CN1832427B - 用于可动态配置无线网络的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种信息处理系统包括多个访问点、无线电网络管理器和数据库。所述的多个访问点相互耦合以形成无线网络。每个访问点与至少一个移动客户端进行通信。所述无线电网络管理器与所述多个访问点耦合。所述无线电网络管理器被配置成动态控制多个访问点的操作。所述数据库与所述无线电网络管理器耦合，并且存储有关无线网络的信息。

Description

用于可动态配置无线网络的系统和方法
技术领域
本发明通常涉及信息处理装置和系统。更具体地，本发明涉及用于可动态或自动配置无线网络的装置和相关方法。
背景技术
当信息的价值和使用不断增加，个人和商业寻求其它途径来处理和存储信息。用户可用的一种选择是信息处理系统。信息处理系统通常处理、编译、存储和/或传送用于商业、个人或其它目的的信息或数据，从而允许用户利用信息的价值。因为不同用户或应用之间的技术与信息处理需要和需求不同，所以信息处理系统也可以依据处理什么信息，如何处理信息，处理、存储或传送多少信息，以及处理、存储或传送信息的速度和效率而变化。信息处理系统中的这些变化允许信息处理系统为通用型或特定用户或特定应用(如金融交易处理、航班预订、企业数据存储、或全球通信)而配置。此外，信息处理系统可以包括多个硬件和软件组件(它们可被配置成处理、存储和传送信息)，且可以包括一个或多个计算机系统、数据存储系统和网络系统。
在一类网络系统中，无线局域网(WLAN)，目前不存在为WLAN配置而定义明确的方法和度量标准。例如，确定放置每个WLAN访问点(AP)的优化位置和指定信道分配通常都需要经过反复试验。而且，除了初始配置以外，指定网络环境的长期变化以及流量模式(trafficpattern)的短期变化的网络要承受信道分配的变化、硬件增加或变化等。需要一种基于网络的解决方案，其允许动态调整WLAN无线电网络，以满足和适于改变网络环境和模式，例如流量模式和干扰。
发明内容
本发明涉及用于可动态配置无线网络的装置，以及与无线网络的动态配置有关的方法。在一个实施例中，信息处理系统包括：在无线网络中耦合的多个无线访问点，用于在无线网络中提供无线访问，在所述多个访问点中的每个访问点都被配置成与至少一个各自的移动客户端通信；与所述多个访问点耦合的无线电网络管理器，所述无线电网络管理器被配置成基于一个或多个时变参数，动态地控制用于多个访问点的一个或多个操作细节，用以动态地控制由多个访问点提供的无线访问；以及与所述无线电网络管理器耦合的数据库，所述数据库被配置成存储与无线网络有关的信息。
另一个实施例涉及一种动态配置无线网络的操作的方法，所述无线网络包括多个访问点，其中每个访问点与至少一个客户端进行无线通信，所述方法包括：利用多个访问点提供在无线网络中的无线访问；获得与在多个访问点中的每个访问点与各自至少一个客户端之间的通信有关的信息；获得与多个访问点的操作特性有关的信息；计算与无线网络操作有关的参数；以及基于一个或多个时变参数，通过动态控制用于多个访问点的一个或多个操作细节，利用计算所得的参数来调整无线网络，用以动态地控制由多个访问点提供的无线访问。
附图说明
附图只示出了本发明的示例性实施例，而不应被视为或解释为对本发明范围的限制。受益于本发明的描述的本领域普通技术人员可以理解，本公开的发明内容可以将他们引向其它等效的实施例。在附图中，用于多幅附图中的相同附图标记表示相同、相似或相当的功能、组件或块。
图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的信息处理系统。
图2例示了根据本发明另一示例性实施例的信息处理系统。
图3描述了根据本发明的一个示例性实施例中的网络模型处理的工艺流程图。
图4示出了根据本发明的一个示例性实施例的网络测量操作的工艺流程图。
图5示出了根据本发明的一个示例性实施例的获得WLAN调整参数的方框图。
具体实施方式
