CN101617549B - 选择多跳无线网络中的接入点或中继节点的方法和设备 - Google Patents

Abstract

描述了一种选择无线网络中接入点的方法和设备，包括：初始化信道索引；记录接收信号功率以及在信标消息和探测器请求响应消息之一中包含的信息；计算每个候选接入点的接入链路尺度，所述接入链路尺度是响应于所述接收信号功率和信息、在终端装置和由所述信道索引编排索引的所述信道上的每个候选接入点之间的；接收每个所述候选接入点和网关之间的路径尺度；利用所述接入链路尺度和所述路径尺度估计函数；基于所述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。还描述了一种用于维持与接入点的连接的方法和设备。

Description

选择多跳无线网络中的接入点或中继节点的方法和设备

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择接入点或中继节点。 

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竞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。 

如上的所有方法被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被互连以形成骨干网/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，“/”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”代表可能的拓扑。网状AP和树状AP是用于无线网络的当前拓扑结构。本发明不限于任何特定网络拓扑。 

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被考虑。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阈值；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阈值，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。 

附图说明

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1是根据本发明原理的网络***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选择方法的流程图。 

图4是说明本发明的周期性扫描方法的流程图。 

图5是说明本发明AP/RN的详细内容的示例性实施例的方框图。 

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是根据本发明原理的网络***的示意图。网络***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被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。根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)到它们与之相关/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。 

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***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***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-β)M(a)+βM(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。β是设计参数(0＜＝β＜＝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 

$\mathrm{APETT}=\underset{j\∈C}{\mathrm{\Σ}}{\mathrm{ETT}}_j+{\mathrm{ETT}}_n---\left(2\right)$

其中 ${\mathrm{ETT}}_j=(T_{\mathrm{oh}}+\frac{s}{r_j})\×\frac{1}{1-E_j}---\left(3\right)$

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1))的大小，r_j代表终端装置j和AP/RN之间的链路数据率。T_oh是包括接入开销和协议开销的无线开销。假定无线技术，T_oh能够被估计。例如，对于IEEE 802.11a，T_oh是185μs。为了简明，也可能设置T_oh为0。r_j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。r_j的估计依赖于速率自适应的本地实现。E_j是当以当前链路数据率(r_j)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 

${\mathrm{CAETT}}_n=\frac{1}{1-E_n}\underset{j\∈C\∪n}{\mathrm{\Σ}}\frac{s}{r_j}---\left(4\right)$

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1))的大小，r_j是终端装置j和AP/RN之间的链路数据率。注意CAETT_n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∈C∪n)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上限是 

因此，每个节点的吞吐量的上限是 此外，CAETT_n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、链路数据率和分组丢失而获得的。 

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 

$\mathrm{RALA}={\mathrm{ETT}}_{n}x\frac{1}{1-\mathrm{\ρ}-{\mathrm{\ρ}}_n}=(T_{\mathrm{oh}}+\frac{s}{r_n})\×\frac{1}{1-E_n}\×\frac{1}{1-\mathrm{\ρ}-{\mathrm{\ρ}}_n}---\left(5\right)$

其中ρ代表没有新终端装置n的当前信道利用，并且ρ_n代表新终端装置的信道利用。由于ρ_n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ρ_n能够被设置为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E_r＜E₀，则ω(E_r)＝1；如果E₀≤E≤E_max，则ω(E_r)＝1/(1-E_r)；如果E＞E_max，则ω(E_r)＝∞。具有小于E₀的分组误差率的链路被平均地加权。具有E₀和E_max之间的分组误差率的链路不断地利用分组误差率被加权。因为非常差的链路质量，在AP选择中，未考虑具有大于E_max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ρ＜ρ₀，则ω(ρ)＝1；如果ρ₀≤ρ≤ρ_max，则ω(ρ)＝1/(1-ρ-ρ_n)；如果ρ＞ρ_max，则ω(ρ)＝∞。在前述中，具有小于ρ₀的信道利用的链路被平均地加权。具有在ρ₀和ρ_max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ρ_max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T_p期间，AP/RN测量信道占用时间量，T_busy。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。但是由其他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丢失率和链路数据率。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联/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丢失率也是困难的，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丢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)γ估计分组丢失率。对于IEEE 802.11b，具有物理层(PHY)模式m，其中对于1、2、5.5和11Mbps数据率，m分别＝1、2、3和4，分组丢失率能够通过如下公式进行计算 

