过扫描发现在它的邻域内的AP/RN。扫描可以是主动 式的或者被动式的。在被动式扫描中，终端装置记录来自所有信标、它在每
个信道上接收的信息。在主动式扫描中，终端装置发送#:测器请求消息并且
听到探测器请求的AP/RN以探测器响应消息对扫描终端装置进行响应。
AP/RN利用先验式、按需、或混合路由协议来建立和维持到GW/BS的 路由/路径，并且获悉在多跳无线网络内部它自身和GW/BS之间的路由/路径 费用。在可替换方案中，AP/RN可以经由配置机构建立并维持到GW/BS的 ;洛由/路径。
参考图2，说明利用主动式扫描的AP选择方法。终端装置听每个信道上 来自AP/RN的增强信标，并记录接收信号功率和它接收的所有信标中的信息。 为了向终端装置提供用于确定AP选择的附加信息，信标被增强以包含AP/RN 和GW/BS之间的路径费用、发送功率、AP/RN负载、当前与AP/RN
相关/连接到AP/RN的终端装置的ETT的和、当前与AP/RN相关/连接到AP/RN的终端装置的吞吐量界限*C0'.、和其他信息。这些参数由 AP/RN测量并估计并且对于终端装置计算联合AP/RN选择尺度来说是必需 的。终端装置也测量并估计它自身和每个AP/RN (从该AP/RN它接收信标) 之间的接入链路质量，包括分组丢失率和链路数据率。在扫描结束时，终端 装置已经获得有关它邻域内的AP/RN的信息。然后终端装置计算每个潜在 AP/RN的接入链路费用。接着终端装置根据(1)估计联合AP选择费用函数 JSEL，其捕获在多跳无线网络中从AP/RN到GW/BS的接入链路质量和路径 质量。它选择具有最佳联合AP选择费用的AP/RN之一 ，并建立与所选AP/RN 的相关/到所选AP/RN的连接。
特别地，在205,对于第一信道初始化计数器或索引。在210，终端装置 听它在信道上接收的信标，并记录接收信号功率和在该信道上接收的、在增 强的信标中包含的其他信息。增强的信标包含AP/RN和因特网GW/BS之间 的路径费用、发送功率、AP/RN负载、当前与AP/RN相关/连接到AP/RN
的终端装置的ETT的和、当前与AP/RN相关/连接到AP/RN的客户
机的吞吐量界限'声c。'、和其他信息。这些参数由AP/RN测量并估计并 且对于终端装置计算联合选择尺度来说是必需的。在215，终端装置测量并 估计它自身和信道上每个AP/RN (从该AP/RN它接收信标)之间的接入链路 费用/质量，包括分组丟失率和链路数据率。在220执行测试以确定是否有更 多信道要扫描。如果没有更多信道要扫描，则终端装置已经获得有关它邻域 内的AP/RN的信息。然后在225，终端装置计算每个潜在AP/RN的接入链路 费用。接着在230,终端装置根据(1)估计联合AP选择费用函数JSEL,其 捕获在多跳无线网络中从AP/RN到GW/BS的接入链路质量和路径质量。然 后终端装置在235选择具有最佳联合AP选择费用的AP/RN之一，并在240 建立与所选AP/RN的相关/到所选AP/RN的连接。如果存在更多信道要扫描， 那么计数器/索引被调整并且终端装置进行到210。本领域技术人员将知道根 据设计者的偏好可以将计数器/索引递增或递减。为了这里的目的，选择递增。 参考图3，说明利用主动式扫描的AP选择方法。终端装置在每个信道上 发送探测器请求消息，并等待来自邻域中AP/RN的增强探测器响应消息。终端装置记录接收信号功率和它接收的所有探测器响应的信息。为了向终端装
置提供用于确定AP选择的附加信息，来自每个AP/RN的探测器响应消息被 增强以包含AP/RN和因特网GW/BS之间的路径费用、发送功率、AP/RN负
载、当前与AP/RN相关/连接到AP/RN的终端装置的ETT的和 、当
