基于数据通信的动态Wi-Fi多通道转换的方法和设备

摘要

本发明涉及基于数据通信背景的动态Wi‑Fi多通道转换的方法和设备。动态无线多通道转换包括网络装置，其提供接入以在至少两个频率带上进行信息通信。无线接入管理器模块基于所通信的信息确定每个频率带的使用。无线接入管理器模块动态地调整每个频率带的时隙比，时隙比随着由所述网络装置所通信的信息的使用而变化。

说明书

相关申请的交叉引用

本申请要求提交于2015年4月1日的美国临时申请序列号62/141,452的优先权，其公开文本通过援引合并入本文。

技术领域

实施例涉及无线通信网络中的动态通道资源分配。

背景技术

诸如Wi-Fi的通信网络技术使用无线电波来提供无线高速互联网和网络连接。Wi-Fi在发送者和接收者之间不使用任何物理有线线路连接，而是仅使用射频（RF）技术来传播无线电波。

在使用单一Wi-Fi芯片组以支持两个不同的光谱带和两个模型任务（model role）的网络位置中，通常使用固定的时间共享协议，以便在两个不同频率的光谱带之间共享传输介质。即，为每个带指定固定的时间，在该时间中数据通过各个带通信。例如，每个通信带的占空比可以是50-50，其中50％的传输周期被分配至第一频率带，并且50％分配至第二频率带。如所描述的那样，这种占空比是固定的并且如果第一频率带具有过多的通信的数据量，而第二频率带与另一频率带相比具有极小的量，那么第二频率带的未使用部分是未有效使用的。

发明内容

本发明的优点是在使用多于一个频率带的通信系统中的频率带利用的动态分配。与均等时隙共享不同，无线接入管理器模块监测相应的频率带上的利用并且基于应用优先权数据和历史统计动态地应用每个频率带的时隙比。无线接入管理器模块持续地并且动态地基于利用历史调整时隙以便使未使用的时隙的部分最小化。无线接入管理器模块识别高优先权的频率带的当前使用是否实质上小于或实质上等于确定的使用，并且然后据此应用相应的技术以确定新的使用。低优先权的频率带被确定为随高优先权的频率带而改变。

此外，无线接入管理器模块监测每个通道上的争用（contention），并且协商在频率带上传输的信息的通道选择。当在通道上识别到争用时，无线接入管理器模块使信息迁移至频率带内的其它通道。无线接入管理器模块选择正交的通道以将信息迁移至其中，使得所迁移的信息不互相干扰。通过分析信息特性进一步识别通道上的争用。

实施例考虑了动态无线多通道转换。网络装置提供接入以在至少两个频率带上进行信息通信。无线接入管理器模块基于所通信的信息确定每个频率带的使用。无线接入管理器模块动态地调整每个频率带的时隙比，所述时隙比随着由网络装置通信的信息的使用而改变。

实施例考虑了在无线多通道传输网络装置上的频率带当中适应性地设置时间分配。每个频率带的使用由无线接入管理器模块确定。动态地调整每个频率带的时隙比，其中每个频率带的时隙比随着由网络装置通信的信息的使用而改变。

本发明还公开了以下技术方案：

方案1. 一种动态无线多通道转换器，包括：

网络装置，其提供接入以在至少两个频率带上进行信息通信；

无线接入管理器模块，其基于所通信的信息确定每个频率带的使用，所述无线接入管理器模块动态地调整每个频率带的时隙比，其中所述时隙比随着由所述网络装置通信的信息的使用而改变。

方案2. 根据方案1所述的动态无线多通道转换器，还包括在第一频率带上通信的第一无线装置和在第二频率带上通信的第二无线装置。

方案3. 根据方案1所述的动态无线多通道转换器，其中，所述网络装置包括支持多个频率带的无线芯片组。

方案4. 根据方案1所述的动态无线多通道转换器，其中，所述无线接入管理器模块通过使用所述至少两个频率带的应用优先权和历史统计来应用动态时隙比技术。

方案5. 根据方案4所述的动态无线多通道转换器，其中，所述至少两个频率带中的一个被识别为高优先权频率带并且所述至少两个频率带中的另一个被识别为低优先权频率带。

方案6. 根据方案5所述的动态无线多通道转换器，其中，所述高优先权带的使用被确定为是实质上小于确定的使用值或实质上等于所述确定的使用值中的任一者。

方案7. 根据方案5所述的动态无线多通道转换器，其中，当所述使用实质上小于所述确定的使用值时，所述无线接入管理器模块确定所述高优先权带的所述使用，其中所述使用设定如下：

