CN103891383A - 分析Wi-Fi信道拥塞和干扰以优化信道选择 - Google Patents

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Abstract

描述了一种方法和装置，包括：在无线接收机中接收信道干扰和拥塞窗口测量，存储所接收的信道干扰和拥塞窗口测量，确定感兴趣的时段，响应于所述感兴趣的时段执行数据老化，使用在执行数据老化之后剩余的数据计算针对现有信道的信道干扰和拥塞分数，使用在执行数据老化之后剩余的数据计算针对备选信道的信道干扰和拥塞分数，以及选择所述现有信道和所述备选信道之一。

Description

分析Wi-Fi信道拥塞和干扰以优化信道选择
技术领域
本发明涉及来自Wi-Fi接入点的用于选择最优信道来建立Wi-Fi会话的可用统计数据。
背景技术
在多播和广播应用中，通过有线和/或无线网络从服务器向多接收机发送数据。本文所使用的多播***是服务器同时向多个接收机发送相同数据的***，其中，接收机形成多达并包括所有接收机的所有接收机的子集。广播***是服务器同时向所有接收机发送相同数据的***。即，由定义，多播***可以包括广播***。
最优Wi-Fi信道选择是有问题的。用户期望始终如一的信道吞吐量，但由于与其他接入点(AP)相关联的其他用户处于消耗可用带宽的相同Wi-Fi信道上从而导致信道干扰或吞吐量消耗，可用信道吞吐量在时间上是动态的。与接入点相关联的用户会喜欢在相对没有来自其他AP的数据业务造成的干扰和拥塞的信道上或至少在使干扰影响最小化的信道上操作它们的AP。干扰可能由其他非AP(2.4Ghz或5GHz辐射源)造成。拥塞可能由相同信道上的其他AP或由消耗相同AP上的带宽的其他用户造成。本发明处理第一种类型的拥塞(基于AP的拥塞)。
Wi-Fi信道选择算法通常包括以下机制之一来选择Wi-Fi信道：
1)静态信道分配-在此场景下，AP利用在工厂处选择的预先选择信道。端用户可以手动地重载预先选择信道设置。通常，此场景导致因特网服务提供商(ISP)投入使用的所有AP被分配相同信道。对于支配性ISP服务的邻居，这通常强制将所有Wi-Fi业务中的大多数业务去往相同信道，因为ISP倾向于利用来自有限数量的设备提供商的有限范围的设备来提供服务。这造成客户不满意并可能导致客户服务呼叫。现有彩色印片法以及其他制造商的产品已经使用了此方案。
2)随机信道选择-在本场景中，AP在Wi-Fi信道空间中随机地选择信道以提供数据吞吐量。随机信道选择可能导致具有最多数据业务的信道的选择与最少使用(具有最少数据业务)的信道截然相反。例如，随机信道指派可能导致：使用静态信道指派，选择AP预先支配性占据的信道。现有彩色印片法以及其他制造商的产品已经使用了此方案。
3)信道跳跃-当干扰发生或信道变得被太多业务占满时，AP将选择立即地或一旦与AP相关联的所有现有Wi-Fi会话已经终止时移动到另一信道。当存在进行中的与AP相关联的现有Wi-Fi会话时，改变信道具有潜在的负面结果。新信道选择基于其他信道的扫描，并确定具有最少干扰和拥塞的最佳信道。不幸的是，此信道选择方法是基于潜在地对AP的用户最不感兴趣和最少使用的数据来完成的。例如，如果AP决定改变信道并且所有关联在深夜被释放，则新信道选择可能证明是在干扰不存在或仅轻微地使用信道的时段。当在第一Wi-Fi接入初始化之后未经常完成时，这对AP的用户可能是最不优化的。因为其他信道的业务模式与一天中时间的关系可能与当前正被使用的信道完全不同，信道选择可能是次最优的。
发明内容
本发明描述涉及来自Wi-Fi接入点的用于选择最优信道来建立Wi-Fi会话的可用统计数据。
