TWI308436B - Channel allocation method for dynamically allocating channels of a plurality of radio interfaces at a plurality of access points included in a mesh network, and access point - Google Patents

Description

1308436 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域j 發明領域 本發明大致上係有關頻道分配技術，以及特別係有關 5 對於經由多個具有無線通訊能力之存取點所組織結構之一 網目網路(指定網路或自我組織網路）中之一存取點進行頻 道分配之技術。 I：先前技術3 發明背景 10 提示寬廣多種網目網路之應用範圍。例如提示應用至 家用網路之用途，其中諸如電視機或DVD播放器等消費者 電子產品被提供以存取點功能。於此種網路中，響應於來 自電視機的請求，影音信號由DVD播放器發射至電視機， 而未使用纜線連結或其它有線連結。為了讓此種應用用途 15 付諸實際應用，必須提高存取點間之資料傳輸速率。 第1圖為習知網目網路之示意圖，其中所分配之頻道數 目係與該存取點之射頻無線介面之數目相同。各個存取點 AP1-AP4有二射頻無線介面，該等無線介面分別設定於頻 道fl及頻道f2。頻道數目非僅限於本實例，若使用多個射頻 20 無線介面，則根據射頻無線介面之數目，欲分配之頻道數 目可增加。 經由分配多個頻道至各個存取點，實現使用不同頻道 進行與多個存取點之同時通訊，各個存取點間之傳輸速率 增高。本實例中，因射頻無線介面之數目係等於頻道數目， 1308436 故無需分配不同之頻道集合給各個存取點。 第2圖為習知網目網路 道數目係大於各個存取點之射^圖’其中網路中可用之頻 ，之射頻無線介面數目〇 έ 頻道數目，網目網路效率暫 ''' 9加 5可同時用於各個存取點^二並非全部頻道皆 成叢集。舉例古之，第編、線"面’必須將存取點形 平例口之，第2圖中，存取點奶及Αρ4分 使用頻道η與fB之—頻道集合之—叢集，而存取點奶及 AP2分組成為仙頻道fl與此―頻道集合之-叢集。於本 =文中…個叢集為使用同—個頻道集合之—節點之邏輯 此種情況下，二頻道可同時用於分組為同一叢集之存 取點API與AP4間。同理，二頻道可同時用於分組為同—叢 集之存取點AP3與AP2間。如此可進行高速傳輸。對屬於不 同叢集之存取點間之資料傳輸係使用頻率fl之共通頻道， 15故傳輸速率減低。 第3圖為習知基於網路拓樸學將存取點分成多個叢集 之實例，該方法係設計成將位置彼此接近之該等存取點分 組於網目網路中之同一個叢集。存取點AP1_AP3被分組於 第一叢集，存取點AP4-AP7被分組於第二叢集，以及存取 20點AP8-AP10被分組於第三叢集。存取點被分組於同一叢集 之範圍標準以及控制順序依各協定而有不同。例如參考， (l)Mizuno等人，「多重跳越無線網路之自我組織方法 之評估」，IEICE，技術報告，Vol. 102 No. 281 ISSN 0913-5685 RCS 2000-137 (2002-08);以及 1308436 (2)Jing Zhu等人，「於802.11網目網路以實體載波感測 及二射頻多重頻道叢集來最大化聚集體產出量」，nsf_fpi 普遍運算與網路化工作室議事錄，2〇〇4年4月29·3〇曰。 前述基於節點之實體位置之頻道分配（叢集化)之優點 5 為其控制操作簡單。 於習知方法，對網目網路之各個存取點之頻道分配係 基於節點之實體位置進行，由於有足量頻道可資利用，故 介於同-叢集之多個存取點間可實現高速通訊。相反地， 跨不同叢集之各個節點間之通訊無法以高速進行，原因在 10於可供叢集間通訊用之頻道數目較少的緣故。 於網目網路中，通訊條件不固定，經常係視情況而 改變，如此跨不同叢集間常出現大量傳輸。此種情況下， 訊務量減低，網路效率低劣。

