用于優(yōu)化無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于優(yōu)化在第一設(shè)備和第二設(shè)備之間的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接的方法，尤其在所述設(shè)備中的至少一個(gè)包括可配置的天線的情況下。
【背景技術(shù)】
[0002]例如根據(jù)所謂的W1-Fi技術(shù)的無(wú)線局域網(wǎng)或WLAN的大量增多造成了由于來(lái)自周圍的其它WLAN或共享物理介質(zhì)的非W1-Fi系統(tǒng)的干擾而造成的性能劣化有關(guān)問題的增多。如果所有網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都處于彼此的范圍或可達(dá)范圍內(nèi)，則這還稱作它們“看見”彼此。對(duì)于該情況存在網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，例如W1-Fi的介質(zhì)訪問協(xié)議載波偵聽多路存取-沖突避免，即CSMA-CA，其保證了介質(zhì)在不同設(shè)備之間被合適地共享。所基于的思想是，每個(gè)具有待發(fā)送的包的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備都必須等待直至介質(zhì)被清空，并且在未清空的情況下，遵循在它能發(fā)送它的包之前的特定的隨機(jī)后退時(shí)間。以該方式可以避免包之間的沖突。
[0003]在如下情況下提到隱蔽節(jié)點(diǎn)，也稱作隱蔽站點(diǎn)，即，當(dāng)在第一設(shè)備與第二設(shè)備之間的功能性無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接附近存在對(duì)于第一設(shè)備“可見”但對(duì)于第二設(shè)備不可見的第三設(shè)備。在該情況下，第三設(shè)備對(duì)于第二設(shè)備是隱蔽節(jié)點(diǎn)。
[0004]只要存在下面還要進(jìn)一步描述的隱蔽節(jié)點(diǎn)，就可能發(fā)生沖突，并且CSMA-CA機(jī)制的效率被大大降低。在人口密集的區(qū)域，該問題越來(lái)越頻繁地發(fā)生，直至在某些區(qū)域中W1-Fi變得完全不可用的程度。如今，這僅是在2.4GHz頻帶中的情況，但是預(yù)期相同情況會(huì)在未來(lái)數(shù)年內(nèi)發(fā)生在5GHz頻帶中。
[0005]常規(guī)地，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)由于RTS/CTS機(jī)制遇上隱蔽節(jié)點(diǎn)而崩潰，而這些機(jī)制伴隨有巨大的開銷。在每個(gè)單播數(shù)據(jù)幀之前，傳送節(jié)點(diǎn)在廣播模式中發(fā)送請(qǐng)求發(fā)送(Request-To-Send)包，也稱作RTS，其包括關(guān)于該包需要多長(zhǎng)時(shí)間的指示。RTS包需要通過來(lái)自接收節(jié)點(diǎn)的清空以發(fā)送(Clear-To-Send)包，也稱作CTS，來(lái)應(yīng)答。CTS包回應(yīng)(echo)該包需要多長(zhǎng)時(shí)間。監(jiān)聽到CTS或RTS包的每個(gè)W1-Fi節(jié)點(diǎn)需要遵循保持介質(zhì)空閑所需的時(shí)間。除了附加的開銷之外，RTS-CTS方法并不保護(hù)廣播幀。已知的是，在人口密集區(qū)域，人們由于來(lái)自他們的無(wú)線網(wǎng)關(guān)或接入點(diǎn)的信標(biāo)過于頻繁地與來(lái)自隱蔽W1-Fi節(jié)點(diǎn)的包沖突而反復(fù)丟失他們的無(wú)線連接。這在下面更詳細(xì)地描述。
[0006]圖1以符號(hào)平面圖示出了現(xiàn)有技術(shù)的第一無(wú)線網(wǎng)絡(luò)配置。該第一網(wǎng)絡(luò)配置包括作為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的第一接入點(diǎn)AP1101、第二接入點(diǎn)AP2105、第一站點(diǎn)STA1103和第二站點(diǎn)STA2107。圖1還示出了網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的可見范圍，S卩，該網(wǎng)絡(luò)設(shè)備在該范圍內(nèi)能夠接收來(lái)自其他網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)據(jù)。