中继器带宽、无线配置及模数转换器时钟速率的调整的制作方法

本发明涉及用于通信网络中的中继器。具体地说，本发明涉及中继器带宽、无线配置及模拟数字转换器(adc)时钟速率的调整。

背景技术：

中继器在与主接入点(accesspoint，ap)的通信中通常使用最大带宽。如果中继器距离接近并且干扰不高，使用最大带宽是最好的选择。然而，在许多情况下，更高的带宽降低了性能，因为每当带宽增加一倍就会造成3db噪声损失。因此，当带宽增加，中继器会受到更大的干扰。

技术实现要素：

由于体积和散热问题，中继器趋向于比接入点设备具有更小的覆盖范围，因此，降低带宽对中继器更有帮助。更大的带宽会导致更多的延迟变异，这将不利于实时流量和低功耗设备。本发明的实施例提供了一种检测多个参数并决定应该选择何种带宽、无线电配置和模拟数字转换器(adc)的时钟速率的机制。

附图说明

图1是示出了根据本发明的调整中继器带宽的技术的流程图；

图2是示出了根据本发明的基于带宽调整吞吐量的技术的流程图；

图3是示出了用于根据本发明的基于互联网速度调节吞吐量的技术的流程图；

图4是示出了用于根据本发明的基于重叠接入点调节映射的技术的流程图；

图5是示出了用于根据本发明的根据客户端的范围调整带宽的技术的流程图；

图6是示出了根据本发明的用于调节adc时钟速率的技术的流程图；

图7是示出了用于本发明的基于关联的客户端调节发射(tx)无线设置的技术的流程图；

图8是示出了根据本发明的基于关联的客户端调节接收(rx)无线设置的技术的流程图；

图9是示出了根据本发明的基于客户端类型的考量调整带宽的技术的流程图；

图10是示出根据本发明的基于客户端或回程调节cpu设置的技术的流程图；

图11是示出了根据本发明的网络的方框示意图；以及

图12是示出了包含用于执行本文记载的一个或多个方法的一组指令的计算机系统的形式展示的机器的示意框图。

具体实施方式

由于尺寸和散热问题，中继器趋向于比接入点设备具有更小的覆盖范围，因此，降低带宽对中继器更有帮助。更大的带宽会导致更多的延迟变异，这将不利于实时传输和低功耗设备。本发明的实施例提供了一种检测多个参数并决定应该选择何种带宽、无线电配置和模拟数字转换器(adc)的时钟速率的机制。

图1是示出了根据本发明的调整中继器带宽的技术的流程图。检测中继器的多个参数(100)，并且基于最佳吞吐量调节带宽(102)；基于互联网的速度调整带宽(104)；基于重叠的接入点调整映射(106)；基于客户端的范围调整带宽(108)；调整adc时钟速率(110)；基于关联的客户端调整发射(tx)无线设置(112)；基于关联的客户端调整接收(rx)无线设置(114)；客户端类型的考量(116)；和基于客户端或回程调整cpu设置(118)中的任何一个优化中继器带宽。

例如，在本发明的实施例中，对于802.11ac/11ax/11ac设备，带宽可以从80mhz调节至40mhz到20mhz或一个更小的带宽，例如5mhz。对于802.11n/a/b/g/ah设备，带宽可以从40mhz至20mhz调整到一个更小的带宽，例如1mhz，2mhz或5mhz。

基于最佳吞吐量调整带宽

本发明的实施例调整带宽以将一个与中继器相关联的客户端和一个家庭接入点(ap)之间的吞吐量(tput)最大化。请参阅图11，图11是示出了包括与一个无线客户端15直接通信并通过一个中继器12与其他无线客户端14通信的接入点10的网络的方框示意图。在本发明的这个实施例中，接入点经由路由器16与互联网18通信，不过其他的网络布置也在本发明的范围之内。

本发明的实施例在160mhz、80+80mhz、80mhz、40mhz和20mhz的带宽下测试吞吐量，以确定在哪个带宽下达到最佳吞吐量。参见图2，图2是示出了根据本发明的基于带宽调整吞吐量的技术的流程图。本领域技术人员能够理解的是，图2所示的步骤和步骤的顺序可以变化，并且这些变化包含在本发明的范围内。例如，如图2所示，所述中继器连接的接入点的信噪比(signal-to-noiseratio，简称snr)，可用于衡量至所述接入点的链路对于特定的带宽是否足够好。如果信噪比低于预定阈值时，可以考虑更高的带宽(200)。例如，可以存在对应于80+80mhz的信噪比，对应于80mhz的信噪比和对应于40mhz的信噪比等等。