c 明内 J 15 發明概要 有鑑於前文說明之先前技術之問題而從事本發明之研 九本發月之目的係提供—種頻道分配技術，其可提高網 目網路之訊務量，且可改良網路效率。 為了達成該項目的，於本發明之一方面，提供—種於 ’周目網路之各個存取點動態分配多個無線介面頻 C之頻u配方法。該方法包括下列步驟：⑷於各個存取 點獲得有關存取點本身之節點内部資訊，以及⑻基於所獲 侍之資訊制—相_道集合來分組P錢之高訊務存 取點。 τ 20 1308436 一較佳實例中，該節點内部資訊包括表示各個頻道之 使用及品質之全部或部分頻道資訊；作業階段資訊表示各 個存取點間之一作業階段；訊務資訊表示於該存取點與通 訊中之一相對存取點間之傳輸量或頻道壅塞；以及有關是 5 否存在有來自另一系統之干擾或干擾程度之資訊。 此種情況下，該訊務資訊可包括傳輸的封包與接收的 封包數目、封包大小、以及由所採用之調變體系估計得之 頻道占據時間比率。 此種方法進一步包括根據Q 〇 s而加權該訊務資訊之步 10 驟。 另外，該方法進一步包括下列步驟：測量於該訊務資 訊監測期間，接收自其它系統之封包量、或由其它系統使 用之時間之頻道使用比率；以及判定來自其它系統之干擾。 另外，該方法進一步包括於該網目網路之多個存取點 15 間交換統計資訊之步驟。 此種情況下，該統計資訊為該網目網路中之全部存取 點所共享。 另外，該統計資訊由附近存取點所分享。 該統計資訊包括表示各個頻道之使用時間比例及品質 20 之頻道資訊、表示各存取點間之一個作業階段之作業階段 資訊、以及表示該存取點與與其通訊之一相對存取點間之 訊務量或蜜塞程度之訊務資訊。 該方法中，該叢集具有於該頻道集合中之至少一共通 頻道。 8 1308436 另外，該叢集具有與另一叢集所共享之一共通頻道， 而無由整個網目網路所共享之一共通頻道。 於本發明之另一方面，提供一存取點。該存取點包括 組配來獲得有關存取點本身之資訊之一節點内部資訊獲得 5 單元；組配來基於該節點内部資訊選定一形成叢集之節點 之一叢集化判定單元；以及組配來基於由該叢集化判定單 元所作判定結果，改變射頻無線介面之頻道之一頻道切換 〇0 — 早兀。 一較佳實例中，該存取點進一步包括組配來於其它節 10 點間交換統計資訊之一統計資訊交換單元，其中該叢集化 判定單元係基於該節點内部資訊及交換所得之統計資訊來 選擇欲形成叢集之節點。 於另一實例中，該存取點進一步包括供給一頻道改變 訊息予一路由協定之一控制線，其中該路由協定暫時使用 15 一無線介面，該無線介面係與基於該頻道改變訊息欲接受 目前通訊之頻道改變之一目標無線介面不同。 另外，該路由協定基於該頻道改變訊息，暫時懸置於 一欲接受頻道改變之目標無線介面之一路由封包的傳輸與 中繼經歷一段規定時間。 20 不似習知叢集化，習知叢集化係基於表示各個存取點 之實體位置關係之拓樸學資訊而進行，本發明中，進行動 態邏輯叢集化，因而將高訊務節點置於同一個叢集。結果 可提高網目網路之資訊流量，且可改良網目網路之效率。 圖式簡單說明 1308436 其它本發明之目的、特色及優點由後文詳細說明連同 附圓將更為彰顯，附圖者： 第1圖為示意圖顯示一種習知網目網路其中被分配之 頻道數目係等於無線介面數目； 第2圖為不意圖顯示一種習知網目網路其中被分配之 頻道數目係大於無線介面數目； 第3圖為基於節點之實體位置之習知叢集化之一實例,· 第4圖為應用本發明之頻道分配技術之-存取點之示 意方塊圖； 第5圖為訊務資訊值之計算實例； 第6圖為流程圖，顯示於一存取點進行叢集化操作之一 操作之另 第7圖為流程圖，顯示於一存取點進行叢集化 一實例； ' 15 第8圖為流程圖，顯示於-存取點進行 另一實例； 叢集化操作之又 第9圖為存取點佈局之一實例； =圖為⑽各存取點間之信號傳輸之順序圖，· 第11A圖至第nc圖顯示叢集化實例； 20 基於 第1M圖及第UB圖顯示根據本發明之—且 該頻道分配方法之叢集化實例； 〇 1 ’ 具體例，基於 第ΠΑ圖及第13B圖顯示根據本發明之 該頻道分配方法之叢集化其它實例；以及 第MA圖及第1侧顯示當頻道改變時，藉該路由模組 10 1308436 進行控制操作之實例。 【實施方式;j 較佳實施例之詳細說明 本發明之較佳具體例將於後文結合附圖作說明。具體 例中，以本發明之應用於IEEE 802.11無線LAN存取點作為 實例。 第4圖為應用本發明之頻道分配技術之一存取點之示 思方塊圖。本方塊圖只顯示叢集化相關功能結構，而删除 存取點之其它功能。 10 15