描述了一种用在无线接收机中的方法，包括：在无线接收机中接收信道干扰和拥塞窗口测量，存储所接收的信道干扰和拥塞窗口测量，确定感兴趣的时段，响应于所述感兴趣的时段执行数据老化，使用在执行数据老化之后剩余的数据计算针对现有信道的信道干扰和拥塞分数，使用在执行数据老化之后剩余的数据计算针对备选信道的信道干扰和拥塞分数，以及选择所述现有信道和所述备选信道之一。
还描述了一种装置，包括：信道干扰和拥塞窗口测量接收模块；存储装置，用于存储所接收的信道干扰和拥塞窗口测量，所述存储装置与所述信道干扰和拥塞窗口测量接收模块进行通信；数据老化模块，用于确定感兴趣的时段并执行数据老化，所述数据老化模块与所述存储装置进行通信，通过调用所述数据老化装置对所述存储装置中的数据进行更新；现有信道干扰和拥塞分数计算模块，所述现有信道干扰和拥塞分数计算模块与所述存储装置进行通信；备选信道干扰和拥塞分数计算模块，所述备选信道干扰和拥塞分数计算模块与所述存储装置进行通信；以及，信道选择模块，用于选择所述现有信道和所述备选信道之一，所述信道选择模块与所述备选信道干扰和拥塞分数计算模块并与所述现有信道干扰和拥塞分数计算模块进行通信。
附图说明
从当结合附图来阅读的以下详细描述中可以最佳地理解本发明。附图包括以下简略描述的示图：
图1是无线网络的示意图。
图2是根据本发明的原理的示例性接入点、网关或无线节点的框图。
图3是根据本发明的原理的示例性数据老化方法的流程图。
图4是根据本发明的原理的示例性信道干扰窗口测量方法的流程图。
图5是根据本发明的原理的示例性现有信道干扰分数计算方法的流程图。
图6是根据本发明的原理的示例性备选信道干扰分数计算方法的流程图。
图7是根据本发明的原理的示例性信道选择和切换方法的流程图。
图8是本发明的分析方法的操作的流程图。
具体实施方式
参考图1，图1是无线网络的示意图。客户端终端(设备)连接到接入点(AP)，以便于连接到因特网。客户端终端可以包括(但不限于)：计算机、膝上型计算机、双模智能电话、个人数字助理(PDA)、Pod、iPad或其他平板计算机类型计算设备。本文所使用的接入点(AP)通常包括网关、路由器、桥路器或针对一个或更多个客户端终端提供对因特网的接入的其他无线节点。在图1中可以看到，每个AP(网关、无线节点)具有唯一的ESSID。ESSID是电子服务集合标识符。
现在参考图2，图2是AP的框图。在AP中执行本发明的方法。和数据库一样，所示模块(组件)是示例性的。可能存在比所示的更多或更少的模块或数据库。模块或数据库的数量上的这种增加或减少对方法的性能没有影响，并在本领域普通技术人员之一的知识范围内是适当的。DB1保存(存储)信道干扰和拥塞窗口测量数据。信道干扰窗口测量模块针对时间窗对信道干扰和拥塞窗口测量数据进行更新，信道干扰窗口测量模块从其客户端和其他AP接收信道干扰和拥塞窗口测量。DB2保存(存储)针对AP可以使用的信道中的每个信道的参数化权重。可以在工厂设置或在初始设置和配置期间设置这些权重的初始值。在图2中以两个分离的数据库示出了DB1和DB2，但DB1和DB2可以是单个数据库或多个数据库(如针对每个信道具有一个数据库)。实际上，DB1和DB2可以不是数据库，而简单地是存储器或存储***中的数据结构。数据老化模块检查来自DB1和DB2的数据，并且如果数据在相关时段以外，则可以擦去或覆盖该数据。在备选中，可以保持老化数据，但可以调整DB2中的权重参数来指示较低权重。较低权重指示较小相关性。当收集到新数据时，应当重新调整权重以指示增加的相关性。现有信道干扰分数计算模块使用DB2的参数化权重进行加权的DB1中的数据，计算针对现有信道的信道干扰分数。备选信道干扰分数计算模块使用DB2的参数化权重进行加权的DB1中的数据，计算针对每个备选信道的信道干扰分数。如果针对每个备选信道的数据是不完全的，则将缺省数据用于缺失数据，以使分数计算完全。信道选择和切换模块检查针对现有信道和备选信道中的每个备选信道的分数，并基于该分数选择信道。如果新选择的信道与当前信道不同，则信道选择和切换模块切换到新选择的信道。
