TWI381757B - 基本服務集組之動態頻率選擇方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於無線通訊,尤指在無線局部面積網路(WLAN)內,為基本服務集組(BSS)動態選擇通訊頻道之方法。
膝上型和手提活動型電腦的風行,產生附帶需要堅固、可靠和高性能之無線網路,使此等無線裝置的活動優點達到最大,並增加構造容易性,以及無線網路之管理。
IEEE 802.11標準特定無線局部面積網路(WLAN)用之媒體存取控制(MAC)和實體(PHY)層。一般而言,WLAN有二變體:基礎結構型和特別設施型無線網路。在基礎結構型網路中,通訊典型上只發生在稱為站(STA)的無線節點和存取點(AP)之間,因此,無線節點(STA)可經存取點(AP)交換資料。在特別設施型網路中,通訊直接發生在無線節點(STA)間,與前一網路的方式不同。
同樣無線電涵蓋範圍內的無線節點(STA),已知為基本服務集組(BSS),可利用主無線裝置建立和識別,做為中心決策者。例如,在基礎結構型網路中,存取點(AP)可按照IEEE 802.11標準建立BSS,而在特別設施型無線網路中,BSS識別站對結合BSS的其他站,扮演中心決策者的角色。
當二相鄰BSS位於彼此接近,並在同樣或相鄰頻道操作(稱為疊合式BSS),即難以支持所需的服務品質(QoS),由於疊合式BSS之間可能會彼此干擾。此外,接近特殊存取點的其他共同定位系統,會造成通訊干擾。在WLAN配置之前,尤其是在WLAN裝置在附近單獨操作的家庭/公司環境內,對BSS小心計劃頻道部署,並非始終能避開干擾。
已知有些動態頻率選擇(DFS)計劃,能夠解決問題,並編入IEEE 802.11標準。在大多數現有DFS計劃中,各可行頻道之品質先由諸站測量,再報到存取點。最少干擾且最佳品質之頻道,即可選用做可切換進入的BSS新頻道。在已知動態頻率選擇機制內,WLAN的操作頻道是按照接收訊號強度指示(RSSI)和在頻道測量之際利用AP所得清晰頻道評鑑(CCA)佔用期之頻道品質參數,進行動態選擇。然而,由於此等已知DFS計劃全部有賴諸站和存取點間之通訊,乃對現時802.11規格引進一些變化,會在不同廠商的無線裝置間帶來相容性問題。
此外,習知DFS計劃不能處理複數BSS同時自動選擇頻道的情況,例如當二個AP同時啟用。同時起動頻道選擇之存取點,會污穢現有操作BSS的檢測結果,干擾新頻道選擇之決定。在此情況下,AP可選擇同樣頻道,因為檢測同樣無線環境。
因此,亟需改進不符IEEE 802.11標準的動態頻率選擇計劃,但即使在複數存取點同時自動選擇頻道時,亦可適當選用頻率頻道。
本發明係針對無線局部面積網路(WLAN)內之動態頻率選擇方法,其中利用主要無線裝置建立的基本服務集組(BSS),可按照主要無線裝置決定的標準,從複數頻道中自動選出頻道。
本發明動態頻率選擇(DFS)方法包括:決定步驟,決定該BSS是否需要使用新頻道;掃描步驟,由該主要無線裝置進行,根據隨機順位,掃描全部頻道,檢測是否有其他相鄰BSS存在,同時進行DFS,只有當該主要無線裝置的順位,是全部受檢的現有BSS當中最高時,才告完成;測量步驟,由該主要無線裝置進行,根據對現有操作BSS的掃描結果,測量複數頻道之頻道品質;以及選擇步驟,根據頻道品質參數,包含接收訊號強度指示(RSSI)和清晰頻道評鑑(CCA)佔用期,選擇一頻道。
有利的是,本發明實施動態頻率選擇,對IEEE 802.11標準不加以任何修改,與存取點關聯的無線站之實現,亦無任何要求。
本發明DFS法之掃描步驟包括副步驟為:把該主要無線裝置切換至預定頻道;把該主要無線裝置的原有SSID,換成含有隨機發生的順位識別號碼之掃描操作SSID;掃描全部頻道,以檢測是否有其他相鄰BSS存在,同時進行DFS;掃描預定頻道,以檢測是否有其他相鄰BSS存在,同時進行DFS;在完成檢測後,得出現有操作BSS之列表。其中該掃描操作SSID包括二部份,第一部份辨識該主要無線裝置之掃描狀態,而第二部份辨識該主要無線裝置掃描操作之隨機發生順位。