此外，可以监控所使用频率的噪声和干扰电平，以了解可以选择何种宽度的频道而不会具有频道内或频带内干扰(202)。

此外，在一些情况下，可以随时间监测与无线关联的客户端的信噪比，并且如果信噪比不满足更高带宽系统的阈值，带宽可以被调整到较低的数字(204)。因为更小的带宽可以导致在较广的范围，实施例将带宽的周期性变化提供给更小的值，以检测是否存在能够与更小的带宽关联的新的客户端(206)。

本发明的实施方案中检测中继器以识别何种带宽提供最佳信噪比和信噪干扰比(signal-to-noise-and-interferenceratio，sinr)(208)。在这些实施方案中，可以利用信标或其他帧监测中继器连接的接入点的接收信号强度指示(receivedsignalstrengthindication，rssi)，频道上的噪声可以在空闲时测量，并且信噪比可以使用该信息来计算。

测量信噪比的另一方法是通过在数据包接收期间使用数据包前导的预定义字段或导频信号。实施例中，可以使用802.11芯片组的基带处理部分上的物理层计算来进行该测量。带宽被调整以限制时延和时延抖动以支持实时流量，而不是提供最大吞吐量。

例如：

·如果接入点的距离使得中继器只能维持调制和编码策略0(mcs0)80mhz的速率，二进制相移键控(bpsk)速率1/2单个流，给中继器，例如32mbps，正交相移键控(qpsk)可工作在40mhz以在单流中的1/2或3/4编码率来执行以达到60mbps或90mbps。

·在40mhz和80mhz可能存在较大干扰，可能会导致无线电饱和，信噪比下降，从而导致重发或者更多时延，等等。

·还可能存在具有宽频道的介质访问的问题。当有介质访问的问题时，且发射器可能需要等待完整频道变得可用，相对于较窄的频道这种情况在较宽的频道中更为严重。接收器可能会寻找一个更窄的带宽，并且可以找到一个经常处于清洁状态的清洁的频道。因为频道更多的时候处于清洁的状态，发射器有更多的机会发射，其可以造成较少的延迟、抖动等等。

基于互联网传输速度调整带宽

图3是示出了根据本发明的基于互联网速度调节吞吐量的技术的流程图。互联网速度是一个在确定最佳的带宽时非常有用的参数。如果该家庭接入点是第三方设备，则中继器不能从家庭接入点获取互联网访问速度，但中继器可以检测自身到主干网的速度，并将互联网速度作为参数(300)。在这种情况下，应该有一台在互联网中的服务器，接入点和中继器之间的速度可以测得(302)，并且带宽可以进行相应的调整(304)。

例如：

一种方法是下载一个已知大小的文件并测量下载的时间，其中速度是文件大小/时间。

有标准的方法测量互联网速度(参见c.dovrolis，p.ramanathan，d.moore；packetdispersiontechniquesandcapacityestimation(infocom2001)数据包弥散技术和容量估计)。

路径速率法可被采用，包括以下步骤：

第一阶段：初步测量和测试；

第二阶段：数据包对探测；

第三阶段：渐进弥散速率(adr)。

路径负载法是另一种方法。路径负载法是用于估计从主机发送器(s)到主机接收器(r)之间的端到端路径的可用带宽的工具。可用带宽是从s到r的路径中业务可以获得的最大ip层吞吐量，同时不降低路径中其余传输的速率。

由于中继器的无线限制和无线芯片总线的限制，从中继器测得的速度可能不是很准确。如果接入点是专用设备，中继器可以询问接入点互联网速度。如果互联网速度对用户是已知的，则用户可以使用gui或应用程序输入该速度。从而，用户可以使用移动设备、pc或其他计算设备的gui或应用输入互联网速度。该设置可以是通过wifi或蓝牙传输到该设备。客户端可以关联到家庭接入点，它可以与来自家庭接入点的中继器通话或者客户端可以直接连接到中继器。如果互联网速度不高并且环境相对嘈杂，则选择一个更小的带宽可能是合理的。