如果 (使用<< t_高), 那么t-高=max(t_高--, t_高_最小)

其中使用是高优先权带的当前使用，t_高是用于所述高优先权带的确定的使用时间，t_高--等于t_高减去第一预定调整值，并且t_高_最小是预定的最小值。

方案8. 根据方案7所述的动态无线多通道转换器，其中，当所述使用实质上等于所述高优先权带的所述确定的使用值时，所述无线接入管理器模块确定所述高优先权带的所述使用，其中所述使用设定如下：

如果(使用~= t_高), 那么t-高 = min(t_高++, t_高_最大)

其中使用是所述高优先权带的当前使用，t_高是用于所述高优先权带的所述确定的使用时间，t_高++等于t_高加上第二预定调整值，并且t_高_最大是预定的最大值。

方案9. 根据方案8所述的动态无线多通道转换器，其中，为t_高初始地指定预定值以便于所述使用是否实质上小于或等于所述高优先权带的t_高的第一评估。

方案10. 根据方案8所述的动态无线多通道转换器，其中，当所述使用基于以下等式时，所述无线接入管理器模块确定所述低优先权带的使用：

t_低 = t–t_高

其中t_高是所述高优先权带的所述确定的使用，并且t是为t_低和t_高的工作周期分配的周期性使用时间。

方案11. 根据方案1所述的动态无线多通道转换器，其中，每个相应的频率带包括多个通道，其中所述无线接入管理器模块为在所述频率带上传输的信息动态地协商通道选择，当由所述无线接入管理器模块在相应频率带的当前通道上识别出争用时，所述无线接入管理器模块使所述信息迁移至所述相应频率带内的其它通道。

方案12. 根据方案11所述的动态无线多通道转换器，其中，所述无线接入管理器模块选择所述频率带内正交于具有争用的所述当前通道的另一通道。

方案13. 根据方案12所述的动态无线多通道转换器，其中，所述无线接入管理器模块将阻塞水平确定为随着信息特性而改变。

方案14. 根据方案13所述的动态无线多通道转换器，其中，所述信息特性包括关于何时记录信息的时间戳。

方案15. 根据方案14所述的动态无线多通道转换器，其中，所述信息特性包括信息在所述通道上的接入时间。

方案16. 根据方案12所述的动态无线多通道转换器，其中，所述无线接入管理器模块将阻塞水平确定为随着通道特性而改变，所述通道特性包括通道使用率、延迟时间和包投递率。

方案17. 根据方案16所述的动态无线多通道转换器，其中，所述无线接入管理器模块将权重应用于所述通道特性的每一个以确定相应的所述通道上的阻塞。

方案18. 一种用于在无线多通道传输网络装置上在频率带当中适应性地设置时间分配的方法，其包括以下步骤：

由无线接入管理器模块确定每个频率带的使用；

动态地调整每个频率带的时隙比，其中所述时隙比随着由所述网络装置通信的信息的使用而改变。

方案19. 根据方案18所述的动态无线多通道转换方法，其中，由所述无线接入管理器模块确定每个频率带的使用包括以下步骤：

将至少两个频率带中的一个识别为高优先权频率带，并且将所述至少两个频率带中的另一个识别为低优先权频率带；

当所述使用实质上小于所述确定的使用值时，确定所述高优先权带的所述使用，其中所述使用设定如下：

如果 (使用<< t_高), 那么t-高=max(t_高--, t_高_最小)