有益的是,掃描步驟能夠檢測相關BSS的若干主要無線裝置是否同時掃描或測量頻道,並避免有一以上的主要無線裝置同時選擇頻道,所以甚至在複數存取點同時自動進行DFS時,共同定位的BSS可以最少干擾均勻分佈於不同頻道。
本發明參照附圖加以詳細說明如下,即可完全明白。
本發明提供在無線局部面積網路環境內,動態選擇通訊頻道之方法。第1圖表示基礎結構型網路,對此應用本發明方法。同樣無線電涵蓋面積內的活動站(STA)和存取點(AP),稱為基本服務集組(BSS)。如第1圖所示,以二BSS為例,第一基本服務集組BSS1
涵蓋STA1
、STA2
和AP1
,第二基本服務集組BSS2
涵蓋STA3
、STA4
和AP2
。與有線或無線網路耦合的存取點AP1
和AP2
,以及透過無線連路與各存取點AP1
、AP2
耦合之STA1
、STA2
、STA3
、STA4
,彼此經由複數無線頻道通訊。BSS內之諸STA可經由相對應AP彼此交換資料。
AP用來指揮通訊量,提供存取於其他網路,支持在BSS內的巡迴(例如改變存取點)和同步化,支持功率管理,以及控制媒體存取,以支持在BSS內之時限服務。
第2圖表示特別設施型網路,可應用本發明方法。第一基本服務集組BSS1
'涵蓋STA1
'和STA2
'。第二基本服務集組BSS2
'涵蓋STA3
'和STA4
'。在BSS1
'或BSS2
'中,提供中心決策者功能性的STA之一,用做主要無線裝置,等於基礎結構型無線網路之存取點。
須知較佳具體例係就基礎結構型IEEE 802.11標準加以說明,亦可適用於特別設施型IEEE 802.11 WLAN。然而,須知參照IEEE 802.11標準及其各項術語,並無意限制本發明之範圍。因此,本發明適合應用於各種其他無線通訊系統,利用複數操作頻率供資料傳輸。此外,須知第1圖或第2圖所示網路為了說明而縮小。實際上,大多數網路會包含很大量的活動STA和AP。
茲參照第1圖詳細說明本發明之原理。本發明動態頻率選擇方法應用於無線局部面積網路(WLAN),係按照無線環境,令AP對與其BSS關聯之所有站(STA)提供新的無線連結,亦可減少對其他共同定位系統之干擾。BSS1
之AP1
係在與相鄰BSS2
疊合區,因而經歷到相鄰BSS2
的AP2
干擾。本發明令AP1
和/或AP2
自動選擇新頻道,即可避免此情況。
參見第3圖,按照本發明方法,新頻道的動態頻率選擇主要包含下列步驟:掃描頻道(步驟100);測量頻道(步驟200);選擇新頻道(步驟300);和切換至所選擇新頻道(步驟400)。
首先,在起動頻道選擇時,主要無線裝置(AP)決定其關聯BSS是否需用新頻道。若發生一些特別事件,可起動自動頻道選擇。例如,(1)啟動AP;(2)管理員手動使AP開始自動頻道選擇;(3)發生BSS疊合,造成頻道干擾;(4)檢測其他特許操作者造成頻道干擾;(5)構成AP定期自動選擇頻道,依此類推。若發生任何此等事件,AP可自動選擇新的無線連結以操作其BSS。此等事件有些需AP瞭解現時無線環境的狀態,以及其他特許操作員的存在。須知起動過程是實施專用,且為技術上所公知。
為選擇最佳頻道,存取員需檢測無線環境的狀態,例如現有操作的基本服務集組(BSS)。然而,在若干情況下,複數存取點(AP)可同時起動頻道選擇。同時起動頻道選擇的AP會污穢現有操作BSS的檢測結果,而干擾新頻道選擇的決策。
例如,參見第1圖,假設頻道x上的AP1
和頻道y上的AP2
,同時自動選擇頻道。AP1
不會選擇頻道y,因其為頻道y上的AP2
檢測BSS2
。同樣方式,AP2