所收集的信道干扰和拥塞窗口测量数据是从Wifi实现收集的，并将辅助Wifi信道选择的质量的确定。数据是针对已定义的时段上的给定信道。变量可以包括(但不限于)以下所列出的变量：
1)信道上的所观测的SSID(ESSID)
2)Mib或等同项：Mib是可以经由SNMP协议取得的参数。备选地，Mib可以是经由竞争TR-69协议取得的参数。
a.DotllRetryCount(RC)
b.DotllMultipleRetryCount(MRC)
c.framesTransmitted(FT)
d.dotllRTSSuccessCount(RTSSC)
e.dotllRTSFailureCount(RTSFC)
f.dotllACKFailureCount(ACKFC)
g.dotllReceivedFragmentCount(RFC)
h.dotllTransmittedFragmentCount(TFC)
i.dotllMulticastTransmittedCount(MTC)
j.dotllFailedCount(FC)
在时段(例如5PM-6PM)上收集并聚集信道干扰窗口统计数据。推荐此时段为每个时间片是1小时或更少，以更准确地确定信道上的使用趋势。数据是针对测量时刻逐信道和逐时间窗地存储的。如果更新的数据可用，则可以覆盖更老的数据。针对每个测量保存时间戳，以指示数据的老化。此数据存储在图2上的DB1中。
存储要应用于统计量的权重的参数化数据库，代表针对给定环境的最佳管理方法。这些权重用于给每个统计测量打分，作为强调每个统计值的重要性的方式。可以在工厂设置或可以在初始设置和配置时设置针对权重的初始值。由于数据老化，数据老化模块可以用于更新权重。当收集到新数据时，应当检查并更新权重。
利用针对正在使用的当前WiFi信道的当前时段的权重和统计数据，进行运算(计算、确定)。结果是单个分数，该单个分数指示在现有信道上存在多少信道拥塞或干扰。这是通过现有信道干扰分数计算模块完成的。使用以上给出的示例性参数(变量)，可以按下式计算分数运算(计算、确定)：
现有信道干扰和拥塞分数＝ω1RC+ω2MRC+ω3FT+ω4RTSSC+ω5RTSFC+ω6ACKFC+ω7RFC+ω8TFC+ω9MTC+ω10FC
其中ωi指示针对参数(变量)的权重。权重可以是正的或负的。例如，RTSSC可以是‘-’，因为成功地发送的分组可能是特定程度的偏移。
数据老化模块存在以使更老的数据“老化”，使得现有信息不会支配信道选择方法(处理)。还可以对超过特定老化的更老数据进行加权，使得其具有指示较小相关性的较少良好分数。用于调整权重的能力可以是在设置(初始化)时配置的切换(参数)。
从数据库中提取针对相同时段的来自其他WiFi信道的数据，以在投票中用于确定是否存在潜在更好信道。备选信道干扰和拥塞分数计算模块使用来自DB1和DB2的数据来运算(计算、确定)分数。使用相同等式(以上)来运算(计算、确定)针对备选信道中每个备选信道的分数。从针对当前时段的过去数据中计算针对备选信道的分数。如果由于老化使针对信道的数据不存在或已经被从数据库中除去，备选信道干扰和拥塞分数计算模块应用缺省数据来提供分数。
信道选择和切换模块将针对现有信道和所有备选信道的分数进行比较，并基于分数选择最佳信道。如果新提议的(选择的)信道与现有信道不同，则作出确定。这对调度是重要的，因为其对于要中断的一些TCP/IP会话(例如流视频)可能不是最佳的。调度信道切换使得向WiFi用户施加最小的不便。如果在完成计分的有效时间窗期间未发生切换，则取消信道切换并计算新分数。
