CN101729162B - 用于通信网络中的无线电测量的方法、系统和通信节点 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于通信网络中的无线电测量的方法、系统和通信节点。一种通信网络包括由核心网络控制器控制的多个基础服务集，用于该通信网络中的无线电测量的方法包括：核心网络控制器向工作在某一服务信道上的通信节点发出测量请求；通信节点根据测量请求切换到非服务信道；通信节点在非服务信道中广播测量信标并且在广播之后立即返回服务信道；非服务信道中的节点接收到测量信标；以及根据测量信标计算从通信节点到非服务信道中的节点的接收信号强度指示符。

Description

用于通信网络中的无线电测量的方法、系统和通信节点

技术领域

本发明一般地涉及通信网络，更具体而言，涉及用于通信网络中的无线电测量的方法、系统和通信节点。

背景技术

当前，随着通信需求的日益增长，无线局域网(WLAN)已得到了越来越广泛的应用。一般来说，WLAN是基于IEEE802.11体系结构的。图1示出了传统的IEEE802.11WLAN的系统体系结构。

如图1所示，WLAN100包括多个基础服务集(BSS)，每个BSS由一个接入点(AP)和与该接入点相关联的一个或多个无线终端设备构成，无线终端设备可以是移动通信设备、个人计算机、个人数字助理(PDA)等等。每个BSS作为整体(包括AP和与该AP关联的无线终端设备)工作在一个信道上，例如，BSS1工作在信道1上，BSS2工作在信道6上，等等。相邻的BSS工作在彼此频率不同的不同信道上。整个WLAN100由一个核心网络控制器(CNC)控制。

在WLAN中，存在着无线电强度测量的需求。无线电强度测量是指一个BSS中的节点(可能是AP，也可能是无线终端设备)测量从其他BSS中的节点(可能是AP，也可能是无线终端设备)到它自身的无线电波的强度。无线电强度测量对于WLAN的优化来说是非常有用的，例如可用在信道分配、负载平衡和移动性管理等方面。无线电强度测量需求的触发可能是来自于核心网络控制器的定期指示，也可能由于例如当需要对网络进行重配置、由于节点的移动而导致的越区切换(handover)等时由核心网络控制器指示。

如上所述，不同的BSS工作在不同信道上。因此，为了使一个节点(下文中称为“测量节点”)能够测量来自相邻信道的其他节点(下文中称为“被测节点”)的无线电波的强度，需要进行以下操作。首先，测量节点需要离开它自身正工作在其上的信道(下文中称为“服务信道”)，并切换到需要对其中的节点进行测量的某一个相邻信道(下文中称为“非服务信道”)上，在切换到非服务信道期间，测量节点无法在其自身的服务信道上工作，因此也不能提供相应的分组交换服务，这段时间被称为“服务信道离开时间”。

在该非服务信道上，测量节点进行监听，等待来自该信道中的其他节点发送的信号。在一一收到该信号之后，测量节点计算得到从其他节点到其自身的接收信号强度指示符(RSSI)，并随后返回它自身的服务信道，这时，该测量节点对该非服务信道中的节点的测量结束。

如果测量节点还需要对其他相邻的非服务信道中的节点进行测量，即，需要从这些节点到它自身的RSSI信息，则测量节点随后切换到这些非服务信道上，并按照与上述相同的序列来进行操作。

注意，在一个BSS中，在一个时隙中只有一个帧被发送。这是由802.11的CSMA／CA(载波监听多点接入／冲突避免)机制规定的以避免冲突。图2示出了从网络角度看有M个测量节点和N个被测节点的情形，为了描述的方便，假定这N个被测节点都在同一信道内。如图2所示，这M个测量节点中的每一个都需要离开它自身的服务信道并切换到N个被测节点所在的非服务信道内，并且开始监听过程。如上所述，由于在该信道内的一个时隙中只有一个帧被发送，因此如果假设一个帧的捕获费时t1(这里可以认为是一个时隙的长度)，则在理想情况下，捕获来自N个被测节点的N个帧所需时间为N*t1，这里已经假设在N个帧的捕获之间没有延迟，因此在实际情况下所需时间应当大于N*t1。