不會選擇頻道x,因其為頻道x上的AP1
檢測BSS1
。結果,當AP1
和AP2
完成頻道選擇,頻道x和y即自由,無任何BSS。
因此,當一AP自動選擇頻道,必須瞭解是另外哪一個AP也在自動選擇頻道,並從現有BSS列表上排除那些存取點。
另外面,若超出一AP同時選擇頻道,可以全部或然率選擇同樣頻道,因其檢測同樣的現有BSS列表,並使用同樣頻道選擇方法,使得選擇結果並非最佳。例如,假設AP1
檢測頻道x上的AP2
,而頻道y上無AP,則AP1
選擇頻道y為新頻道。然而,AP2
亦自動選擇頻道,也選擇頻道y為新頻道,因為在頻道y上找到AP。亦即在頻道選擇之後,AP1
和AP2
在同樣頻道上操作,彼此遭遇嚴重干擾。
結果,必須有機制檢測哪些存取點同時在選擇頻道,並避免有一以上的存取點同時掃描和獲得現有操作BSS。為達成此事,本發明實施特殊檢測過程,係構成並使用操作SSID,相當於AP的原有SSID,不會對IEEE 802.11標準引起任何變化。
為檢測哪些存取點是同時在自動選擇頻道,先把存取點從其原有SSID改變成操作SSID,在無線網路上廣告此操作SSID。藉檢測操作SSID,各存取點知道哪一個BSS正在掃描頻道或測量頻道。為避免一以上的存取點同時測量頻道,操作SSID含有順位資訊,故只有最高順位的存取點才會掃描和測量頻道。
如上所述,操作SSID含二部份,第一部份有預定ID,可辨識存取點究係在掃描頻道或測量頻道狀態,而第二部份有此存取點之隨機發生順位識別號碼,供頻道掃描之用。例如,掃描頻道之存取點可用「ScanSSID-832」做為其掃描操作SSID,而測量頻道之存取點可用「MeasureSSID-218」做為其測量操作SSID。其中「ScanSSID-」是指明此存取點是在掃描操作狀態之預定ID,而「MeasureSSID-」是指明此存取點是在測量操作狀態之預定ID。隨機數位號碼「832」和「218」指明其順位。顯然其順位不必限於數位號碼。
由於存取點必須在頻道選擇之際,改變其SSID,最好是在開始掃描頻道之前,AP應節省其原有SSID後,使自動頻道選擇完成後,可恢復SSID。
茲參見第4圖,本發明DFS方法之掃描頻道過程,包含副步驟如下:1.1切換至預定頻道(第4圖之步驟110)在掃描階段,存取點應檢測全部現有BSS,確定是否有一些其他相鄰存取點同時自動選擇頻道。為保證可檢測同時實施頻道選擇之全部存取點,最好是此等存取點應在其開始掃描頻道之前,切換至預定頻道。如此一來,全部存取點從同樣預定頻道開始,進行自動頻道選擇,使其容易找到彼此。
1.2改變成掃描SSID(第4圖中步驟120)為使其他相鄰存取點瞭解AP在掃描頻道,AP應把其原有SSID改變成所謂掃描操作SSID(即SSID含有預定ID,指明此存取點是以隨機順位識別號碼掃描)。掃描操作SSID可在無線網路內可選擇廣告或不廣告。所以,當其他存取點同時在掃描頻道時,AP的掃描操作SSID使得其他存取點可認知該AP之掃描操作狀態。
1.3為全部頻道掃描現有BSS(第4圖之步驟130)首先,AP為全部頻道掃描現有BSS,包含預定頻道在內。參見第5圖,為檢測現有BSS,可使用現有MAC副層管理實體(MLME)服務,稱為「掃描」服務和/或其變化,進行之。此項服務是由駐在於各STA內的站管理實體(SME),經由管理本原「MLME-SCAN.request」,對MLME提出要求,以便要求檢測許多頻道內之現有BSS(須知存取點為特殊站,可提供經由關聯站所用無線媒體,存取分配服務)。