第4圖中，存取點AP1具有一節點内部資訊獲得單元 卜其係獲得存取點AP1本身之節點資訊；—統計資訊交換 單元2其係與其它節點(例如Ap2)交換統計資訊；_叢集 ，判定單元3其絲於該節_部資訊及該交換所得之 、:欲叢集化之—節點(―存取點），以及視需要請 2 另一節點來獲得核可;以及-頻道切換單元4 叢集化判定單元3所作判定結果而改變分配至 面之頻道。頻道切換單元4具有-控制線延伸至一 中繼接收得之封包至其它存取點時，該路由 模組5進仃路由，一頻道指 由模組5。若未與其它存取糾|、、1由該控制線而供給該路 而、隹—紫隹 ”例如ΑΡ2)進行統計資訊交換 而進仃叢集化，則可刪除統計資訊交換單元2。 例二:内部資訊獲得單元1所獲得之節點内部資訊實 頻道資訊 表示各個頻道之使用 及品質之資訊。更精 20 1308436 確言之，使用該頻道由該存取點發射之信標數目及平均功 率位準、使用該頻道由該存取點或屬於該存取點之一終端 裝置（基地台）發射之資料圖框數目及資料圖框平均功率位 準、及由其它系統占據頻道造成之干擾及雜訊位準或白雜 5訊等皆係含括於該頻道資訊。 作業階段資訊：表示該存取點與與其通訊之相對存取 點間之-作業階段之資訊。射言之，相對節細仲位址 或MAC位址）、目前作業階段之無線調變體系及傳輸速率 (位元速率）、以及用於該作業階段之頻道資訊等皆係含括於 10 作業階段資訊。 曰訊務資訊:表示該存取點與相對節點(存取點)間之傳輸 量或頻塞程度之資訊^精確言之，於通訊期間於該存 取點及相關基地台發射與接收之資料圖框數目、圖框大 小、用來發射®框之觀體系、該圖框發射要求之頻道占 15

據夺間及每單位時間之傳輸速率等皆係含括於訊務資訊。 須/主W若事先已知出現重載訊務，或若要求於高

QoS(服務时質）之向品質傳輸’則可由上層接收優先順位經 排序之節點或訊務資訊。此種優先順位排序資訊也可用於 叢集化節點測定。 虽要求南品質傳輸時，經由應用IEEE 802_lle標準或 IETF DiffServe標準或其它Q〇s技術可實現所 需QoS。此種 潰況下因各個圖枢有一個寫q〇s值的攔位，故可逐一圖框 來判疋Q〇S。對有高Q〇s值之資料圖框，可估計圖框大小係 大於實際大小’因而提供高訊務外觀來允許偏好分配一頻 12 1308436 道。例如，對具有高Q〇S值之資料圖框，可估計資料圖框大 小為實際大小的三倍大。使用此種配置，當存在有高品質 通讯諸如視訊會議資料傳輸或¥〇1以透過網際網路協定之 3吾音）呼叫時，頻道偏好被分配給該種資料傳輸，結果可達 5成向品質通訊。當無需高Q〇s時，頻道的分配係基於尋常通 訊之訊務位準進行。如此無需事先手動設定分配頻道給高 Q〇s路由路徑，反而可考慮目前要求的Q〇s來實現彈性頻道 分配。 第5圖顯示與IEEE 802.1 le QoS相應之訊務資訊值之計 10算實例。第5圖之方程式左方表示基於IEEE 802.11a無線介 面’存取點A與存取點B間之鏈路訊務資訊Tb方程式的右 方對應於語音、視訊及其它資料型別之存取類別AC0、 AC1、AC2及AC3之訊務量分別乘以加權因素a、b、c及d。 加權後之訊務量加總，除以A與B間之傳輸速率。係數a、b、 15 c及d例如設定為a=i〇、b=5、c=l及d=0.5。 至於欲測定之訊務資訊，IEEE 802.11系統採用適應性 調變’來依據頻道傳播情況而適應性改變調變體系。當頻 道品質良好時，使用可高速傳輸之調變體系；而當頻道傳 播情況不佳時，採用有高錯誤忍受度但有低傳輸速率之另 20 一種調變體系。如此達成與環境相應之適應傳輸。 現在假設等量資料係於可高速傳輪之具有滿意的頻道 情況之一鏈路、以及具有劣化頻道情況及較低傳輸速率之 一鏈路傳輸。只注意傳輸資料量與接收資料量，流經二鏈 路之訊務量相等。但於實際射頻情況下’由此二鏈路加諸 © 13 1308436 無線頻道之負載不同。有劣化情況而被迫降低傳輸速率之 頻道中W祕用較多無線頻道資源予資料傳輸。 於實際傳輪中，係於該網路之多重鏈路進行通气 鑑於此’變成Μ需要敎收«料量，同時也須測定實 際無線頻道占據時間比率作為訊務資訊，俾便實現更有效 之無線頻道分配。 ’ 為了測定實際無線頻道使用之時間比率 一種方法係直制Μ財身之時 間，以及基於測得之傳輸時間/接收時間來計算每—單位時 10 間，無線頻道被占用量。 另-種方法係基於實際傳輸與接受之資料大小及封包 數，以及基㈣於傳輸之位元速率，來計算頻道占用時間 比率。 經由將傳輸資訊與接收資訊總量除以採用之位元速 率，可求出對該資料傳輸量之無線頻道耗用時間。由封包 數及封包大小，算出傳輸資料及接„料之總量。有兩種 計算傳輸資料/接收資料之總量之方法，亦即—種方法係基 15