现在参考图3，图3是根据本发明的原理的示例性数据老化方法的流程图。在305，初始化信道号(channel number)计数器。在310，针对信道号计数器中所指定的信道，从DB1中读取数据(信道干扰和拥塞窗口测量数据)。在315，执行测试以确定从DB1读取(获取)的数据是否来自比认为相关的更老的时段。存在可以对此进行确定的许多方式，但一个示例性方式是检查与信道干扰和拥塞数据的每个单元相关联的时间戳，并将时间戳与时间进行比较。例如，是否时间戳比较指示数据比一个小时更老。时段的关联性是可以在设置(初始化)时设置的配置参数。如果从DB1读取(获取)的数据是来自比认为相关更老的时段，则在320中，调整针对数据(DB2中)的权重以指示更低相关性。如果从DB1读取(获取)的数据不是来自比认为相关的更老的时段，则在325中，使信道号计数器递增。在330，执行测试以确定针对数据老化是否存在任何更多信道进行检验。如果针对数据老化存在任何更多信道进行检验，则处理进行到310。如果针对数据老化不存在更多信道进行检验，则此处理结束。
现在参考图4，图4是根据本发明的原理的示例性信道干扰和拥塞窗口测量方法的流程图。在405，从客户端终端或另一AP接收与信道干扰和拥塞测量有关的数据。在410，作出在DB1中存储哪个信道和数据的确定。
现在参考图5，图5是根据本发明的原理的示例性现有信道干扰和拥塞分数计算方法的流程图。在505，从DB1中读取(获取)信道干扰和拥塞测量数据(针对时间窗)。在510，从DB2中读取(获取)针对信道干扰和拥塞测量数据的参数化权重。在515，利用针对正在使用的当前WiFi信道的当前时段的权重和统计数据(信道干扰和拥塞窗口测量数据)，进行运算(计算、确定)。结果是单个分数，该单个分数指示在现有信道上存在多少信道拥塞或干扰。使用以上给出的示例性参数(变量)，可以按下式计算分数运算(计算、确定)：
现有信道于扰和拥塞分数＝ω1RC+ω2MRC+ω3FT+ω4RTSSC+ω5RTSFC+ω6ACKFC+ω7RFC+ω8TFC+ω9MTC+ω10FC
其中ωi指示针对参数(变量)的权重。
现在参考图6，图6是根据本发明的原理的示例性备选信道干扰和拥塞分数计算方法的流程图。在605，初始化备选信道号计数器。在610，从DB1中读取(获取)针对备选信道号计数器中规定的备选信道的数据。在615，从DB2中读取(获取)针对信道干扰和拥塞测量数据(针对备选信道号计数器中指定的信道)的参数化权重。在620，利用针对当前时段的备选信道号计数器中指定的WiFi信道的权重和统计数据(信道干扰和拥塞窗口测量数据)，进行运算(计算、确定)。结果是单个分数，该单个分数指示在备选信道号计数器中指定的备选信道上存在多少信道拥塞或干扰。使用以上给出的示例性参数(变量)，可以按下式计算分数运算(计算、确定)：
备选信道干扰和拥塞分数＝ω1RC+ω2MRC+ω3FT+ω4RTSSC+ω5RTSFC+ω6ACKFC+ω7RFC+ω8TFC+ω9MTC+ω10FC
其中ωi指示针对参数(变量)的权重。
现在参考图7，图7是根据本发明的原理的示例性信道选择和切换方法的流程图。在705，读取(接收、获取、接受)针对现有信道的分数。在710，读取(接收、获取、接受)针对备选信道中的每个备选信道的分数。在715，基于具有最大(最高、最佳、最好)分数的信道，作出信道选择。在720，执行测试以确定新选择的信道是否与现有信道相同。如果新选择的信道与现有信道相同，则处理结束。如果新选择的信道与现有信道不同，则在725，调度向备选信道的信道切换。
现在参考图8，图8是本发明的分析方法的操作的流程图。在805，使用信道干扰和拥塞窗口测量方法来用如图4中所示并如上所述的信道干扰和拥塞窗口测量数据填充DB1。在810，确定感兴趣的时段。在815，执行如图3中所示并如上所述的数据老化方法。在820，执行如图3中所示并如上所述的现有信道干扰和拥塞分数计算方法。在825，执行如图6中所示并如上所述的备选信道干扰和拥塞分数计算方法。在830，执行如图7中所示并如上所述的信道选择和切换方法。