MLME-SCAN.request的許多本原參數,界定如第6圖所示,包含:BSSType表示待掃描的BSS類型(應為任何BSS);BSSID表示待掃描的BSS類型(應為廣播BSSID);SSID表示待掃描之服務集組(應為廣播SSID);ScanType表示主動(STA送探測圖幅,期待從BSS回應)或被動(STA只聆聽頻道,試圖檢測若干圖幅)掃描;ProbeDelay表示於主動掃描之際,在傳輸探測圖幅之前,要用到的延遲(以μs計);ChannelList表示待檢查之頻道列表;MinChannelTime表示掃描時對各頻道耗費的最少時間(以TU計);MaxChannelTime表示掃描時對各頻道耗費的最多時間(以TU計)。
參見第7圖,本原「MLME-SCAN.confirm」做為掃描結果,由MLME送回到SME,包含所發現全部BSS的完整說明。各「BSSDescription」的元件如第8圖所示。
例如,第1圖中的AP1
會在此掃描步驟找到相鄰BBS2
,若BSS2
之AP2
不同時進行DFS,而是在其正常操作狀態。
1.4為預定頻道掃描現有BSS(第4圖之步驟140)對全部頻道完成掃描現有BSS之後,AP再度為預定頻道掃描現有BSS。當AP1
正為全部頻道掃描現有BSS時,會發生在完成掃描預定頻道後,開始掃描次一頻道,AP2
會自動頻道選擇順位比AP2
高的預定頻道。故AP1
不會檢測AP2
,而在掃描全部頻道後,開始測量頻道。當AP2
掃描預定頻道,發現AP1
正掃描順位較低的頻道。然而,當AP2
完成全部頻道的掃描,不知道AP1
已開始測量頻道。故AP2
也開始測量頻道。如今AP1
和AP2
同時測量頻道,可能選擇同樣頻道。
為免發生此情況,在完成全部頻道的掃描後,存取點應再度掃描預定頻道。如今AP1
會在掃描全部頻道完成後,再度掃描預定頻道,此時會發現AP2
已經掃描較高順位的頻道。結果,AP1
不會測量頻道,直到AP2
完成自動頻道選擇。
1.5檢測測量SSID(第4圖之頻道150)當存取點掃描頻道,為相鄰BSS發現測量操作SSID,即SSID含有預定ID,指明所檢測BSS用存取點係測量頻道,則可知相鄰BSS的另一存取點是測量頻道。故存取點必須等候在相鄰BSS完成DFS後,再掃描頻道。
1.6檢測掃描SSID(第4圖之步驟160)當BSS存取點掃描頻道,並為相鄰BSS找到掃描操作SSID,即SSID含有預定ID,明指此存取點為掃描頻道,則如果決定相鄰BSS的順位和該BSS相同或更高,則此存取點必須等待,在相鄰BSS完成DFS後,對頻道再掃描。若確定無相鄰BSS具有順位和該BSS相同或更高,則該BSS的順位是全部受檢測BSS當中最高,即容許首先完成掃描。
1.7為現有操作BSS獲得掃描結果(第4圖之步驟170)經由先前過程完成全部頻道的掃描後,該BSS之存取點知道全部現有相鄰BSS。然而,此等BSS有些所含存取點,是與其他較低順位的頻道同時掃描。此等BSS之頻道資料是暫時性,再其完成選擇頻道時,會更新。故此等BSS同時掃描較低順位的頻道,必須從現有操作BSS的結果排除。此現有操作BSS列表,是測量和選擇頻率之基礎。
完成掃描頻道後,如今存取點得現有操作BSS列表,知道可基於此現有操作BSS列表,開始測量頻道。參見第9圖,測量頻道過程包含下列副步驟:改變成測量操作SSID;測量各現有BSS之接收訊號強度指示(RSSI);以及測量清晰頻道評鑑(CCA)佔用期。
2.1改變成測量操作SSID(第9圖之步驟210)當存取點開始測量頻道,先把其SSID改變成測量操作SSID,加以廣告,故其他存取點可加以檢測,而不需開始掃描頻道,直至現時存取點完成頻道選擇為止。另外,AP亦可在網路上不廣告其SSID,但只任其SSID可利用相鄰BSS之其他AP加以檢測。然而,AP進行進一步分析頻道狀況,以選擇頻道。尤其是為各現有BSS確定所接收訊號有多強,而對各承載頻道而言,頻道有多忙。
2.2測量各現有BSS之RSSI(第9圖之步驟220)在具體例中,使用所接收訊號的強度,表示各現有BSS之干擾水準。所接收訊號的強度,在步驟220測量。802.11 PHY界定的參數稱為接收訊號強度指示(RSSI),其範圍從0到RSSI最大值。此數值是利用PHY層測量,並指示在用來接收現時PLCP規約資料單位(PPDU)之天線,所觀察到的能量水準。