前与AP/RN相关/连接到AP/RN的终端装置的吞吐量界限^c。、和其他信 息。这些参数由AP/RN测量并估计并且对于终端装置计算联合AP/RN选择 尺度来说是必需的。终端装置也测量并估计它自身和每个AP/RN(从该AP/RN 它接收每个探测器响应消息)之间的接入链路质量，包括分组丟失率和链路 数据率。在扫描结束时，终端装置已经获得有关它邻域内的AP/RN的信息。 然后终端装置计算每个潜在AP/RN的接入链路尺度。接着终端装置根据(1 ) 估计联合AP选择费用函数JSEL,其捕获在多跳无线网络中从AP/RN到 GW/BS的接入链路质量和路径质量。然后，终端装置选择具有最佳联合AP 选择费用的AP/RN，并建立与所选AP的相关/到所选AP的连接。
在305，对于第一信道初始化计数器或索引。终端装置在310在信道上 发送探测器请求消息并在315等待信道上来自邻域内的AP/RN的增强探测器 响应消息。同样在315，终端装置记录接收信号功率和它在该信道上接收的、 所有探测器响应的信息。为了向终端装置提供用于确定AP选择的附加信息， 来自每个AP/RN的探测器响应消息被增强以包含AP/RN和因特网GW/BS之 间的路径费用、发送功率、AP/RN负载、当前与AP/RN相关/连接到AP/RN
的终端装置的ETT的和、当前与AP/RN相关/连接到AP/RN的终端
装置的吞吐量界限 m: 、和其他信息。这些参数由AP/RN测量并估计并 且对于终端装置计算联合选择尺度来说是必需的。然后在320，终端装置也 测量并估计它自身和信道上每个AP/RN(从该AP/RN它接收每个探测器响应 消息)之间的接入链路费用/质量，包括分组丟失率和链路凄t据率。在325执 行测试以确定是否有更多信道要扫描。如果没有更多信道要扫描，则终端装 置已经获得有关它邻域内的AP/RN的信息。然后在330,终端装置计算每个 潜在AP/RN的接入链路尺度。接着在335，终端装置根据(1)估计联合AP 选择费用函数JSEL,其捕获在多跳无线网络中从AP/RN到GW/BS的接入链路质量和路径质量。然后终端装置在340选择具有最佳联合AP选择费用的 AP/RN,并在345建立与所选AP的相关/到所选AP的连接。如果存在更多 信道要扫描，那么计数器/索引被调整并且终端装置进行到310。本领域技术 人员将知道根据设计者的偏好可以将计数器/索引递增或递减。为了这里的目 的，选4奪递增。
参考图4,为了解决AP/RN和GW/BS之间的接入链i 各和路径的状况的 频繁改变，在与所选AP相关/连接到所选AP之后，终端装置监控它的当前 AP/RN的联合AP/RN选择费用，并且还通过周期性地后台扫描监控其他 AP/RN的联合AP/RN选择费用。如果当前AP/RN的联合AP/RN选择费用高 于阈值Tl,或者另一 AP/RN的联合AP/RN选择费用优于/低于终端装置当前 与之相关/连接到的AP/RN的费用至少阈值T2，并且终端装置已经与当前 AP/RN相关/连接到当前AP/RN长于时间段Tm,则终端装置启动与新的 AP/RN的相关/到新的AP/RN的连接(在从当前AP/RN断开/与当前AP/RN 分离之后)。阈值Tl和T2以及后台扫描间隔被用于防止选择的AP/RN的扰 乱(churning)。在与新的AP相关/连接到新的AP之后，终端装置使用新的 AP/RN至少最小时间Tm。特殊情况将Tm设置为O。以上提供AP/RN选择稳 定性同时还实现了对于改变链路质量状况和业务负载的快速响应。其他处理 链路质量和业务负载的频繁改变的方法包括使用量化尺度。