其中使用是高优先权带的当前使用，t_高是用于所述高优先权带的确定的使用时间，t_高--等于t_高减去第一预定调整值，并且t_高_最小是预定的最小值。

方案20. 根据方案19所述的动态无线多通道转换方法，当所述使用实质上等于所述高优先权带的所述确定的使用值时，所述高优先权带的所述使用被确定如下：

如果(使用~= t_高), 那么t-高 = min(t_高++, t_高_最大)

其中使用是所述高优先权带的当前使用，t_高是用于所述高优先权带的所述确定的使用时间，t_高++等于t_高加上第二预定调整值，并且t_高_最大是预定的最大值。

方案21. 根据方案20所述的动态无线多通道转换方法，其中，当所述使用基于以下等式时，所述无线接入管理器模块确定所述低优先权带的使用：

t_低 = t–t_高

其中t_高是所述高优先权带的所述确定的使用，并且t是为t_低和t_高的工作周期分配的周期性使用时间。

附图说明

图1是用于固定的时隙共享协议的示例性Wi-Fi构造。

图2 是用于图1所示的固定的时隙共享协议的示例性工作周期。

图3示出用于动态地调整时隙共享协议的系统构造的框图。

图4是表示动态时隙分配使用的示例性时间线。

图5是示出在两个频率带中均发生争用的时间线。

图6是示出将信息重新分配至另一通道的时间线。

图7是用于遍及多个通道监测通道争用的方法的流程图。

具体实施方式

图1示出使用固定的时隙共享协议的当前设计的Wi-Fi构造，其能够用在任何通信实体之间。示出用于在通信无线网络系统中传播和接收无线信号的首要单元（head unit）10。首要单元包括使用诸如2.4 GHz和5 GHz的两个频率带的Wi-Fi网络技术。第一频率带（例如，2.4 GHz）可以使用传统的Wi-Fi。第一频率带可以进一步使用长期演进信号（LTE）或其它热点位置以向诸如移动电话的第一无线装置12提供Wi-Fi接入。

首要单元10可以进一步使用第二频率带。可以在第二频率带上使用诸如Wi-Fi直连的标准。Wi-Fi直连，也被称为Wi-Fi/P2P，是一种使得装置能够容易地彼此连接而不需要无线接入点的标准。即使各个装置来自不同的制造商，Wi-Fi直连也具有连接装置的能力，原因在于仅Wi-Fi装置中的一个需要服从Wi-Fi直连以建立对等（peer to peer）连接。Wi-Fi直连与Wi-Fi保护的系统协商链路。如图1所示，Wi-Fi直连被用于与第二无线装置14通信以提供诸如车内智能手机投影的其它类型的服务。尽管第一无线装置12和第二无线装置14使用不同的Wi-Fi标准，但是首要单元10内的单一Wi-Fi芯片组被用于支持两个不同的光谱带（例如，2.4 GHz和5 GHz），为此利用时隙共享协议通信数据。

时隙共享协议由芯片组指定每个频率带使用的时间分配的量。时隙共享协议可以包括，但不限于时分多址联接方式（TDMA）。TDMA是用于共享网络的通道接入方法。TDMA通过将信号划分成通道上的不同时隙来允许多个用户共享相同的通道。每个用户在他们自身的时隙中以迅速连续顺序传输。这允许多个用户通过使用通道容量的一部分来共享相同的传输通道。TDMA是一种时间划分类型的多路传输技术，其中不具有连接至单一接收器的单一发射器，而是存在多个发射器。

图2示出了与图1所示的协议共享标准相关的工作周期。示出了用于由首要单元共享时隙的时间线。时隙共享被设置为50-50，其中由Wi-Fi芯片组分配的传播时隙允许对于各个工作周期，数据将在第一频率带（2.4 GHz）上传输时间的50％，并且数据将在第二频率带（5 GHz）上传输另外50％的时间。如图2所示，各个频率带交替的传播是迅速连顺序，由此交替频率带使用时间。

如图2中所示，在5 GHZ的频率带上分配的时间的持续期间未由在各个传输时隙中所传输的或所接收的数据包完全地使用，尽管可以完全地使用2.4 GHz的频率带上的传输，或甚至由于高度的通信数据需求而在2.4 GHz的频率带内的通道上出现争用。由于在2.4 GHz的频率带和5 GHZ的频率带当中分配的时隙处于固定的工作周期，可能未有效地使用各个时隙。相似的状况可以发生，如5 GHZ的频率带被完全使用或甚至具有积压，而同时2.4 GHz的频率带则显著地使用不足。