2.3為各頻道測量CCA佔用期(第9圖之步驟230)
除了測量被其他BSS干擾外,亦可進行由802.11非順應性裝置測量雜訊。已知若另一裝置遵循不同的標準,例如Bluetooth標準,在AP的同樣頻道上運轉,則AP和相關STA間之通訊即受到干擾。若頻道內有干擾性非802.11(或異形)存在,AP即無法正確從裝置接收訊號。然而,如果來自異形裝置的訊號功率高於臨限值(例如對802.11b為PHY MIB dot11EDThreshold,或對802.11a為dot11T1Threshold),則在現有802.11 PHY層標準下,經由PHY-CCA.indication(BUSY),對MAC層指示為BUSY。因此,在專用頻道內運轉的非802.11裝置即可被檢知,AP是否測量頻道何時停佔用之時期,不接收任何有意義的MAC圖幅(由PHY-RXSTART.indication和PHY-RXEND.indication指示)。
如上所述,CCA佔用意味頻道不能用,因為有另一裝置(無論802.11或非802.11)正在使用頻道。因此,可從整個測量期限使用CCA佔用之部份期間,為各承載頻道測量干擾水準。
3.選擇新頻道(第3圖之步驟300)
顯然AP應選擇最佳頻道,受到其他裝置(不論802.11或非802.11)干擾最少者。對各頻道,RSSI和/或CCA佔用部份可用來測量干擾位準。
已知二BSS若使用同樣頻道,會彼此干擾。事實上,由於頻道能量會分佈於相鄰頻道,故相鄰頻道上的二BSS也會彼此干擾。例如在直接序列分佈譜(DSSS)系統(802.11 DSSS PHY)內,使用不同頻道的相鄰BSS會受到干擾,如果中心頻率間的距離小於22 MHz,即5個頻道。因此,對檢測任何BSS的各頻道而言,相鄰頻道的RSSI亦可由AP內的標準算出。須知計算相鄰頻道的RSSI之標準,有實施依賴性。因此,凡精於此道之士輕而易舉的各種修改均可用。
為各頻道計算RSSI之後,AP可決定不但對其他BSS,而且對其他共定位無線系統,最少干擾的特殊頻道。如何以RSSI和/或CCA佔用部份測量干擾位準,具有實施依賴性。
俟AP已選擇受到其他裝置干擾中情況最佳的頻道,即可藉改變載波頻率,切換至所選擇頻道。最後,AP若已在第3圖的步驟100(掃描頻道)和步驟200(測量頻道)內改變其SSID,即應恢復其原有SSID。
由前述顯示本發明優點是,許多共定位存取點彼此瞭解,且即使同時起動自動頻道選擇,可勤於選擇最適頻道。此外,本發明對IEEE 802.11標準,以及無線站之實施,不需作任何修改。
決定WLAN系統內使用頻道的自動頻道選擇之較佳具體例,已說明如上,凡精於技術之士均知,系統已達成某些優點。上述只是構成本發明之圖示具體例。凡精於技術之士均容易構思另類配置,提供類似此具體例之功能性,不悖本發明之基本原理或範圍。
STA‧‧‧活動站
AP‧‧‧存取點
BSS‧‧‧基本服務集組
100‧‧‧掃描頻道步驟
200‧‧‧測量頻道步驟
300‧‧‧選擇新頻道步驟
400‧‧‧切換至所選擇頻道步驟
110‧‧‧切換至預定頻道
120‧‧‧改變成掃描SSID
130‧‧‧對全部頻道掃描現有BSS
140‧‧‧為預定頻道掃描現有BSS
150‧‧‧檢測測量SSID
160‧‧‧檢測掃描SSID
170‧‧‧為現有操作BSS獲得掃描結果
210‧‧‧改變成測量SSID
220‧‧‧測量各現有BSS之RSSI
230‧‧‧為各頻道測量CCA佔用期