特别地，终端装置在405监控它的当前AP/RN的联合AP/RN选择费用， 并且在410还通过周期性地后台扫描监控其他AP/RN的联合AP/RN选择费 用。在415执行测试以确定当前AP/RN的费用是否高于阈值Tl。如果当前 AP/RN的联合AP/RN选择费用不高于阈值Tl,则在420执行另一测试以确 定另一 AP/RN的联合AP/RN选择费用是否优于/低于终端装置当前与之相关/ 连接到的AP/RN的联合AP/RN选择费用至少阈值T2。如果另一 AP/RN的联 合AP/RN选择费用优于/低于当前AP/RN的联合AP/RN选择费用至少阈值 T2,则在425执行另一测试以确定终端装置是否已经与当前AP/RN相关/连 接到当前AP/RN长于时间段Tm。如果连接已经持续至少Tm,则在430终端 装置启动与新的AP/RN的相关/到新的AP/RN的连接(在终端装置从当前 AP/RN断开/与当前AP/RN分离之后)。阈值T1和T2以及后台扫描间隔被用 于防止选择的AP/RN的扰乱。在与新的AP相关/连接到新的AP之后，终端 装置使用新的AP/RN至少最小时间Tm。如果终端装置没有与AP/RN相关/连接到AP/RN长于Tm,则终端装置进行到405。如果另一 AP/RN的联合 AP/RN选择费用没有优于当前AP/RN的联合AP/RN选择费用至少阈值T2， 则终端装置进行到405。如果当前AP/RN相关/连接的联合AP/RN选择费用 高于阈值T1，则终端装置进行到在425执行的测试。Tl、 T2和Tm是配置参 数。例如，如上所指示的，特殊情况将Tm设置为O。
图5是说明本发明的AP/RN的详细内容的示例性实施例的方框图。 AP/RN包括，除了其他组件外，路由选择模块505、 AP费用估计模块510、 消息处理模块515、以及一个或多个无线通信接口模块520。 AP费用估计模 块测量并估计AP/RN负载、当前与AP/RN相关/连接到AP/RN的终端装置的
ETT的和J'eC 、当前与AP/RN相关/连接到AP/RN的终端装置的吞吐量
界限声c、'。消息处理模块发送增强信标消息。它还处理探测器请求消息并 通过无线通信接口以探测器响应消息回复。AP估计结果以增强信标或^:测器 响应消息形式被通信到终端装置。路由选择模块建立并维持GW/BS和它自身 之间的路径。它确定通过其转发(数据)分组的路由和无线接口。它还具有 关于GW/BS和它自身之间的路径尺度的信息。它将路径尺度信息发送到消息 处理模块，并且路径尺度也被包括在增强信标或探测器响应消息中。
图6是说明根据本发明的终端装置的详细内容的方框图。终端装置包括， 除了其他组件外，消息处理模块605、链路质量估计模块610、 AP选择模块 615、时钟计时器620和无线通信接口模块625。消息处理模块处理经由无线
接口接收的增强信标。它还经由无线接口发送^:测器请求消息并处理接收的
探测器响应消息。链路质量估计模块测量并估计AP/RN和终端装置之间的接 入链路质量，包括分组丢失率和链路数据率。AP选择模块计算邻域内每个 AP/RN的联合AP选择尺度，并确定终端装置与哪个AP/RN相关/连接到哪个 AP/RN。时钟计时器用于确保每个连接保持/持续时间段Tm。
模拟结果表明在多跳无线网络中AP/RN选择期间，通过提供较高的吞 吐量和较低的端到端延迟，联合考虑终端装置和AP/RN之间的接入链路质量 以及AP/RN到GW/BS的路径质量极大地改善了通信质量。
应该理解，本发明能够以硬件、软件、专用处理器、或它们的结合的各 种形式来实现。优选地，本发明被实现为硬件和软件的结合。此外，软件优选地;故实现为有形地体现在程序存储设备上的应用程序。应用程序可以#皮上 载到包含任何适当体系结构的机器，和由包含任何适当体系结构的机器执行。