也就是说，对于一个测量节点来说，在理想情况下需要N*t1的时间来捕获到来自所有N个被测节点的帧，即，该测量节点的服务信道离开时间为N*t1，那么对于M个测量节点来说，完成这一测量所需的总离开时间就是M*N*t1。

图3示出了从节点角度看的上述情形，这里示出了一个测量节点测量同一信道内的两个被测节点的情形。显然，本领域技术人员可以很容易推导出M个测量节点测量N个被测节点的情形。

图4示出了上述测量过程的流程图400。出于简单目的，图4只示出了一个测量节点的工作流程。如果存在多个测量节点，则只需要重复该流程即可。

如图4所示，在步骤401中，测量节点接收到测量请求。如上所述，测量请求可以由于网络重配置等的需求而来自上层的核心网络控制器，也可以是核心网络控制器定期发送的，该请求的作用是使测量节点从正常通信状态(“服务状态”)切换到测量状态。在步骤402中，根据测量请求，测量节点切换到需要测量的非服务信道，具体而言，测量节点将其工作频率从服务信道的频率切换到非服务信道的频率上，例如从2.412GHz切换到2.462GHz。在步骤403中，测量节点接收来自非服务信道上的一个被测节点的帧。在步骤404中，测量节点根据接收到的帧计算从被测节点到其自身的RSSI，该RSSI值可以用作从被测节点到测量节点的无线电强度的指示。在步骤405中，判断是否需要测量非服务信道上的其他节点，也就是说，判断步骤401中接收到的测量请求是否请求测量多个被测节点。如果判断结果为“是”，则测量节点返回步骤403并继续测量，如果“否”，则测量节点在步骤406中切换回其服务信道，无线电强度测量过程结束。

发明内容

如上所述，在测量期间，测量节点离开了其自身的服务信道，因此在此期间测量节点不能像在通信状态下那样交换分组(即不能提供服务)。因此，测量节点离开服务信道的时间越长，网络的性能下降就越严重。

因此，需要一种能够缩短节点的服务信道离开时间的系统和方法。

根据本发明的一方面，提供了一种用于通信网络中的无线电测量的方法，该通信网络包括由核心网络控制器控制的多个基础服务集，该方法包括：核心网络控制器向工作在某一服务信道上的通信节点发出测量请求；通信节点根据测量请求切换到非服务信道；通信节点在非服务信道中广播测量信标(measurement beacon)并且在广播之后立即返回服务信道；非服务信道中的节点接收到测量信标；以及根据测量信标计算从通信节点到非服务信道中的节点的接收信号强度指示符。

根据本发明的另一方面，提供了一种通信网络中的通信节点，该通信网络包括由核心网络控制器控制的多个基础服务集，通信节点包括无线电测量模块，该无线电测量模块包括：测量请求接收单元，用于接收来自核心网络控制器的测量请求；以及信道切换及测量信标发送单元，用于当接收到测量请求后，根据测量请求切换到非服务信道，并在非服务信道中广播测量信标并在广播后立即切换回服务信道。

根据本发明的另一方面，提供了一种通信系统，包括工作在不同信道上的测量通信节点和被测通信节点及对所述测量通信节点和被测通信节点进行控制的核心网络控制器，其中，核心网络控制器包含测量发起单元，用于向测量通信节点发送测量请求；测量通信节点包含：测量请求接收单元，用于接收来自测量发起单元的测量请求；信道切换及测量信标发送单元，用于当接收到测量请求后，根据测量请求切换到非服务信道，并在非服务信道中广播测量信标并在广播后立即切换回服务信道；被测通信节点包含测量单元，用于在接收到测量信标后计算从测量通信节点到被测通信节点的接收信号强度指示符。

根据本发明的另一方面，提供了一种信道分配控制装置，包括：测量发起单元，用于向测量通信节点发送测量请求；测量结果接收单元，用于接收作为对测量请求的响应，从被测通信节点发送来的测量结果；以及信道分配单元，用于根据测量结果分配信道。