应当理解的是，可以以硬件、软件、固件、专用处理器或其组合的各种形式来实现本发明。优选地，本发明实现为硬件和软件的组合。此外，软件优选地实现为在程序存储设备上有形地实现的应用程序。应用程序可以加载到包括任意合适架构的机器上，并由该机器执行。优选地，该机器可以在具有硬件(例如，一个或更多个中央处理单元(CPU)、随机存取存储器(RAM)以及输入/输出(I/O)接口)的计算机平台上实现。计算机平台还包括操作***和微指令代码。本文所描述的多种处理和功能可以是微指令代码的一部分或是经由操作***执行的应用程序的一部分(或其组合)。此外，多种其它***设备(例如附加数据存储设备和打印设备)可以连接到计算机平台。
还应当理解的是，因为在附图中所示出的构成***组件和方法步骤中的一些优选地以软件实现，则取决于对本发明进行编程的方式，***组件(或处理步骤)之间的实际连接可以不同。给出本文的教导，本领域普通技术人员之一将能够想到本发明的这些和类似的实现或配置。

Claims (7)

1.一种用在无线接收机中的方法，所述方法包括：
在所述无线接收机中接收信道干扰和拥塞窗口测量；
存储所接收的信道干扰和拥塞窗口测量；
确定感兴趣的时段；
响应于所述感兴趣的时段执行数据老化；
使用在执行数据老化之后剩余的数据来计算针对现有信道的信道干扰和拥塞分数；
使用在执行数据老化之后剩余的数据来计算针对备选信道的信道干扰和拥塞分数；以及
选择所述现有信道和所述备选信道之一。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述数据老化还包括：
初始化信道号计数器；
获取所存储的信道干扰和拥塞窗口测量；
确定所存储的信道干扰和拥塞窗口测量是否比所述感兴趣的时段老；
响应于所述第二确定，调整与所存储的信道干扰和拥塞窗口测量相对应的权重；以及
使所述信道号计数器递增。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：
获取针对所述现有信道的所述信道干扰和拥塞分数；以及
获取与针对所述现有信道的所述信道干扰和拥塞分数相对应的权重。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：
初始化备选信道号计数器；
获取针对所述备选信道的所述信道干扰和拥塞分数；
获取与针对所述备选信道的所述信道干扰和拥塞分数相对应的权重；以及
使所述备选信道号计数器递增。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：
确定所选择的信道是否是所述现有信道；以及
响应于所述第三确定调度信道切换。
6.一种装置，包括：
信道干扰和拥塞窗口测量接收模块；
存储装置，用于存储所接收的信道干扰和拥塞窗口测量，所述存储装置与所述信道干扰和拥塞窗口测量接收模块进行通信；
数据老化模块，用于确定感兴趣的时段并执行数据老化，所述数据老化模块与所述存储装置进行通信，通过调用所述数据老化装置对所述存储装置中的数据进行更新；
现有信道干扰和拥塞分数计算模块，所述现有信道干扰和拥塞分数计算模块与所述存储装置进行通信；
备选信道干扰和拥塞分数计算模块，所述备选信道干扰和拥塞分数计算模块与所述存储装置进行通信；以及
信道选择模块，用于选择所述现有信道和所述备选信道之一，所述信道选择模块与所述备选信道干扰和拥塞分数计算模块并与所述现有信道干扰和拥塞分数计算模块进行通信。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述装置是无线接收机。
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