优选地，机器被实施在具有诸如一个或多个中央处理单元(CPU)、随机存取 存储器(RAM)、和输入/输出(I/O)接口的硬件的计算机平台上。计算机平 台还包括操作系统和微指令代码。这里描述的各种处理和功能可以是微指令 代码的部分或应用程序的部分(或者它们的结合)，经由操作系统执行。此外， 各种其他外围设备可以被连接到诸如附加数据存储设备和打印设备的计算机 平台。
应该被进一步理解，因为在附图中描述的一些组成系统组件和方法步骤 优选地以软件形式实现，根据本发明被编程的方式，系统组件(或处理步骤) 之间的实际连接可能不同。已知这里的教导，本领域技术人员将能够预料本 发明的这些和类似的实现或配置。
权利要求
1.一种选择无线网络中接入点的方法，所述方法包括响应于所述接收信号功率和信息计算每个候选接入点的接入链路费用；接收每个所述候选接入点和网关之间的路径费用；利用所述接入链路费用和所述路径费用估计费用函数；和基于所述费用函数选择所述候选接入点之一。
2. 如权利要求l所述的方法，还包括建立与所选择接入点的连接。
3. 如权利要求2所述的方法，还包括 初始化信道索引；听由所述信道索引编排索引的信道上的信标； 记录接收信号功率和所述信标中包含的信息；以及 测量和估计终端装置和由所述信道索引编排索引的所述信道上的接入点 之间的所述接入链路费用。
4. 如权利要求3所述的方法，还包括 确定是否存在更多待扫描的信道；以及如果存在更多待扫描的信道，则调整所述信道索引为下一信道。
5. 如权利要求3所述的方法，其中所述接收信号功率用于估计分组丟失 率和期望的数据传输率。
6. 如权利要求3所述的方法，其中所述信标中包含的所述信息包括路 径费用尺度、传输功率的指示、接入点负载、当前连接到所述候选接入点的 所有终端装置的期望传输时间的总和、当前连接到所述候选接入点的所有所述终端装置的吞吐量界限，其中上述信息是由所述候选接入点测量和估计的 一个。
7. 如权利要求l所述的方法，其中所述费用函数是所述接入链路费用以 及所述候选接入点和网关之间的所述路径费用之和，其中所述路径费用是骨 干网路径性能尺度。
8. 如权利要求l所述的方法，其中所述无线网络是网状网络和基于树状 的网全各之一。
9. 如权利要求2所述的方法，还包括 初始化信道索引；发送由所述信道索引编排索引的信道上的探测器请求消息； 接收探测器请求响应消息；记录接收信号功率和所述探测器请求响应消息中包含的信息；以及 测量和估计终端装置和由所述信道索引编排索引的所述信道上的接入点 之间的所述接入链路费用。
10. 如权利要求9所述的方法，还包括 确定是否存在更多待扫描的信道；以及如果存在更多待扫描的信道，则调整所述信道索引到下一信道。
11. 如权利要求9所述的方法，其中所述接收信号功率被用于估计分组 丢失率和期望的数据传输率。
12. 如权利要求9所述的方法，其中所述探测器请求响应消息中包含的 所述信息包括路径费用尺度、传输功率的指示、接入点负载、当前连接到 所述候选接入点的所有终端装置的期望传输时间的总和、当前连接到所述候 选接入点的所有所述终端装置的吞吐量界限，其中上述信息是由所述候选接 入点测量和估计的 一个。
13. —种选择无线网络中接入点的设备，包括用于响应于所述接收信号功率和信息计算每个候选接入点的接入链路费 用的装置；用于接收每个所述候选接入点和网关之间的路径费用的装置；用于利用所述接入链路费用和所述路径费用估计费用函数的装置；和用于基于所述费用函数选择所述候选接入点之一的装置。
14. 如权利要求13所述的设备，还包括用于建立与所述选择接入点的连 接的装置。
15. 如权利要求14所述的设备，还包括 用于初始化信道索引的装置；用于听由所述信道索引编排索引的信道上的信标的装置； 用于记录接收信号功率和所述信标中包含的信息的装置；以及 用于测量和估计终端装置和由所述信道索引编排索引的所述信道上的接 入点之间的所述接入链路费用的装置。