为了本公开的目的，信息处理系统可包括针对商业、科学、控制或其它用途的工具或工具集以可操作地计算、分类、处理、发送、接收、恢复、产生、切换、存储、显示、证明、检测、记录、复制、处理或使用任何形式的信息、情报或数据。例如，信息处理系统可以是个人计算机、网络存储装置、或任何其它适合的装置，并且可以改变其大小、形状、性能、功能和价格。该信息处理系统可以包括随机存取存储器(RAM)、一个或多个处理资源(例如，中央处理单元(CPU)、或者硬件或软件控制逻辑)、ROM和/或其它类型的非易失存储器。该信息处理系统的其它组件可包括一个或多个磁盘驱动器、用于与外部装置进行通信的一个或多个网络端口，以及如键盘、鼠标和视频显示器的多种输入和输出(I/O)装置。该信息处理系统还包括一个或多个总线以可操作地在多个硬件组件之间传送信息。
在此公开的本发明内容设想了包括有可动态配置(或可再配置)WLAN的信息处理系统和相关方法。响应于多个参数，例如网络环境和操作条件，本发明内容提出了能自动配置的WLAN。所公开的WLAN的自动或动态配置克服了传统WLAN的缺点，例如由于网络环境和操作条件的长期和短期变化而引起的网络变化。
一般情况下，具有可自动配置WLAN的信息处理系统包括以下组件：WLAN结构、基于WLAN系统的测量和报告机构、基于移动客户端的测量和报告机构、网络模型或拓扑、测量处理和分析、以及动态容量和覆盖过度建设(overbuild)和控制。下面的描述提供了每个组件的详细内容。然而，应当注意的是，所示的和用于描述本发明内容的实施例仅构成示例性的实施例。因此，如所期望的和如受益于本发明描述的本领域普通技术人员所知的，该系统还可以使用根据本发明的多个其它网络结构和动态配置进行设计。
图1示出了根据本发明的一个示例性实施例的信息处理系统100。系统100包括具有测量和报告机构的WLAN、使用网络模型的测量处理和分析、以及动态容量过度建设和控制。更具体地，系统100包括便于在不同系统组件之间通信的通信媒介103(网络中枢)。
其它系统组件包括一个或多个(一般为N个)访问点(AP)112A-112C，无线电网络管理器(RNM)106和有关的控制台109和测量数据库(MDB)106。如所期望的，RNM/MDB106可以组成多个具有处理和存储能力的装置，例如工作站、服务器、个人计算机等。如受益于本发明描述的本领域技术人员所知的，控制台109提供用于管理RNM/MDB106以及与RNM/MDB106进行通信的机构(例如，获得报告、状态，改变不同参数等)。
在图1中的特定实施例示出了作为组合单元的无线电网络管理器和测量数据库。还可以独立组件、分布式组件等形式来执行无线电网络管理器和测量数据库。如受益于本发明描述的本领域普通技术人员所知的，该执行的选择取决于多种因素，例如特定WLAN的设计与性能说明。
访问点112A-112C各自都在组成WLAN的各个单元115A-115C中操作。在每个单元115A-115C中，各个访问点与一个或多个(一般为M个)无线客户端进行通信。例如，访问点112A与客户端C11、C12、……C1M等进行通信。访问点112C因此与客户端CN1、CN2、……CNM进行通信。除了其中描述的发明的功能和电路，访问点112A-112C和客户端C11-CNM还可以依照受益于本发明描述的本领域普通技术人员已知的方式操作。
访问点112A-112C通过通信媒介103与RNM/MDB106耦合和通信。而且，通信媒介103提供了用于WLAN(包括多个组件，例如访问点112A-112C、RNM/MDB106等)与外部基础结构120A通信的机构。如受益于本发明描述的本领域普通技术人员所知的，基础结构120A可以组成多个信息处理装置和媒介。实施例包括局域网(LAN)、广域网(WAN)、独立计算机系统、网络资源等。
应当注意的是，在图1中的多个组件之间的连接能通过将这些接口延伸以提供本发明所预期的数据交换来利用现有或标准接口(例如，简单网络管理协议或SNMP)。AP112A-112C可构成现有的访问点，其具有软件或固件中实现的附加功能、处理和接口能力。可选地，从硬件和软件的观点来看，可以如所期望地使用特别设计的访问点以针对根据本发明的实施例中的操作。