它們是第一接入點(diǎn)的可見范圍102、第二接入點(diǎn)的可見范圍106、第一站點(diǎn)的可見范圍104和第二站點(diǎn)的可見范圍108。在此在不喪失一般性的前提下假設(shè)，可見范圍不是方向相關(guān)的，因?yàn)樗鼈儽皇境鰹橐韵鄳?yīng)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備為中心的圓圈。僅為了簡(jiǎn)化示例并在不喪失一般性的前提下，將圖1中的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的可見范圍示出為具有相同的半徑。
[0007]在圖1中繪出的網(wǎng)絡(luò)配置中，第一接入點(diǎn)101被假設(shè)為無(wú)線連接109至第一站點(diǎn)103以形成第一局域網(wǎng)，而第二接入點(diǎn)105被假設(shè)為無(wú)線連接110至第二站點(diǎn)107以形成第二局域網(wǎng)。
[0008]作為一個(gè)實(shí)際的示例，第一接入點(diǎn)101可以對(duì)應(yīng)于位于公寓中間的私人網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)關(guān)。第一站點(diǎn)103可以對(duì)應(yīng)于膝上電腦，其在第一接入點(diǎn)101的可達(dá)范圍內(nèi)工作并且連接至第一接入點(diǎn)101，第一站點(diǎn)103位于該公寓的外墻附近的房間中并且鄰近該公寓外側(cè)的街道。第二接入點(diǎn)105和第二站點(diǎn)107可以對(duì)應(yīng)于位于從該公寓跨過街道處的、非常繁忙的公司網(wǎng)絡(luò)的部分。
[0009]在圖1中示出的配置中，
[0010]-第一接入點(diǎn)101看見第一站點(diǎn)103，但是看不見第二接入點(diǎn)105和第二站點(diǎn)107；
[0011]-第一站點(diǎn)103看見第一接入點(diǎn)101、第二接入點(diǎn)105和第二站點(diǎn)107；
[0012]-第二接入點(diǎn)105看見第一站點(diǎn)103和第二站點(diǎn)107，但是看不見第一接入點(diǎn)101，以及
[0013]-第二站點(diǎn)107看見第一站點(diǎn)103和第二接入點(diǎn)105，但是看不見第一接入點(diǎn)101。
[0014]在該情況下，會(huì)發(fā)生隱蔽節(jié)點(diǎn)問題的第一后果，其被如下描述:
[0015]-假設(shè)第一接入點(diǎn)101具有要發(fā)往第一站點(diǎn)103的包。如果第一站點(diǎn)103沒有在發(fā)送任何東西，則第一接入點(diǎn)101將認(rèn)為該介質(zhì)空閑并且將發(fā)送它的包。
[0016]-如果在第一接入點(diǎn)101向第一站點(diǎn)103發(fā)送它的包期間，第二站點(diǎn)107具有要發(fā)往第二接入點(diǎn)105的包，則第二站點(diǎn)107由于處于來(lái)自第一接入點(diǎn)101的包的范圍之外而將也認(rèn)為該介質(zhì)空閑，并且將向第二接入點(diǎn)105發(fā)送它的包。在該情況下，第一站點(diǎn)103的接收器由于處于第一接入點(diǎn)101和第二站點(diǎn)107兩者的范圍內(nèi)而將看見來(lái)自第一接入點(diǎn)101的包和來(lái)自第二站點(diǎn)107的包沖突。
[0017]-因此，第一站點(diǎn)103將無(wú)法解碼來(lái)自第一接入點(diǎn)101的包。此時(shí)，可以采用網(wǎng)絡(luò)的魯棒性機(jī)制，如重發(fā)、更大的后退時(shí)間、降低的調(diào)制率等等。但是作為副作用，它們都會(huì)大大降低通過該介質(zhì)的總吞吐量，并且無(wú)法保證持續(xù)性的解決方案。
[0018]如所提及的，當(dāng)隱蔽節(jié)點(diǎn)問題在傳送數(shù)據(jù)幀期間發(fā)生時(shí)，已知以特定的開銷和降低的性能為代價(jià)來(lái)使用RTS/CTS機(jī)制。然而，對(duì)于廣播管理幀和多播/廣播數(shù)據(jù)幀來(lái)說，RTS/CTS甚至是不可能的。這是隱蔽節(jié)點(diǎn)問題對(duì)于所謂的“信標(biāo)”的傳送和機(jī)制具有特定影響的原因。信標(biāo)是能夠被視為構(gòu)成W1-Fi網(wǎng)絡(luò)的“心跳”的廣播管理幀。接入點(diǎn)需要有規(guī)律地發(fā)出信標(biāo)。信標(biāo)之間的時(shí)間是可配置的，但是在W1-Fi中常使用10ms的值。如果站點(diǎn)不再能看見來(lái)自它所連接至的接入點(diǎn)的信標(biāo)，則它認(rèn)為該接入點(diǎn)已經(jīng)離開了范圍并且斷開連接。