16. 如权利要求15所述的设备，还包括 用于确定是否存在更多待扫描的信道的装置；以及如果存在更多待扫描的信道，则调整所述信道索引为下一信道的装置。
17. 如权利要求15所述的设备，其中所述接收信号功率用于估计分组丢 失率和期望的数据传输率。
18. 如权利要求15所述的设备，其中所述信标中包含的所述信息包括 路径费用尺度、传输功率的指示、接入点负载、当前连接到所述候选接入点 的所有终端装置的期望传输时间的总和、当前连接到所述候选接入点的所有 所述终端装置的吞吐量界限，其中上述信息是由所述候选接入点测量和估计 的一个。
19. 如权利要求13所述的设备，其中所述费用函数是所述接入链路费用 以及所述候选接入点和网关之间的所述路径费用之和，其中所述路径费用是 骨干网路径性能尺度。
20. 如权利要求14所述的设备，还包括 用于初始化信道索引的装置；用于发送由所述信道索引编排索引的信道上的探测器请求消息的装置； 用于接收探测器请求响应消息的装置；用于记录接收信号功率和所述探测器请求响应消息中包含的信息的装 置；以及用于测量和估计终端装置和由所述信道索引编排索引的所述信道上的接 入点之间的所述接入链路费用的装置。
21. 如权利要求20所述的设备，还包括 用于确定是否存在更多待扫描的信道的装置；以及 如果存在更多待扫描的信道，则调整所述信道索引到下一信道的装置。
22. 如权利要求20所述的设备，其中所述接收信号功率被用于估计分组 丟失率和期望的数据传输率。
23. 如权利要求20所述的设备，其中所述探测器请求响应消息中包含的 所述信息包括路径费用尺度、传输功率的指示、接入点负载、当前连接到 所述候选接入点的所有终端装置的期望传输时间的总和、当前连接到所述候 选接入点的所有所述终端装置的吞吐量界限，其中上述信息是由所述候选接 入点测量和估计的 一个。
24. —种用于维持与接入点的连接的方法，所述方法包括 监控所述接入点的费用；监控候选接入点的费用；比较所述接入点的所述费用和第 一预定阈值；如果所述第一比较的结果是低于所述第一预定阔值，则比较所述接入点 的所述费用和所述候选接入点的 一个的费用之间的差与第二预定阔值；如果所述第二比较的结果是大于所述第二预定阈值，则确定所述连接是 否持续一预定时间段；从所述接入点断开连接；以及如果所述确定的结果是正的，则连接到所述候选接入点的所述一个。
25. —种用于维持与接入点的连接的设备，包括用于监控所述接入点的费用的装置；用于监控候选接入点的费用的装置；用于比较所述接入点的所述费用和第 一预定阔值的装置；如果所述第一比较的结果是低于所述第一预定阈值，则比较所述接入点 的所述费用和所述候选接入点的一个的费用之间的差与第二预定阈值的装 置；如果所述第二比较的结果是大于所述第二预定阈值，则确定所述连接是 否持续一预定时间段的装置；和如果所述确定的结果是正的，则连接到所述候选接入点的所述一个的装置。
全文摘要
描述了一种选择无线网络中接入点的方法和设备，包括计算每个候选接入点的接入链路费用；接收每个所述候选接入点和网关之间的路径费用；利用所述接入链路费用和所述路径费用估计费用函数；基于所述费用函数选择所述候选接入点之一；以及建立与所选择的接入点的连接。该方法和设备响应于包含接收信号功率和其他信息的探测器请求接收信标和消息以测量和估计终端装置和接入点之间的接入链路费用。还描述了一种用于维持与接入点的连接的方法和设备。
文档编号H04W40/24GK101617549SQ200780051945
公开日2009年12月30日 申请日期2007年3月1日 优先权日2007年3月1日
发明者航 刘, 吴明全, 李德凯, 琳 罗 申请人:汤姆森特许公司