附图说明

图1示出了传统的WLAN100；

图2示出了从网络角度看有M个测量节点和N个被测节点的情形；

图3示出了从节点角度看有一个测量节点和两个被测节点的情形；

图4示出了传统非服务信道无线电测量的流程；

图5A示出了根据本发明的通信网络中的无线电测量的流程；

图5B示出了用在根据本发明的无线电测量中的测量信标的内容；

图6示出了根据本发明第一实施例的非服务信道无线电测量方法的流程；

图7示出了根据第一实施例从节点角度看两个测量节点测量两个被测节点的情形；

图8示出了从网络角度看图6的情形；

图9示出了根据本发明第二实施例的非服务信道无线电测量方法的流程；

图10示出了根据第二实施例从节点角度看两个测量节点测量两个被测节点的情形；

图11示出了从网络角度看图9的情形；

图12示出了根据本发明的无线电测量模块；

图13示出了根据本发明的完整通信系统的结构示意图；以及

图14示出了在用在信道分配的情况下核心网络控制器实现为信道分配控制装置的情形。

具体实施方式

下面将参考附图详细描述本发明的实施例。

如上所述，在传统技术中，在M个测量节点测量N个被测节点的情况下，总共花费的时间是M*N*t。可以看出，造成时间过长的原因是：一个测量节点要在非服务信道中等待N*t的时间，来一一接收所有被测节点发出的帧，因为在同一信道的同一时隙内只有一个帧被发送。

图5A示出了根据本发明的通信网络中的无线电测量的流程500。图5A的流程既可以实现在测量节点中，也可以实现在被测节点中。如图5A所示，在步骤501中，(测量节点或被测节点)接收测量请求。在步骤502中，(测量节点或被测节点)切换到非服务信道。在步骤503中，(测量节点或被测节点)在非服务信道中广播测量信标并在步骤504中立即返回服务信道。在步骤505中，非服务信道上的节点接收到测量信标。在步骤506中，接收到测量信标的每个节点根据接收到的测量信标计算从发送节点到其自身的RSSI。

图5B示出了用在图5A所示的根据本发明的无线电测量中的示例性测量信标的内容。信标的目的地MAC地址是FF：FF：FF：FF：FF：FF，以使得非服务信道中的所有节点都能接收到信标。在测量信标中，附加了新的字段“主信道”，其指示节点的工作信道(即服务信道)。因此，DS参数字段中的长度值从1变为2。

图5A的流程可以实现在测量节点和被测节点中。下面分别对这两种情形进行描述。图6示出了根据本发明第一实施例的在测量节点中实现的非服务信道无线电测量方法的流程图600。

如图6所示，在步骤601中，测量节点接收到测量请求，测量请求是来自核心网络控制器的进行测量的指示。在步骤602中，根据测量请求，测量节点切换到需要测量的非服务信道，具体而言，测量节点将其工作频率从服务信道的频率切换到非服务信道的频率上，例如从2.412GHz切换到2.462GHz。在步骤603中，测量节点在非服务信道主动广播一个测量信标，并在步骤604中立即切换回其服务信道。在步骤605中，工作在非服务信道上的所有节点几乎同时接收到该测量信标(由于各节点到测量节点的距离不同，接收时间可能会有一些微小差异，在本发明的讨论中，忽略这些微小的差异)。如果节点不是在测量请求中指定的被测节点，则该节点不对接收到的测量信标作任何处理，而是直接丢弃。反之，如果节点是需要测量的被测节点，则节点在步骤606中根据接收到的测量信标计算从测量节点到其自身的RSSI值，并将其近似用作其自身到测量节点的RSSI值，并在步骤607中报告给已返回服务信道的测量节点(很显然，之所以需要报告步骤是因为此时只是被测节点得到从测量节点到其自身的RSSI，但是根据测量请求发起测量动作的测量节点还不知道)。然后，测量节点将得到的RSSI值报告给上层的核心网络控制器(这一步骤未在图中示出)，核心网络控制器根据该信息来对后续和其他节点的测量动作进行安排。

注意，测量信标是从测量节点发送给各个被测节点的，因此根据该测量信标计算得到的也是从测量节点到各个被测节点的RSSI，但是由于该值近似等于相反方向上从被测节点到测量节点的RSSI(后者是需要测量的值)，因此可被用作从被测节点到测量节点的RSSI。