於位元組值及位元料來計算各㈣包之傳輪時間及接收 時間且將其加總；以及一種方法係基於平均封包大】平 均傳輸封包數及制之位元速率，料算於^時二間隔 之資料量。前-方法可計算小量變化’但後述方法因於恨 定間隔非連續計算，故具有處理讀_量低的 與訊務資訊之测量同時，也可基於接收得之封包之來 源位址、圖框之SSDD(服務集合識別符)欄位、或網目二路瓜 20 1308436 資訊，來由另，系統識別一封包。此外，經由監視其它系 統之頻道占據時間，可了解其它系統之無線頻帶占用比。 使用此項資訊，當干擾變大時，可進行頻道切換，來避開 來自其它系統之干擾。經由含括干擾資訊於高干擾期間之 5訊務資訊中，玎報告干擾出現給其它節點，來催促其它節 點更換頻率。此種配置之優點為於傳播情況及無線情況經 常性變更之一網目網路中，干擾資訊為該網目網路所共享。 利用第4圖之統計資訊交換單元2來於各個存取點間交 換的統計資訊’包括各個節點（存取點）之有關過去記錄經統 10計處理後之資訊及要求之節點内部資訊，諸如平均移動速 度及數位濾波資訊，以及允許估計整體網路訊務及頻道壅 塞之分佈之資訊，該資訊無法由節點本身獲得，但可由其 它節點透過資訊交換而獲得。 於叢集化處理前，介於各節點間交換之資訊有三大類 15型統計資訊，亦即 (1) 介於全部節點間交換統計資訊， (2) 只介於鄰近節點間交換統計資訊，以及 (3) 未進行統計資訊交換(判定為只使用節點内部資訊 來進行叢集化）。 圖将仙、， 铞作之流程圖，該流程 :相係應與⑴魏_與全換統計資 第6圖中’存取點等候至滿足叢集化開 足叢集化職情況i實例為(例如〗）當叢集:作係於怪 15 1308436 定間隔進行時，經過一段規定時間；（例如2)當叢集化操作 係根據網路之拓樸結構或路由路徑之改變進行時，接收到 來自上層諸如路由層的指令。另外，若叢集化操作係始於 因通訊結束或通訊開始之訊務量改變時，則當統計資訊值 5 或改變量超過接收或測定欲交換之統計資訊之時間規定之 臨界值時，滿足叢集化開始情況。若有二或二以上節點同 時開始叢集化操作，則可由此等節點選用相同頻道。如此， 此種情況下，於滿足叢集化開始情況算起，經過一段隨機 時間後，各個節點開始叢集化操作。 10 當滿足開始情況而開始叢集化操作時，節點内部資訊 獲得單元1 (第4圖）獲得於該節點本身所產生或所聚集之資 訊(S2)。 然後，統計資訊交換單元2 (第4圖）與其它節點間交換統 計資訊，以及基於訊務負荷來排序相對節點資訊(S3)。 15 然後叢集化判定單元3 (第4圖）基於所獲得之節點内部 資訊以及透過資訊共享（交換）而得自其它節點之統計資 訊，來選擇欲分組於同一個群集之節點（S4)。叢集化處理或 頻道分配處理係針對增加路由路徑至候補資料；分散壅塞 路由路徑之訊務負荷來增加資料流量；分配該頻道作為重 20 載訊務節點之頻道來增加資訊流量；避免因佈局其中特殊 節點用作為隱藏節點或暴露節點，造成出現干擾或衝突以 及資料流量的下降；以及經由使用與重載訊務節點間之鏈 路所使用之頻道不同的頻道，來防止因衝突或傳輸佇列造 成資訊流量的下降。 16 1308436 i然後判定是否需要分組新叢集（S5)。若無需新叢集化 (目前狀態維持不變）’則處理程序返回步驟S1，等候至滿足 叢集化開始情況為止。 若要求新的叢集化，則無線介面之頻道藉頻道切換單 5元4而改曼（第4圖）來進行叢集化(S6)。於此步驟，選用適當 頻道俾不致於與鄰近叢集重疊，來避免射頻波的干擾，且 與頻道品質符合一致。假設同一個頻道集合用於-叢集； 但該叢集的全部節點皆無需使用該相同頻道。例如於使用 一無線"面之情況下，可使用3或3以上頻道之一頻道集 10 &此種If况下’實際分配之二頻道係選自各節點之頻道 集合。同理適用於無線介面數目於各節點間改變之情況。 頻道改變後’處理程序返回步驟s卜等候至再度滿足 叢集化開始情況。 須注意即使於根據頻道品質或其它因素作叢集化處理 15以及於叢集化過程中皆可適當進行頻道的改變。 第7圖為藉一存取點進行叢集化操作之另一實例之流 程圖。本例中，只基於節點内部資訊作叢集化判定，而未 於各個節點間交換統計資訊。 20 第7圖中’存取點等候至滿足叢集化開始情況(sn)。