噪声的值是根据特定带宽所需的信噪比以实现期望的吞吐量计算的。所需的信噪比取决于中继器上使用的接收器技术。中继器信噪比的要求可以被编程到中继器中。

中继器所连接的接入点所需的信噪比依赖于接入点接收机。中继器可以随时间变化学习噪声水平，在该噪声水平下接入点可以接受一定的带宽，并在其中足够好地工作。

基于重叠接入点调整映射

图4是示出基于重叠接入点调节映射的技术的流程图。本发明的实施例可以检测重叠的接入点和它们的频道并将干扰作为一个参数考虑用于选择最佳带宽(400)。典型相关分析(canonicalcorrelationanalysis，cca)统计以及前导错误检测等被检验，以确保不存在很多干扰导致冲突和低效率的mac(402)。无线接收器的芯片组收集介质可用性的信息(404)。mac层使用该信息来确定何时可以发送该数据包(406)。层2(mac层)通常收集该信息并把的它放入到统计表中。cca统计是无线电的每个子频道的可用时间的占比。例如，对于80mhz频道，它是每个20mhz的子频道可用时间的百分比。接收器可以使用这些统计。

请求-发送/清除-发送(rts/cts)动态带宽信令也被检测以确定要使用哪个带宽，并且相应地适应该带宽(408)。实施例还检测低功率设备，以确定低功率设备的信标延迟和数据包冲突是否最小化(410)。

基于客户端范围调整带宽

图5是示出了基于客户端范围调节带宽的技术的流程图。中继器设备可以基于与其关联的客户端的距离或信号强度调整带宽(500)。一旦中继器设定并且客户端与其关联，则中继器可以发现获得客户端的设定支持的最低期望的吞吐量的带宽(502)。例如，如果有客户端关联到中继器，并且大的中继器带宽导致与期望相比更少的吞吐量，更多延时或数据包重发，则中继器可以降低该带宽(504)。在另一方面，如果关联到中继器的所有客户端距离较近，则中继器可以使用更大的带宽以及针对近距离客户端优化的其它接收器的设置(506)。使用导致更长距离的更小带宽，或使用针对更长距离优化的接收器的设置，中继器还可以周期性地尝试看是否可以侦测到探测请求、关联请求或认证请求(508)。如果有任何新的客户端从较远的距离关联到中继器，则中继器可以重新评估用于新客户端的带宽和接收器设置。

调整adc时钟速率

图6示出了用于调节adc时钟速率的技术的流程图。当带宽降低时，本发明的实施例调整adc时钟速率以避免适用时adc时钟噪声(600)。在这些实施方式中，通信芯片上或主处理器上运行的控制通信芯片的软件，可以将命令发送到adc模块并改变设置(602)。这可以通过写入adc的寄存器来完成，也可以通过将命令发送到控制adc的基带处理器，或者可以通过其它方式来完成。

该adc优选在量化噪声最小化的最准确的模式下运行。例如，adc设置可以修改为最适合在相比更高的频率而言的较低频率的最佳量化误差(604)。adc通常可以通过对较低带宽信号进行过采样并进行抽取来提高其分辨率。例如参见，avr121：通过过采样增强adc分辨率，atmel8位avr微控制器，应用备注，atmel公司(2005)；通过过采样和数据后期处理改善adc效果，actel公司(2007年1月)。

在一些其他场景中，通过降低adc时钟速率，功率消耗和工作温度得以降低。实施例调整adc时钟速率以避免谐波和串扰以及带外发射，以便通过最高功率水平下的规定要求。用于中继器的wifi方案的设计者可以改变adc频率并观察无线输入，以查看是否有adc时钟的改变导致的任何谐波。如果adc时钟产生噪声或谐波，中继器装置可以在可能的情况下选择导致较少谐波或问题的时钟频率(606)。当信号的带宽较小时，时钟频率的选择更加重要。