从图6中可以看出，在本发明的实施例中，测量节点离开服务信道的时间仅仅是其切换到相邻的非服务信道并广播测量信标的时间。切换时间可以忽略不计(在传统技术中该时间也没有考虑在内)，假设广播测量信标的时间为t2，则对于一个测量节点来说，无论处于同一信道内的被测节点的数目有多少(即，无论N具体多大)，测量节点的服务信道离开时间也只有t2，显然，该时间与被测节点数目无关。假定在理想情况下，t2=t1(实际中t2可能略小于t1)，也就是说，理想情况下，发送一个测量信标的时间也是一个时隙，下面为了描述的方便，假定t2=t1=t。

很显然，本发明的上述技术可以大大缩短测量节点的服务信道离开时间，即从N*t缩短为t。无论被测节点有多少，测量节点都只在发送一个测量信标之后返回服务信道，因此离开时间大大缩短。

图6中所描述的测量信标是这样一个帧，其具有目的地MAC地址FF：FF：FF：FF：FF：FF以使得信道中的所有节点都接收到信标。并且测量信标还包含源节点(即，测量节点)的MAC地址和服务信道以及指示该信标用于无线电测量的标志位(以与正常的信标相区分)，在图6A中示出了示例性的测量信标的内容。MAC地址和服务信道用于供被测节点在计算出RSSI后能够将该信息报告给测量节点。信息的报告分以下几种情况而不同：1)在测量节点是AP、被测节点也是AP的情况下，报告返回路径是：被测节点→测量节点；2)在测量节点是AP、被测节点是无线终端设备的情况下，报告返回路径是：被测节点→被测节点的AP→测量节点；3)在测量节点是无线终端设备、被测节点是AP的情况下，报告返回路径是：被测节点→测量节点的AP→测量节点；4)在测量节点是无线终端设备、被测节点也是无线终端设备的情况下，报告返回路径是：被测节点→被测节点的AP→测量节点的AP→测量节点，在上述几种情况中，AP到AP的通信都是利用有线通信等实现的。在上述的信息报告情形中，无论是测量节点还是被测节点都不需要离开其服务信道。

图7示出了根据第一实施例从节点角度看两个测量节点测量两个被测节点的情形。图8示出了从网络角度看的上述情形。根据图6的流程可以得知，在图7和图8中，测量节点在接收到测量请求时切换到被测节点的信道中且主动发送测量信标。

图6的流程适用于测量节点的数目M等于或小于被测节点的数目N的情形。但是这不是唯一的情形。在测量节点的数目M远大于被测节点数目N时，可以通过将本发明的思想实现在被测节点中，来缩短被测节点的服务信道离开时间。图9示出了根据本发明第二实施例的在被测节点中实现的非服务信道无线电测量方法的流程图900。

如图9所示，在这种情形下，在步骤901中是被测节点接收到测量请求，同样，测量请求来自于上层的核心网络控制器。在步骤902中，被测节点切换到M个测量节点所在的信道(同样，为了描述的方便，这里假定M个测量节点处于同一工作信道中)。在步骤903中，被测节点主动地广播测量信标，并且立即在步骤904中切换回其服务信道。在步骤905中，测量节点接收到测量信标，并且在步骤906中根据测量信标计算RSSI，注意，此时的RSSI就是从被测节点到测量节点的RSSI，也就是说，在步骤906中，测量节点就可以得到从被测节点到测量节点的RSSI，因此，不再需要向被测节点报告的步骤。同样，测量节点随后会将计算出的RSSI值报告给上层的RNC，以供RNC对后续和其他节点的测量动作进行安排(与上面的图6中一样，这一步骤未示出)。

如果有多个被测节点需要被测量，则多个被测节点中的下一个切换到测量节点的信道并开始图9所示的流程。很显然，在这种情况下，这N个被测节点离开其服务信道的总时间是N*t。

图10示出了根据第二实施例从节点角度看两个测量节点测量两个被测节点的情形。图11示出了从网络角度看的上述情形。根据图9的流程可以得知，在图10和图11中，被测节点在接收到测量请求时切换到测量节点的信道中且主动发送测量信标。