滿 =叢集化開始情況之-實例為（例如1}當叢集化操作係於怪 定間隔進行時，經過—段規定時間；（例如2)當 係根據網路之拓觀構或路由職之改魏行日^接收到 1自上層諸如路由層的指令。另外，若叢集化操作係始於 通縣束朗關狀訊務纽，料，貞彳當料資訊值 17 1308436 SXi PX 'ISC 2. 4甽定統計資訊之時間規定 Γ㈣集化開始情况。若有二或二以上節點同： 叢集化操作’則可由此等節點選用相同頻道。如:= 情況下，於滿足叢集化開始情況算起，經過-段隨機時門 後，各個節點開始叢集化操作。 機夺間 當滿Μ始情⑽開始 獲得單元1 (第4圖)獲；^ 即_部資訊 訊(S12)。 —本身所產生或所聚集之資 然後，叢集化判定I _ 10 訊選擇該存取點想要；;之節點内部資 (S13)。於此步驟，叢隼 寻即點 路由路徑至候補資料:，頻道分配處理係針對增加 加資料流量;分配該頻;=由路徑之訊務負荷來增 資訊流量；避免因佈局装務節點之頻道來增加 "節點，造成出現干擾:c===藏節點或暴 用與重载訊務節點間之鏈路所制之二不降同= k，來防止_突或傳輪仰造成資訊流量的下降。 然仙定是否f要分組新叢集(S14)。若無需新叢集化 20 J狀…維持不變）’則處理程序返回步驟如，等候至滿 疋叢集化開始情況為止。 广要求新叢集化，則存取點對步驟S13選定之其它節點 發送叢集化請求(S15)。 、右該叢集化4求未被其它節點所核可(S16為N〇)，則處 理返回步驟Su，等候再度滿足叢集化開始情況。 18 1308436 若叢集化請求被其它節點所核可(S16為YES)，則無線 介面頻道由頻道切換單元4改變（第4圖）來進行叢集化 (S17)。然後處理返回步驟Su，等候再度滿足叢集化開始 情況。 I從π瑕罘化晃现俊根據頻道品5 %六匕㈡尔 於叢集化處理程序中皆可適當進行頻道的改變。 第8圖為於該網路之各個節點(存取點)進行叢集化 之又另一實例之流程圖。 10 15 20 第8圖中，於起始後’存取點視需要獲得統計資 點内部資訊）’且每次發生—事件時與其它節點交 ^ 訊卿）。發生-事件之實例為當統計資訊係定期發㉑= 資訊共享(歧換)時經過-段規料間；紐生 例為於訊務改變之情況下，若發送統計資訊心=實 享’改變速率增高或所得節點内 ^訊共 臨界值。 丨貝訊之絕對值超過—個 ，操作係根據網路之拓樸結構或路 〜 時，接收料自上層諸如路由層的指令^外，^進行 ^作係始於因通訊結束或通訊開始 叢集化 :計資職或改變量超過接收或測定欲交換二則當 =:疋之臨界值時’滿足叢集化開始情況。若有-:之 上郎點同時開始叢集化操作，則可由此等節點=: 19 1308436 頻道。如此，此種情況下，於滿足叢集化開始情況算起， 經過-段隨機時間後’各個節點開始叢集化操作。 &然後叢集化判定單元3(第4圖）基於所獲得之節點内部 貝:以及透過資訊交換而得自其它節點之統計資訊，來選 5擇存取點想要置於同一個群集之節點(s24)。於此步驟，叢 集化處理或頻道分喊理係針對增加路由路徑至候補資 料；分散墼塞路由路徑之訊務負荷來增加資料流量；分配 該頻道作為重載訊務節點之頻道來增加資訊流量；避免因 佈局其中特殊節點用作為隱藏節點或暴露節點，造成出現 H)干擾或衝突以及資料流量的下降；以及經由使用與重載訊 務節點間之鏈路所使用之頻道不同的頻道，來防止因衝突 或傳輸佇列造成資訊流量的下降。 然後判定是否需要分組新叢集(S25)。若無需新叢集化 (目則狀態維持不變），則處理程序返回步驟S23，等候至滿 15足叢集化開始情況為止。 若要求新的叢集化，則頻道切換單元4發送一叢集化請 求給所選定之欲被叢集化之節點（S26)。若接收到肯定回 應，則進行頻道交換(S27)。若透過統計資訊交換而全部節 點共享相同資訊，則可删除叢集化請求的發送(S26)。此種 20 情況下，可未進行節點間之請求順序而進行頻道改變。頻 道改變中，可選用適當頻道俾不致於與鄰近叢集重疊，來 避免射頻波的干擾’且與頻道品質符合一致。假設同一個 頻道集合用於一叢集；但該叢集的全部節點皆無需使用該 相同頻道。例如於使用二無線介面之情況下，可使用3或3 20 1308436 以上頻道之-頻道集合。此種情況下，實際分配之二頻道 係選自各節點之頻道集合。同理適用於無線介面數目於各 節點間改變之情況。 頻道改變後’處理程序返回步驟S23，等候至再度滿足 5 叢集化開始情況。 即使於根據頻道品質或其它因素作叢集化處理以及於 叢集化過程中皆可適當進行頻道的改變。