[0019]這構(gòu)成了隱蔽節(jié)點(diǎn)問題的第二后果。作為示例，假設(shè)圖1中的第一局域網(wǎng)具有很少的活動(dòng)。于是，基本上，大多數(shù)時(shí)間第一接入點(diǎn)101僅例如每隔10ms發(fā)送信標(biāo)?，F(xiàn)在假設(shè)第二站點(diǎn)107想要通過第二接入點(diǎn)105進(jìn)行大文件的下載。因?yàn)榈谝唤尤朦c(diǎn)101在第二接入點(diǎn)105的范圍之外，所以第二接入點(diǎn)105看不見由第一接入點(diǎn)101發(fā)送的信標(biāo)，即，它看不見來(lái)自任何其它W1-Fi節(jié)點(diǎn)的任何活動(dòng)。因此，第二接入點(diǎn)105將在該下載的整個(gè)持續(xù)時(shí)間內(nèi)占用全部介質(zhì)。這意味著，在該下載期間，第一站點(diǎn)103將不再能看見來(lái)自第一接入點(diǎn)101的任何信標(biāo)，因?yàn)樗鼈儗⑷颗c來(lái)自第二接入點(diǎn)105的數(shù)據(jù)幀沖突。第一站點(diǎn)103因此將斷開。
[0020]總言之，隱蔽節(jié)點(diǎn)的效果不僅是降低在主動(dòng)使用期間的WLAN性能，而且還造成在其它相鄰網(wǎng)絡(luò)處于使用中的任何時(shí)候的持續(xù)地連接斷開循環(huán)。如果干擾的網(wǎng)絡(luò)是商務(wù)WLAN，則這基本上意味著在整個(gè)工作時(shí)間期間都預(yù)期會(huì)有連接-斷開問題。
[0021]Hoffmann等人的專利公開US 7，103, 386B2旨在于公開一種用于在無(wú)線局域網(wǎng)或WLAN中操作接入點(diǎn)的方法。該接入點(diǎn)包括用于與多個(gè)遠(yuǎn)程站點(diǎn)通信的定向天線，并且該定向天線包括多個(gè)天線模式。該方法包括通過在接入點(diǎn)與每個(gè)遠(yuǎn)程站點(diǎn)之間關(guān)聯(lián)相應(yīng)測(cè)量的、與該多個(gè)天線模式對(duì)應(yīng)的信號(hào)質(zhì)量來(lái)創(chuàng)建天線數(shù)據(jù)庫(kù)。相應(yīng)測(cè)量的信號(hào)質(zhì)量是由接入點(diǎn)基于與每個(gè)遠(yuǎn)程站點(diǎn)的通信而確定的。該方法還包括對(duì)于每個(gè)遠(yuǎn)程站點(diǎn)基于天線數(shù)據(jù)庫(kù)確定優(yōu)選的天線模式，并且選擇遠(yuǎn)程站點(diǎn)和對(duì)應(yīng)的優(yōu)選天線模式來(lái)與之通信。作為應(yīng)對(duì)隱蔽節(jié)點(diǎn)問題的一種方式，基于天線數(shù)據(jù)庫(kù)，并在與所選的遠(yuǎn)程站點(diǎn)通信之前確定是否有任何未被選擇的遠(yuǎn)程站點(diǎn)具有在這種通信實(shí)際發(fā)生時(shí)不知道的潛力。這可以在兩個(gè)互相隱蔽的站點(diǎn)被連接至同一接入點(diǎn)時(shí)發(fā)生。對(duì)于這些情況描述了全向RTS/CTS的使用。
[0022]Gossain 等人的文章 “Cross-layer direct1nal antenna MAC protocol forwireless ad hoc networks”(WIRELESS C0MMUNI CAT 10NS&M0B ILE COMPUTING I 6(2):第171-182頁(yè)；2006年3月)旨在于公開一種也稱作DAMA的定向天線介質(zhì)訪問協(xié)議，并且其增強(qiáng)版本稱作增強(qiáng)DAMA或者EDAMA，其利用定向天線提供的優(yōu)點(diǎn)。利用該方案的一對(duì)通信節(jié)點(diǎn)同時(shí)地將圓形定向的RTS和CTS僅傳送至具有鄰居的區(qū)段，因此減小了整體通信延遲并且增大吞吐量。與如在IEEE 802.11中那樣，對(duì)于所有天線波束使用單個(gè)MAC緩沖器的DAMA不同，EDAMA對(duì)于每個(gè)天線區(qū)段采用單獨(dú)的緩沖器，并且引入集成的網(wǎng)絡(luò)和MAC跨層設(shè)
i+o
[0023]可以看到，所公開的協(xié)議具有的缺點(diǎn)是不能避開隱蔽節(jié)點(diǎn)。