注意，在被测节点切换到测量节点信道中并主动发送测量信标的情况下，为了对多个被测节点的切换进行管理，在图9所示的流程图中需要加入一个“调度”步骤907，在该步骤中判断是否有其他被测节点需要被测量。如果需要，则过程返回步骤901，从该步骤开始下一被测节点执行图9中所示的流程。该“调度”步骤在图6所示的流程图中是不需要的，因为在测量节点所接收的测量请求中，包含了关于测量节点要测量哪些被测节点的信息。相反，在被测节点所接收的测量请求中，只有关于测量节点是哪一个信道上的节点的信息，却不包含测量节点需要测量哪些被测节点的信息。因此，“调度”步骤的加入是必要的。注意，“调度”步骤是在上层的核心网络控制器中实现的。

如上所述，在上述第一和第二实施例中，测量请求是从上层的核心网络控制器发出的。在这种情况下，核心网络控制器具有根据测量节点和被测节点的数目的相对大小而判断是实现第一实施例的方法还是实现第二实施例(即，是使测量节点切换到被测节点的信道还是反之)的方法的功能。

注意，本发明的方法可以以软件、硬件和／或固件或其组合的形式来实现。本发明的方法可以实现在AP和／或无线终端设备中。

图12示出了用在根据本发明的通信节点(包括测量节点和被测节点两者)中的无线电测量模块1200。该模块被实现在作为通信网络中的通信节点的AP和／或无线终端设备中。该模块包括测量请求接收单元1201和信道切换及测量信标发送单元1202，测量请求接收单元1201用于接收来自上层的核心网络控制器的测量请求。根据测量请求接收模块1201接收到的测量请求，信道切换及测量信标发送单元1202切换到所要求的相邻信道(即非服务信道)并在该信道中广播测量信标，并且在广播测量信标之后立即返回到其原先工作的信道(即服务信道)。AP和／或无线终端设备的其他构成部分是本领域技术人员公知的，例如通信单元、数据处理单元、控制单元等，因此在这里没有对这些公知的单元进行详细描述。同样，如上所述，该通信节点可实现在诸如802.11无线局域网之类的通信网络中。

图13示出了根据本发明的完整通信系统的结构示意图。该通信系统由三部分组成：核心网络控制器、测量节点和被测节点，为了简化起见，在图中仅示出了一个测量节点(标为M)和一个被测节点(标为M’)，但是注意，可以有任意多个测量节点和任意多个被测节点。

在图13所示的图中，核心网络控制器包括测量发起单元1301，该单元根据核心网络控制器中的CPU等等(未示出)的中央控制部件的指示向测量通信节点发送测量请求。需要注意，此时假定哪些节点是测量节点而哪些节点是被测节点已经被核心网络控制器判断出来，这些判断过程与本发明无关，因此这里不再详细描述；而且，此时测量请求是向测量节点发送的，即，是使得测量节点转移到被测节点的信道上。

此时，图13中测量通信节点包括如图12所示的无线电测量模块1200，该模块的组成和功能已在上文中给出，这里不再详述。在图13中，被测通信节点包括测量单元1303，用于在接收到测量信标后，根据接收到的测量信标计算从测量通信节点(M)到被测通信节点(M’)的RSSI值，另外，在必要时，被测通信节点还可包括测量结果报告单元1304，用于将该计算出的RSSI值报告给测量通信节点，并报告给核心网络控制器。需要注意的是，测量结果报告单元1304并不是必需的。

在必要的情况下，图13中所示的核心网络控制器还可包括调度单元1302，该单元用于执行调度，以判断是否还有其他的被测通信节点需要被测量。显然，该调度单元1302在核心网络控制器中也不是必需的，例如，当核心网络控制器判断出有测量需求的节点(测量节点)数目远小于被测节点的数目时，可以不包括该单元，只需要逐个接收测量节点的测量需求，并依次向它们发送测量请求即可。

如上所述，无线电强度测量可用在信道分配、负载平衡和移动性管理等方面。图14示出了在用在信道分配的情况下核心网络控制器实现为信道分配控制装置的情形。如图所示，该装置1400包括测量发起单元1401和调度单元1402，测量发起单元1401与1301基本相同，而调度单元1402与1302略有不同，此时调度单元1402还用于对向多个测量通信节点的测量请求的发送进行调度。该装置还包括测量结果接收单元1403和信道分配单元1404，测量结果接收单元1403用于接收从被测通信节点报告(发送)来的测量结果(即，RSSI值)，该测量结果是对测量发起单元1401发送的测量请求的响应，信道分配单元1404用于根据测量结果分配信道。