若經由交換統計 資訊判定訊務情況已經改變，且執行叢集化可能造成系統 的資料流量下降，則頻道可回復至先前狀態，或可連續執 10 行其它頻道改變。 第9圖為存取點佈局之實例。存取點a、b、c、〇灿 各有兩個㈣介面，料臟敗m無線介面及麵 8〇2_llg無線介面。 15 20 ，叫职小團之拓樸結構中排列之各 個存取點間之訊息傳輸。統計資訊係於存取點Μ間交換， ^個存取點起始統計資訊且進送統計資訊(S31及S32)。然 ===求存取點D來叢集化，且由存取點D接收 頻錢㈣料描(s34)，指定—個 來與存取點崎訊(嘲，以及進行頻道改變。 叢集==第：^ 點間之雙線鏈。第11A圖至第uc圖中，節 的數據淡1 使用二無線介面進行傳輸，鍵路上 指示鍵路訊務（例如頻道占用時間比率 时子取點A-B經由統計資訊之交換共享訊務資訊而了 21 1308436 點之訊務，各個節點可估 何，存取點（節點）本身之 呀之訊務負 之比例，或估計若一特1負何相對於整體網路訊務負荷 至何種程度。舉例言之：變頻道則資料流量將改善 又換而了料負荷鏈路係存在於路me及D_E。 因存取點Α·Ε各自只同時與二 當辦法係將Α、Β及C業n 1㈣目"面’故最適 隼，央〜 同時將_分組於不同叢 不同頻道給二無線介面，，由一存取點來 10 15 ^即點(存取點)本身之織化及另—節點之叢集化。 第ham示錢化前之_。假設於存取點c，有訊 務5〇」之鏈路超過第—臨界值丁卜鏈路占有率(50/70)超 過第一臨界值Τ2。此種情況下，存取點c請求存取點Β改變 頻道來將存取點时組於同—叢集。同理，若於存取點狀 有務50」之鏈路超過第一臨界值71，鍵路占有率(so·) 超過第二臨界值17 ’則存取請求存取點D改變頻道俾便 成為與存取點D的同-個叢集。第UB圖之箭頭指示頻道改 變之請求之傳輸。 響應於改變頻道之請求，存取點3拒絕改變頻道，因鏈 路Α·Β處於高負荷態，而存取點D接受改變頻道。然後如第 2〇 11C圖所示，存取點D及Ε改變頻道，故由存取點至其 它存取點A、Β及C之鏈路使用單—無線介面藉一共通頻道 連結’同時使用二無線介面維持存取點D與e間之鏈路來忍 受高負荷。 (當然此乃範例演繹法則，故若適當使用臨界值且使用

22 (S 1308436 另一判定演繹法則，則可同時改變頻道A-B-C) 若判定要求新叢集化，則進行頻道分配。主要有三種 頻道分配方法列舉如後。 (1) 若全部節點透過統計資訊的交換而共享相同資訊， 5 則可改變頻道而未交換各節點間的順序。此種方法無需傳 輸訊息，其優點為不會增加頻道的負荷量。 (2) 由請求頻道改變之一節點傳輸一頻道改變指令訊息 至協力來進行頻道改變之一節點（叢集成員）。當接收到頻道 改變訊息時，被請求之節點改變目前頻道成為該頻道改變 10 訊息中所指定的新頻道。使用此種方法，因頻道改變指令 訊息的傳輸，故比較方法（1)可能增加頻道負荷量；但其優 點為基於頻道指定而可以可靠方式改變頻道成為較佳者。 (3) 證實意圖透過傳輸訊息來叢集化，證實後發送一頻 道改變指令訊息。此種方法造成負荷量遠更增加；但可根 15 據各個節點的情況而可靠地進行頻道改變。第11A圖至第 11C圖所示實例係採用方法(3)。 第12A圖及第12B圖顯示根據本發明之一具體例，藉頻 道分配方法而叢集化之另一實例，其中提供一共通頻道。 如第12A圖所示，各個存取點有二無線介面，使用一共通頻 20 道「lch」。叢集C1使用「lch」與「3ch」之一頻道集合， 叢集C2使用「lch」與「2ch」之一頻道集合。任一頻道集 合分配給各個存取點。此種配置可應用至各個存取點有二 或二以上無線介面之情況。 第12B圖顯示一叢集化之網目網路，其中進行動態邏輯 (§、 23 1308436 叢集化，因而將有高訊務之存取點置於同一個叢集，而與 該等存取點之實體位置(拓樸結構)無關。本實例中，存取點 API、AP4、AP5、AP6及AP7被組裝於同一個叢集，而存 取點AP2、AP3、AP8及AP9被置於另一個叢集。位置彼此 5 遠離之各個存取點無法彼此直接通訊，因同一個叢集内部 射頻波無法直接到達。 此種情況下，因同一個叢集之各個存取點有兩個頻道 可資應用，故可進行高速傳輸，而可構成適合目前有高訊 務之傳輸情況之環境。根據目前傳輸情況，也可使用該共 10 通頻道來充分進行叢集間之通訊(跨不同叢集之通訊），但不 如叢集内部之通訊有效。 