第1圖表示應用本發明方法的基礎結構型無線網路之建築;第2圖表示應用本發明方法的特別設施型無線網路之建築;第3圖為本發明動態頻率選擇方法操作步驟之流程圖;第4圖為本發明掃描頻道過程之流程圖;第5圖描繪按照IEEE 802.11標準的資料連結層和PHY層之媒體存取控制(MAC)之建築圖;第6圖表示按照IEEE 802.11標準的MLME-SCAN.request之本原參數;第7圖表示按照IEEE 802.11標準的MLME-SCAN.confirm之本原參數;第8圖表示第7圖內各BSSDescription之諸要素;第9圖為本發明測量頻道過程之流程圖。
100...掃描頻道步驟
200...測量頻道步驟
300...選擇新頻道步驟
400...切換至所選擇頻道步驟
Claims (12)
- 一種基本服務集組(BSS)之動態頻率選擇(DFS)方法,係在無線局部面積網路(WLAN)內,利用主要無線裝置所建立,此方法包括下列步驟:-利用主要無線裝置,掃描無線局部面積網路之複數頻道;-當該主要無線裝置的順位是全部所偵測BSS最高時,測量複數頻道之頻道品質;-基於所測量頻道品質參數,選擇一頻道者。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中該方法又包括切換步驟,把該BSS切換成所選擇新頻道者。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中基於下列狀況之一時,利用主要無線裝置進行選擇動態頻道:-該主要無線裝置啟動;-該主要無線裝置由管理員以人工起動,開始DFS;-該主要無線裝置與其他相鄰BSS疊合,造成頻道干擾;以及-在該BSS內檢測到其他特許操作員,造成頻道干擾者。
- 如申請專利範圍第1或3項之方法,其中掃描步驟包括下列副步驟:-把該主要無線裝置切換到預定頻道;-把該主要無線裝置的原有SSID,改變成含有順位識別號碼係隨機發生的掃描操作SSID;-掃描複數頻道,檢測是否有其他相鄰BSS存在和同時進行DFS;-掃描預定頻道,檢測是有其他相鄰BSS存在和同時進行DFS;以及 -在檢測完成後,獲得現有操作BSS之列表者。
- 如申請專利範圍第4項之方法,其中掃描步驟又包括步驟為:-當其他主要無線裝置被確定為順位較該主要無線裝置為高之測量頻道或掃描頻道時,於受檢測之其他相鄰BSS完成DFS後,再掃描全部頻道和預定頻道者。
- 如申請專利範圍第4項之方法,其中掃描步驟又包括步驟為:-當受檢測之其他相鄰BSS的其他主要無線裝置任一確定為同樣順位之掃描頻道,即為該主要無線裝置重構SSID,以發生含有新隨機順位識別符號之新掃描操作SSID;-當為該主要無線裝置重構之掃描操作SSID,係全部受檢測BSS當中順位最高時,即再掃描全部頻道和預定頻道,以檢測是否有其他相鄰BSS存在和同時進行DFS者。
- 如申請專利範圍第4項之方法,其中現有操作BSS列表包含順位較該BSS為低之現有頻道者。
- 如申請專利範圍第4項之方法,其中該掃描操作SSID包括二部份,第一部份辨識該主要無線裝置之掃描操作狀態,而第二部份辨別為該主要無線裝置隨機發生之掃描操作順位者。
- 如申請專利範圍第1或3項之方法,其中測量步驟包括下列副步驟:-把該掃描操作SSID改變成測量操作SSID;和-根據現有操作BSS的結果,測量複數頻道之頻道品質參數者。
- 如申請專利範圍第9項之方法,其中該測量操作SSID包括至少一部份,辨別該主要無線裝置之測量操作狀態者。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中頻道品質參數包含所接收訊號強度指示(RSSI)和清晰頻道評鑑(CCA)佔用期 者。
- 如申請專利範圍第1項之方法,其中選擇頻道步驟係基於對頻道品質干擾最少,或符合無線通訊中所用之要求者。
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