图3示出结合了用于在所使用的各个频率带之间调整时隙持续期间的Wi-Fi接入管理器的框图。首要单元10包括用于支持各种频率带的Wi-Fi芯片组16。Wi-Fi接入管理器18为每个频率带确定使用并且根据使用历史动态地分配时隙和用于时隙的时间的持续期间。此后，首要单元10根据所确定的时隙分配时间启用每个相应的传输带，所述时隙分配时间随着使用历史而改变。

Wi-Fi接入管理器18克服了时隙持续期间未有效使用的问题。Wi-Fi接入管理器18为每个频率带动态地调整时隙持续期间。通过使用两个频率带的应用优先权和历史统计来应用动态时隙比技术以动态地调整时隙持续期间。应当理解的是，频率带可以不同于2.4 GHz和5 GHz。此外，可以在周期性传输周期内动态地分配多于两个带。

Wi-Fi接入管理器18观测两个频率带上的光谱使用比。在设计阶段期间，相应的频率带中的一个被识别为高优先权带并且另一个频率带被识别为低优先权带。于是Wi-Fi接入管理器分析高优先权带上的使用。以下判别式/逻辑被用于确定高优先权带上的使用：

如果(使用<< t_高), 那么t-高=max(t_高--, t_高_最小)（1）

其中使用是高优先权带的当前使用，t_高是用于高优先权带的所确定的使用时间，t_高--等于t_高减去第一预定调整值，并且t_高_最小是预定的最小值。

对于在等式（1）中提出的逻辑，当系统首先初始化时，将为t_高指定初始值，此后，t_高将采取最后确定的值。将t_高的值与实际使用相比较，以便确定实际使用是否实质上少于t_高（使用<< t_高）。如果实际使用的确实质上少于t_高，那么，为t_高指定t_高--或t_高_最小中的任一者的最大值的值。t_高--的值是当前t_高值减去第一预定调整值（例如，t_高－1）。应当理解的是，用于t_高--的所示公式是示例性的，并且从t_高减去的第一预定调整值可以是不同于1的值。

如果使用被确定为实质上等于当前t_高值，那么使用以下逻辑条件：

如果(使用~= t_高), 那么t-高 = min(t_高++, t_高_最大)（2）

其中使用是高优先权带的当前使用，t_高是用于高优先权带的所确定的使用时间，t_高++等于t_高加上第二预定调整值，并且t_高_最大是预定的最大值。

对于等式（2）中提出的逻辑，如之前所描述的，当系统首先初始化时，将为t_高指定初始值；此后，t_高将采取最后确定的值。将t_高的值与实际使用时间相比较，以便确定实际使用是否实质上等于之前确定的t_高（使用~=t_高）。如果实际使用实质上等于t_高，那么为t_高指定t_高++或t_高_最大中的任一者的最小值的值。t_高++的值是当前t_高值加上第二预定调整值（例如，t_高＋1）。应当理解的是，用于t_高++的所示公式是示例性的，并且添加到t_高的预定值可以是不同于1的值。此外，第一预定调整值可以或可以不等于第二预定调整值。

在为高优先权带的使用设置时间的持续期间之后，可以通过从为两个带分配的工作周期时间中减去为高优先权带所确定的使用（t_高）来确定低优先权带的使用。这由下式表示：

t_低 = t–t_高（3）

其中t_高是如在等式（1）或（2）中确定的高优先权带的确定的使用，并且t是为t_低和t_高的工作周期分配的周期性使用时间。

图4表示应用动态使用之后的两个频率带的时间线。如图4中所示，调整相应的时隙以解决相应的频率带内的使用。基于对频率带的连续的监测，能够根据各个频率带的使用（如由Wi-Fi接入管理器所确定的那样）动态地调整相应的频率带。