第13A圖及第13B圖顯示根據本發明之一具體例，基於 頻道分配之叢集化之另一實例，其中未設置跨整個網路之 一共通頻道。如第13A圖所示，各個存取點有二無線介面。 15 叢集C1係使用「lch」與「2ch」之一頻道集合，叢集C2係 使用「2ch」與「3ch」之一頻道集合，及叢集C3係使用「lch」 與「3ch」之一頻道集合。叢集Cl與C2間係使用「2ch」作 為共通頻道。頻道「3ch」係介於叢集C2與C3間共享，頻道 厂kh」則有叢集C3與C1間共同使用。此種配置可應用至各 20 個存取點有二或二以上無線介面之情況。 第13B圖顯示一叢集化網目網路，其中存取點API、AP7 及AP9係組合於同一叢集，存取點AP2、AP3及AP8係組合 於另一叢集，以及存取點AP4、Ap5及AP6係置於又另一叢 集。因射頻波無法到達同一個叢集之各處，故位置彼此遠 24 1308436 離之存取點無法彼此 通訊。 此種情況下，因同一個叢集之各個存取點有兩個頻道 ° =貝應用’故可進行高速傳輸，而可構成適合目前有高訊 務之傳輪情況之環境。根據目前傳輸情況，也可使用介於 5 特定#|β 取果之一共通頻道（即使整個網路並無一共享的共通 頻道）來充分進行叢集間之通訊(跨不同叢集之通訊）’但不 叢集内部之通訊有效。第13圖所示配置比較第12圖所示 置因較不可能發生射頻波干擾，故可以較高速率達成 叢集間之通訊。 通常於控制操作期間產生延遲時間來進行頻道改變。 ▲外，畲各個節點之路由模組5(第4圖）切換路由路徑時’可 此暫時切斷通訊可能造成封包的遺失。因此理由故’各節 點係組配來對該路由模組5供給一頻道指示訊息，其含有有 關欲改變之無線介面之資訊來進行頻道之改變。當接收到 釔號時’路由模組5之路由協定使用另一路由來進行通訊直 J頻道改變元成為止。換言之，使用改變的無線介面來懸 置路由h號的傳輸，可避免封包的遺失。 第14A圖及第14B圖為示意圖，顯示改變頻道時進行之 路由模組5之控制操作。如第14A圖所示，使用無線介面11a 2〇及1U二者，由存取點A發送一路由請求至存取點B。當無 線介面11a之頻道改變時，存取點B&c各自對路由模組供給 一頻道指不訊息，其含有有關欲改變之該節點之無線介面 資訊。當接收到該信號時，路由模組懸置於無線介面11a(欲 改變之無線介面）之路由信號的傳輸經歷一段比該路由更 25 1308436 新時間間隔更長的時間。如此，如第14B圖所示，經由無線 介面lla之路由請求被關閉一段時間，因而於頻道改變前不 使用無線介面11a。於頻道改變後，再度開始使用無線介面 lla之路由傳輸信號，且防止於頻道改變期間的封包遺失。 5 使用此種配置，可進行路由因而與頻道改變操作符合 -致，而未改變路由狀的本身、或狀態變遷、或操作二 程。 本發明之應用用途包括家用網目網路包括電視機、 DVD播放及其它家用電子產品，該等魏係作為存取 1〇點。當由電視機至DVD播放器出現大量資料傳輸時，由於 基於習知㈣結構，於頻道分配下，介於電視機與dvd播 放器間之頻道數目不足’故無法進行順利資料傳輸。此外， 於網目網路使用其它存取點（諸如個人電腦)於f知拓樸結 構下可斯文到不良影響。相反地，使用根據本發明之具體 例之頻道分配，其間欲進行大量資料傳輸之電視機與 播放器係含括關-錢，㈣誠可優絲態分配給該 等電氣。結果可達成電視機與DVD播放器間之順利資料傳 輸，而未對其它存取點的使用造成不良影響。

已經使用應用IEEE 802.11無線LAN，基於特定具體例 2〇來忒明本發明。但本發明非僅限於該實例，可未悖離如隨 附之申請專利範圍界定之本發明之精髓及範圍而做出多項 修改及取代。例如本發明可應用於IEEE 802.15標準、IEEE 802.16標準、IEEE 8〇2 2〇標準及蜂巢式通訊系統之二基地 台間的通訊。 26 1308436 本專利申請案係基於曰本專利申請案第2004-201061 號，申請日2004年7月7日及日本專利申請案第2005-122564 號，申請曰2005年4月20曰且請求二案之優先申請權，二案 全文内容以引用方式併入此處。 