[0024]在檢測(cè)和避開隱蔽節(jié)點(diǎn)(也稱為隱蔽站點(diǎn))方面的改進(jìn)因此是期望的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0025]根據(jù)本發(fā)明，必須首先建立在第一網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與第二網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的通信路徑。然后，將該通信路徑用于將第一網(wǎng)絡(luò)設(shè)備看見的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備與第二網(wǎng)絡(luò)設(shè)備看見的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備相比較。這使得能夠識(shí)別隱蔽節(jié)點(diǎn)。假設(shè)在第二網(wǎng)絡(luò)設(shè)備上存在并使用可配置的天線。然后以使得第二網(wǎng)絡(luò)設(shè)備盡可能多地不再看見對(duì)于第一網(wǎng)絡(luò)設(shè)備而言隱蔽的，即不可見的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的方式修改該可配置的天線。
[0026]對(duì)應(yīng)地，本發(fā)明提出了一種配置在第一網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和具有可配置的天線的第二網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接的方法。在第一網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和第二網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間建立數(shù)據(jù)連接。從第一網(wǎng)絡(luò)設(shè)備通過該數(shù)據(jù)連接將第一設(shè)備看見列表發(fā)往第二網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。第一設(shè)備看見列表包括所有第三網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的標(biāo)識(shí)，其中第一網(wǎng)絡(luò)設(shè)備能夠利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)從這些第三網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接收數(shù)據(jù)。然后，在第二網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，測(cè)試第二網(wǎng)絡(luò)設(shè)備是否能夠利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和可配置的天線從任何額外網(wǎng)絡(luò)設(shè)備接收數(shù)據(jù)。在此將除了包含在第一設(shè)備看見列表中的之外的任何第三網(wǎng)絡(luò)設(shè)備稱作額外網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。如果存在額外網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，以使得能夠?qū)㈩~外網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)目最小化的方式修改可配置的天線。這相當(dāng)于對(duì)第二網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的可見范圍的有意的、方向相關(guān)的或者非全向的限制。
[0027]根據(jù)本發(fā)明的方法的優(yōu)點(diǎn)是，通過有意地限制第二網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的可見范圍，避開了一般的隱蔽節(jié)點(diǎn)，并避免了所描述的信標(biāo)問題。當(dāng)然，能夠?qū)崿F(xiàn)這一點(diǎn)的程度取決于所涉及的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的數(shù)目，而且還取決于由特定的可配置天線提供的配置的靈活性程度。
[0028]已知的、用于操作包括上面描述的定向天線的接入點(diǎn)的方法基于信號(hào)質(zhì)量。假設(shè)可