除了为两个频率带确定动态时隙持续期间之外，Wi-Fi接入管理器还动态地协商用于在频率带上传输的信息的通道选择，并且然后当在相应的频率带的当前通道上识别出争用时，使信息迁移至相应频率带内的其它通道。

Wi-Fi接入管理器利用Wi-Fi信标机构观测频率带的每个通道以及相应的频率带中的这些通道上的时间使用统计和通道状况。Wi-Fi接入管理器将在相应的频率带内或者有意地选择随机通道，或者智能地选择使用最少的通道，并且将数据通信流指派至相应频率带的被监测的所选通道。如果在相应频率带的所选通道上确定争用，那么识别相应频率带内的另一通道。争用是一个术语，其中由于两个或多个数据包试图同时通过相同的通道传输，因此在相同的通道上发生数据包冲突。Wi-Fi接入管理器在频率带内选择正交于具有争用的当前通道的另一通道。正交性通常被解释为用使信号正交使得它们不彼此干扰所需要的最小频率间隔的多路传输信号的频率设置。正交的通道在本文中被限定为相对于在相同频率带中的第二通道的第一通道，其中第一通道不与第二通道相邻，否则这能够导致在第一通道和第二通道之间发生旁带干扰。因此，选择正交于与争用相关的相应通道的相同频率带内的相应通道。

图5示出了争用在两个频率带中发生的图。第一数据流20在2.4 GHz的带中的通道1上传输，并且确定相对于也在通道1上传输的第二数据流22存在争用。如图6中所示，为了纠正争用问题，Wi-Fi接入管理器使第一数据流20迁移至通道6，通道6正交于通道1使得在相应的通道之间将不会发生旁带干扰。

相似地，如图5所示，第三数据流24在5 GHz的带中的通道52上传输，并且确定相对于也在通道52上传输的第四数据流26存在争用。为纠正争用问题，如图6中所示，Wi-Fi接入管理器使第三数据流24迁移至通道60，通道60被确定为正交于通道52使得在相应的通道之间将不会发生旁带干扰。

图7示出了用于由Wi-Fi接入管理器监测通道以确定相应频率带上的通道特性以便确定阻塞水平的流程图。

在框30中，识别相应的通道并且使计时器初始化。

在框31中，做出关于计时器是否已期满的决策。如果计时器未期满，那么程序进行至步骤32。如果计时器已期满，那么程序进行至步骤34。

响应于计时器未期满的决策，程序进行至步骤32。在步骤32中，做出在数据流中是否存在流出或流入的信息的决策。如果做出决策并且在数据流中不存在流出或流入的信息，那么返回至步骤31以确定计时器是否期满。如果做出决策并且检测到流入或流出的信息，那么程序进行至步骤33。

在步骤33中，确定信息的特性。信息特性包括，但不限于，关于何时记录信息的时间戳，以及通道上的接入时间。在确定信息特性之后，返回至步骤31以确定计时器是否期满。程序将为任何附加的信息监测通道直至计时器期满。一旦计时器期满，则程序进行至步骤34。

在步骤34中，响应于计时器期满，确定通道特性，所确定的通道特性被用于确定通道上的阻塞或容量水平。通道特性包括但不限于，通道使用率、延迟时间、包投递率（PDR）以及吞吐量。通道使用率识别相应的时间持续期间中通道被使用的时间的量。延迟时间表示由通道上的争用引起的反应或推迟（例如，通道选择可以基于带有低延迟时间的通道）。包投递率（PDR）是从一个实体至另一个实体进行数据包通信的成功率的度量。吞吐量是在所监测的通道中传播数据包的速度的平均测量。应当理解的是，相应的通道特性的任何结合均可以被用于选择通道。此外，可以为每个通道特性赋以权重使得给予被确定为在评估通道上的争用中更加可靠的那些特性更大的权重。在为通道确定通道争用之后，返回步骤30以转换至下一通道以便确定下一通道上的通道争用的水平。

此后程序持续地并且重复地监测频率带内的每个通道以便监测通道上的通信活动和争用。

虽然已详细地描述了本发明的特定实施例，但是与本发明相关的本领域技术人员将认识到如以下权利要求所限定的那样的用于实践本发明的各种替代性设计和实施例。