5 【圖式簡單說明】 第1圖為示意圖顯示一種習知網目網路其中被分配之 頻道數目係等於無線介面數目； 第2圖為示意圖顯示一種習知網目網路其中被分配之 頻道數目係大於無線介面數目； 10 第3圖為基於節點之實體位置之習知叢集化之一實例； 第4圖為應用本發明之頻道分配技術之一存取點之示 意方塊圖； 第5圖為訊務資訊值之計算實例； 第6圖為流程圖，顯示於一存取點進行叢集化操作之一 15 實例； 第7圖為流程圖，顯示於一存取點進行叢集化操作之另 一實例； 第8圖為流程圖，顯示於一存取點進行叢集化操作之又 另一實例； 20 第9圖為存取點佈局之一實例； 第10圖為介於各存取點間之信號傳輸之順序圖； 第11A圖至第11C圖顯示叢集化實例； 第12A圖及第12B圖顯示根據本發明之一具體例，基於 該頻道分配方法之叢集化實例； (S： 27 1308436 第13A圖及第13B圖顯示根據本發明之一具體例，基於 該頻道分配方法之叢集化其它實例；以及 第14A圖及第14B圖顯示當頻道改變時，藉該路由模組 進行控制操作之實例。 5 【主要元件符號說明】 1.. .節點内資訊獲得單元 2.. .統計資訊交換單元 3.. .叢集化判定單元 4.. .頻道交換單元 5.. .路由模組 ac…存取類別 AP...存取點 f...頻道 S1-S35...步驟

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Claims (1)

1308436 Γ-- , 月夕曰修正替換頁 十、申請專利範圍： 第94122886號申請案申請專利範圍修正本 96.10.24. 1. 一種於含括於網目網路中之多個存取點動態分配多個 無線電介面的頻道之頻道分配方法，該方法包含下列步 5 驟： 於各個存取點獲得有關存取點本身之節點内部資 訊； φ 基於所獲得之資訊使用一相同頻道集合來分組於 一叢集之高訊務存取點。 10 2.如申請專利範圍第1項之方法，其中該節點内部資訊包 括： 表示各個頻道之使用及品質之全部或部分頻道資 訊； ' 作業階段資訊表示各個存取點間之一作業階段； 15 訊務資訊表示於該存取點與通訊中之一相對存取 • 點間之傳輸量或頻道壅塞；以及 有關是否存在有來自另一系統之干擾或干擾程度 之資訊。 又 2〇 3·如申請專利範圍第2項之方法，其中該訊務資訊包括傳 〇 輸的封包與接收的封包數目、封包大小、以及由所採用 之調變體系估計得之頻道占據時間比率。 木 4·如申請專利範圍第2項之方法，進一步包含下述步驟·· 根據服務品質（Q0S)來加權該訊務資訊。 5·如申請專利範圍第2項之方法，進—步包含下列步驟： 29 %年/〇月^δ修正替換頁 I3〇8436 測里於該訊務資訊監測期間，接收自其它系統之封 包里、或由其它系統使用之時間之頻道使用比率；以及 判定來自其它系統之干擾。 6_如申請專利範圍第丨項之方法，進—步包含下述步驟： 於該網目網路之料存取關交換統計資訊。 7·如申請專利範圍第6項之方法，其中該統計資訊為該網 目網路中之全部存取點所共享。 8. =申請專利範圍第6項之方法，其中該統計資訊由附近 存取點所分享^ 10 15 20 9. 如申料鄉_6項之方法，其中該統計f訊包括： 厂、各個頻道之使用時間比例及品質之頻道資訊； 表不各存取點間之一個作業階段之作業階段資 °礼，以及 表示該存取點與盘1 務量或奎塞程度之訊務資^訊之一相對存取點間之訊 ΐθ.==範圍第1項之方法，其中該叢集於遍佈該網 ::路之頻道集合中至少有—共通頻道。 L如申請專利範圍第丨項之 叢集所共享之—此通頻、/去、中該叢集具有與另— 之-共通頻道。 、，而無由整個網目網路所共享 12·—種存取點，包含： 組配來獲得有财 資訊獲得單元； I點本身之貧訊之-節點内部 組配來基於該節點内部 6 貝°孔選疋一形成叢集之節 30 1308436 .點之一叢集化判定單元 餐钐月Θ修正替換頁 以及 組配録於由狀單_作狀結果，改 變一無線電介面頻道之一頻道切換單元。 α如申請專利制第吻之存取點，進—步包含： 六j配來於其它節點間交換統計資訊之—統計資訊 父換單元， ▲-中該叢集化判定單元係基於該節點内部資訊及 交換所得之統計資訊來選擇欲形成叢集之節點。、 κ如申請專利範圍第12項之存取點，進—步包含.· 供給-頻道改變訊息予一路由協定之一控制線； 其中該路由協定暫時使用—鱗電介面，該無線電 介面係與基於該頻道改變訊息欲接受目前通訊之頻道 改變之一目標無線電介面不同。 15·如申請專利_第12項之存取點，進—步包含： t、給-頻道改變訊息予—路由協定之—控制線； 其令該路由協定基於該頻道改變訊息，暫時懸置於 —欲接受頻道改變之目標無線電介面之-路由封包的 傳輸與中繼經歷一段規定時間。 31