$E(m,s,\mathrm{\γ})=1-(1-P_{e\_\mathrm{data}}^m(s,\mathrm{\γ}))\·(1-P_{e\_\mathrm{ack}}^m)---\left(6\right)$

其中s是分组大小。P_{e_data} ^m(s，γ)和P_{e_ack} ^m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： 

$E(m,s,\mathrm{\γ})\≈1-(1-P_{e\_\mathrm{data}}^m(s,\mathrm{\γ}))---\left(7\right)$

数据帧的误差概率由如下给出： 

$P_{e\_\mathrm{data}}^m(s,\mathrm{\γ})=1-(1-P_e^1(24,\mathrm{\γ}))(1-P_e^m(28+s,\mathrm{\γ}))---\left(8\right)$

其中P_e ¹(24，γ)是总是以PHY模式1发送的首标的误差概率，并且P_e ^m(28+s，γ)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P_e ^m(s，γ)按照比特误差率P_b ^m(γ)表达如下： 

$P_s^m(s,\mathrm{\γ})=1-{(1-P_b^m\left(\mathrm{\γ}\right))}^{8S}---\left(9\right)$

对于每个PHY模式m，能够导出比特误差率P_b ^m(γ)。 

对于具有物理层(PHY)模式m的IEEE 802.11a，分组丢失率E的上限是 

$E(m,s,\mathrm{\&gamma;})<\underset{d=d_{\mathrm{free}}}{\overset{s/R_C}{\mathrm{\&Sigma;}}}{a}_d{p}_d---\left(10\right)$

其中s是分组大小，并且d_free是PHY模式m中选择的卷积码的空隙；a_d是距离d误差的总数，R_c是对于模式m的卷积码率，并且P_d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P_d

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SNRγ。 

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被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ETT_n的数据率。 

Min(ETT_n)＝Min{ETT_n(m，s，γ)|_m}    (12) 

这个Min(ETT_n)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CAETT_n的链路数据率。 

$\mathrm{Min}\left({\mathrm{CAETT}}_n\right)=\mathrm{Min}\left\{\frac{1}{1-E_n}\underset{j\&Element;C\&cup;n}{\mathrm{\&Sigma;}}\frac{s}{r_j}{|}_m\right\}---\left(13\right)$

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，终端装置发送探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的路由/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 

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 

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，包括分组丢失率和链路数据率。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 

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 

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，包括分组丢失率和链路数据率。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，选择递增。 

参考图4，为了解决AP/RN和GW/BS之间的接入链路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T1，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T_m，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T1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T_m。特殊情况将T_m设置为0。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T1。如果当前AP/RN的联合AP/RN选择费用不高于阈值T1，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T_m。如果连接已经持续至少T_m，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T_m。如果终端装置没有与AP/RN相关/ 连接到AP/RN长于T_m，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。T1、T2和T_m是配置参数。例如，如上所指示的，特殊情况将T_m设置为0。 

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 

当前与AP/RN相关/连接到AP/RN的终端装置的吞吐量界限 

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探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探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T_m。 

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 选地被实现为有形地体现在程序存储设备上的应用程序。应用程序可以被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***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***执行。此外，各种其他***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***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，***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。 

Claims (9)

1.一种选择无线网络中接入点的方法，所述方法包括：

初始化信道索引；

记录接收信号功率以及在信标消息或探测器请求响应消息中包含的信息，其中所述信标消息或者所述探测器请求响应消息中包含的信息包括：路径成本度量、传输功率的指示、接入点负载、当前连接到候选接入点的所有终端装置的期望传输时间的总和，以及当前连接到所述候选接入点的所有终端装置的吞吐量界限，其中由所述候选接入点对上述信息进行测量或者估计；

响应于所述接收信号功率和所述信息计算每个候选接入点的接入链路成本，所述接入链路成本是在终端装置和由所述信道索引编排索引的信道上的每个候选接入点之间；

接收每个所述候选接入点和网关之间的路径成本；

利用所述接入链路成本和所述路径成本估计成本函数；

基于所述成本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。

2.如权利要求1所述的方法，还包括：侦听由所述信道索引编排索引的信道上的信标消息。

3.如权利要求2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。

4.如权利要求2所述的方法，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。

5.如权利要求1所述的方法，其中所述成本函数是所述接入链路成本以及所述候选接入点和所述网关之间的路径成本之和，其中所述路径成本是骨干网路径性能度量。

6.如权利要求1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络之一。

7.如权利要求1所述的方法，还包括：

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；以及

接收所述探测器请求响应消息。

8.如权利要求7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。

9.如权利要求7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。

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