基于关联的客户端调整tx无线设置

图7是示出了基于关联的客户端调整发射(tx)无线设置的技术的流程图。中继器可以基于它所服务的客户端调整发送设置(700)。如果客户端在附近并且支持高阶调制，中继器可以使用针对近距离客户端而不是远距离客户端优化的发射器设置(702)。例如，接收器可以降低发送增益，以获得更高的线性放大。如果发射器为某种调制使用功率，例如20dbm为256qam，它可以降低发射功率到15dbm或10dbm以进一步改善误差矢量幅度(evm)并增加吞吐量。

基于关联的客户端调整其他rx无线设置

图8是示出了基于关联客户端调节接收(rx)无线电设定的技术的流程图。无线电接收器设置可以基于关联的客户端针对距离的远近进行优化(800)。如果所有客户端都在附近，接收器可使用为近距离客户端产生最佳噪声系数(nf)的设置(802)。如果它只处理从近距离发送的数据包，它也可以改变包处理阈值(804)。如果有客户距离较远，接收器选择最适合长距离的设置，即更高的增益和/或改变包阈值，使得它可以接收来自远处的客户端的数据包(806)。如果接收器只处理近处的客户端，它可以定期更改其覆盖范围设置以便检测是否有任何需要服务的新的客户端(808)。

客户端类型的考量

图9是示出了用于基于客户机类型的考量调整带宽的技术的流程图。在一定的范围内和一定的干扰场景下，一些客户端在带宽处于40mhz和20mhz时的性能较80mhz的更好。具有较差的接收器或发射器的客户端可以在较低带宽下表现得更好。原因是在较低的带宽下接收器和发射器具有更小的噪声。中继器可以基于发送给客户端的数据包和接收到的acks(确认符)以及来自特定客户端的数据包识别客户端具有差发射器或接收器(900)。

此外，有一些低功耗的客户端，如果它们在较低带宽接收可以有更高的电池寿命，因为它们可能在这样的情况下消耗较少的功率。这种低功耗的客户端可能只接收或发送小的数据包，因此并不需要更高带宽下的更高的数据传输速率。与中继器关联的客户端的性能可以作为选择带宽时考量的参数(902)。低功耗的客户端需要按时侦测信标，信标时序可以作为低功耗的客户端考量的参数。例如，客户端可以在关联阶段向中继器或接入点表明其功率要求。这可以通过使用在一个规范中已经定义的字段来实现，或使用客户端用于向中继器或接入点表明其功率敏感度的问题请求、关联请求、认证请求中的供应商定义的信息单元。

客户端的业务类型，例如语音、视频、背景和其他，可以作为考虑带宽时的参数(904)。低带宽实时业务，如网络电话，使用较小的带宽时可能会表现得更好，因为延迟抖动较小。总体而言，音频客户端需要更少的数据传输速率和更低时延和时延抖动。音频电话的数据速率可以在千比特每秒级别，而wifi可以高达千兆比特每秒级别。然而，音频客户端可能无法等待大带宽变为可用因为数据包的实时性非常关键。中继器或接入点可以通过检测第2层或第4层的优先级了解客户端业务类型。它也可以通过做深度包检测(dpi)并进一步对业务类型进行细分，如skype通话，facetime，vonage服务，等等。

调整功率放大器的电源电压

在本发明的实施例中，中继器可以基于它服务的客户端的需求、与接入点的链接，或其他参数调整发射功率放大器的电源电压。例如，可以使用5v，3.3v或其他电源电压。

在一些实施例中，如果能够降低发射功率，中继器可以降低所述电源电压以节省电力或通过产生的较少热量为其余部分电路提供更好的散热条件。降低功耗可以通过检测接入点的rssi和中继器正在沟通的客户端并基于rssi来估计距离。如果链接另一端关闭，可以降低电压。

如果需要额外的发射功率，可以使用较高的电源电压。

调整发射或接收链的数量

在一个多输入多输出(multipleinputmultipleoutput，简称mimo)无线系统中使用了一个以上的发送或接收链。mimo用于提高数据传输速率，提高链路的可靠性，以及整体覆盖范围。但使用更多的发射链可能会增加功耗。接收链消耗较少的功率，但是多个接收链也会导致功耗的增加。

中继器设备体积小，为设计带来散热方面的困难。当rf电路的温度升高时，其性能下降。另外也存在不必要的电力消耗，这是一个问题。

在本发明的实施例中，中继器可以具有基于吞吐量要求、客户端和接入点的距离、环境或电路温度中的任一项使用要求数量的发射或接收链的算法。发射链的数量可以依客户端不同而变化，或可以在与接入点通信时变化。使用的链的数量可以基于rssi、近期发送的数据包的数量、获得的确认符来决定。