显然，上述模块和单元可以以软件、硬件和／或固件或其组合的形式实现。注意，本发明中的通信节点并不限于上述的接入点和无线终端设备，而是可以在通信网络中进行通信的任意通信节点。另外，本发明的通信网络也并不限于上述的802.11无线局域网，而是可以应用于任何有线或无线通信网络，包括遵从IEEE标准的网络。

应当理解，本发明并不限于上述实施例。本发明的范围应当由权利要求限定。

Claims (18)

1.一种用于通信网络中的无线电测量的方法，所述通信网络包括由核心网络控制器控制的多个基础服务集，所述方法包括：

所述核心网络控制器向工作在某一服务信道上的通信节点发出测量请求；

所述通信节点根据所述测量请求切换到非服务信道；

所述通信节点在非服务信道中广播测量信标并且在广播之后立即返回服务信道；

所述非服务信道中的节点接收到测量信标；以及

根据所述测量信标计算从所述通信节点到所述非服务信道中的节点的接收信号强度指示符。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述通信网络是802.11无线局域网。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述通信节点是无线终端设备。

4.根据权利要求1所述的方法，其中所述通信节点是接入点。

5.根据权利要求1所述的方法，还包括：

所述非服务信道中的节点在接收到测量信标后对信标内容进行测量。

6.根据权利要求5所述的方法，其中所述非服务信道中的节点根据所测量的信标内容识别出所述通信节点的地址。

7.根据权利要求6所述的方法，其中所述非服务信道中的节点基于所识别出的地址，将计算出的接收信号强度指示符报告给所述服务信道的通信节点。

8.根据权利要求1所述的方法，还包括：

如果所述通信节点是被测通信节点，则所述核心网络控制器执行调度，以判断是否还有其他的被测通信节点需要被测量。

9.一种通信网络中的通信节点，所述通信网络包括由核心网络控制器控制的多个基础服务集，所述通信节点包括无线电测量模块，该无线电测量模块包括：

测量请求接收单元，用于接收来自所述核心网络控制器的测量请求；以及

信道切换及测量信标发送单元，用于当接收到所述测量请求后，根据所述测量请求切换到非服务信道，并在所述非服务信道中广播测量信标并在广播后立即切换回服务信道。

10.根据权利要求9所述的通信节点，其中所述通信网络是802.11无线局域网。

11.根据权利要求9所述的通信节点，其中该通信节点是无线终端设备。

12.根据权利要求9所述的通信节点，其中该通信节点是接入点。

13.一种通信系统，包括工作在不同信道上的测量通信节点和被测通信节点及对所述测量通信节点和被测通信节点进行控制的核心网络控制器，其中，

所述核心网络控制器包含测量发起单元，用于向所述测量通信节点发送测量请求；

所述测量通信节点包含：

测量请求接收单元，用于接收来自所述测量发起单元的测量请求；

信道切换及测量信标发送单元，用于当接收到所述测量请求后，根据所述测量请求切换到非服务信道，并在所述非服务信道中广播测量信标并在广播后立即切换回服务信道；

所述被测通信节点包含：

测量单元，用于在接收到所述测量信标后，计算从所述测量通信节点到所述被测通信节点的接收信号强度指示符。

14.根据权利要求13所述的通信系统，其中所述被测通信节点还包括测量结果报告单元，用于将计算出的接收信号强度指示符报告给所述测量通信节点。

15.根据权利要求13所述的通信系统，其中所述核心网络控制器还包括调度单元，用于执行调度，以判断是否还有其他的被测通信节点需要被测量。

16.根据权利要求13所述的通信系统，其中所述通信系统工作在802.11无线局域网中。

17.根据权利要求13所述的通信系统，其中所述测量通信节点是接入点，所述被测通信节点是无线终端设备。

18.根据权利要求13所述的通信系统，其中所述被测通信节点是接入点，所述测量通信节点是无线终端设备。

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