数据量或到链路的另一侧的tx或rx占空比可以作为作用于决定发射和接收链接数目的参数。如果要发送的数据很少，链路的另一侧不需要用于传输和/或接收的多个链，则可以使用较少数量的链来发送或接收。

如果在远处有需要处理的客户端，那么可以使用更多的发射和接收链。如果有一个应用需要高吞吐量，可以使用更多的链以便最大化吞吐量和链路可靠性。然而，如果温度超过一个预定的阈值，可以降低链的数目以便帮助冷却中继器。

基于客户端或回程调整cpu设置

图10是示出基于客户端或回程调节cpu设置的技术的流程图(1000)。可以根据cpu需要支持的数据速率类型、时延要求和电力消耗要求来改变cpu时钟、使用cpu核心的数量、用于处理数据包的核心数量、cpu与wifi芯片组的关联性以及其它参数。如果中继器的所有客户端都在远处或以低数据速率发送，那么没有必要维持最高的cpu时钟。降低cpu时钟可以帮助降低功耗，有助于使cpu更稳定，并且可以避免cpu崩溃(1002)。

使用多核心cpu可以帮助提高系统性能。如果没有必要使用多个核心，关闭它不使用的cpu核心对中继器设备是有益的。降低核心数量有益于降低运行于多核心的软件的同步及锁定问题(1004)。它可以帮助减少对内存和其他资源的竞争状态，如i/o。较低数量的核芯可以导致更少的资源阻塞、无限循环和系统挂起，以及降低功耗。

计算机实施例

图12是计算机系统的框图，其可以用于实施本发明的一些实施例的某些特征。电脑系统可以是服务器计算机、客户端计算机、个人计算机(pc)、用户设备、平板电脑、膝上型计算机、个人数字助理(pda)、蜂窝电话、iphone、ipad、黑莓、处理器、电话、网络设备、网络路由器、交换机或网桥、控制台、手持设备控制台、(手持)游戏设备、音乐播放器、任何便携式、移动的、手持设备、可穿戴设备或能够顺序或以其他方式执行指定将被机器采取的操作的一组指令的任何机器。

计算系统1200可包括一个或多个中央处理单元(“处理器”)1202，存储器1204，输入/输出设备1208，例如键盘和指点设备、触摸屏设备、显示设备、存储设备例如磁盘驱动器，以及网络适配器例如网络接口，所有这些都经由互连1206连接。

在图12中，互连被示为代表任何一种或多种的独立的物理总线、点对点连接，或通过适当的连接桥梁、适配器或控制器连接的二者的抽象。因此，互连可以包括例如系统总线，pci(peripheralcomponentinterconnect，周边设备互联)总线或pci-express总线，超传输或行业标准架构(isa)总线，小型计算机系统接口(scsi)总线，通用串行总线(usb)，集成电路(i²c)总线或电气和电子工程师协会(ieee)标准1394总线，也称为火线。

内存和存储设备1204是计算机可读存储介质，可以存储实现本发明的实施例的至少部分的指令。另外，数据结构和消息结构可以经由数据传输介质存储和传输，例如在通信链路上的信号。可以使用各种通信链路，例如，互联网、局域网、广域网或点对点拨号连接。因此，计算机可读介质可以包括计算机可读存储介质，例如非瞬态介质和计算机可读传输介质。

存储在存储器1204中的指令可以被实现为编程一个或多个处理器以执行上述动作的软件和/或固件。在本发明的某些实施例中，这些的软件或固件可以通过从远程系统经过计算系统(例如网络适配器)下载从而初始配置到处理系统1200。

在此介绍的本发明的各种实施例可以通过例如软件和/或固件编程的可编程电路，例如一个或多个微处理器，专用硬连线，即非可编程电路，或这些形式的组合。专用的硬连线电路可以通过下列形式实现，例如，一个或多个asic、pld、fpga等等。

尽管在此参考优选实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将容易理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，其它应用可以替代本文所阐述的那些。因此，本发明仅由下述权利要求限定。