图2示出了根据本发明的另一示例性实施例的信息处理系统115。系统115包括与系统100中组件相似的组件(参见图100)。然而，系统115包括两个通信媒介或中枢：通信媒介103A和通信媒介103B。通过通信媒介103A-103B，系统115通过可用的虚拟LAN(VLAN)性能提供了附加柔性(flexibility)度。
更具体地，服务器/网关125、AP112A-112C和RNM/MDB106与通信媒介103A和通信媒介103B耦合。通信媒介103A与基础结构120A耦合，而通信媒介103B与基础结构120B耦合。通过使用这两个通信媒介，系统115提供了耦合至两个基础结构(120A、120B)的机构从而提高该系统的柔性和连接性。而且，如所期望的，可以形成基础结构120A和120B作为VLAN，进一步提高该系统的使用和柔性。
在系统100或系统115(或根据本发明的多个其它的可能实施例)中，AP112A-112C将与WLAN有关的不同信息实时地(或非实时地，例如，根据期望的时间)编译和报告给RNM/MDB106。该信息包括，但不仅限于以下各项：
·用于每个AP的客户端的数目(例如，连接、分离或失败的客户端数目)；
·客户端上的集合客户端无线电信号文件(profile)(例如，平均接收到的相对信号强度指示器或RSSI)，标准偏差等；
·相对信号质量和干扰电平(例如，S/N和/或C/I)；
·集合AP双向流量(例如，所提供和携带的字节数)；
·用户文件和身份识别(例如，授权、未授权)；
·比特误码率(BER)和集合丢包文件(例如，丢包和重发的百分比)；
·集合站连接(aggregatestationattachment)/对话持续时间(各个AP的客户端连接的持续时间)；
·天线信号平衡信息(例如，两个或多个AP天线之间的平均信号差)；以及
·用户的移动特性(可通过受益于本发明描述的本领域普通技术人员已知的多种方式获得)，以确定容量动态且安排邻近单元边界/转换。
如上所述，报告可以使用任何期望的接口或协议。例如，报告可以使用新的接口或者扩展/修改的接口，例如扩展的SNMP。然而，如受益于本发明描述的本领域普通技术人员已知的，可以依据给定实施的特殊细节如所期望地使用多种接口和协议。
另外，对于特定的AP112A-112C中的一个的每个客户端，提供与WLAN有关的各个AP基于客户端的信息。该客户端可以使用客户端-初始的测量报告消息来为各个AP提供信息。每个客户端所提供的信息包括，但不限于以下各项：
·各个AP的当前无线电信号强度测量；
·邻近AP的无线电信号强度测量(每个客户端可以在空闲期周期性地测量其它AP的无线电信号强度)；
·BER和接收到的丢包(例如，丢包百分比)；以及
·位置信息(例如，通过全球定位通信卫星，或GPS，三角形化，和/或分布(profiling)技术所获得的位置信息/坐标)。
当从客户端接收信息时，各个AP将信息提供给RNM/MDB以用于集合和/或进一步处理。如所期望的，AP112A-112C可以直接提供信息，或在将信息发送到RNM/MDB106之前集合或处理信息。如上所述，报告可以使用任何期望的接口或协议(例如，新的、扩展的)。
应该注意，本发明的WLAN包括网络模型或拓扑。RNM/MDB106维持网络模型。更具体地，RNM维持MDB中的网络模型。该网络模型描述了WLAN的多个特性，例如AP112A-112C的相关布置以及它们各自的操作频率、AP功率电平等。
图3示出了根据本发明的一个示例性实施例的网络模型处理的工艺流程图200。在205，RNM获得与WLAN有关的信息(例如，从WLAN的设计者或构造师)。该信息包括一些项目，例如AP112A-112C的数目、相对于各个AP的客户端数目等。
在210，RNM建立网络模型。该网络模型考虑有关上述的网络的信息。在215，RNM将网络模型存储在MDB中。在220，RNM依据网络特性的变化和有关网络信息的不同项目(例如，AP的数目和它们各自的客户端的数目、操作频率等)来更新MDB中的网络模型。
RNM操作MDB中的测量数据。图4示出了根据本发明的一个示例性实施例的网络测量操作的工艺流程图300。在305，RNM从MDB中提取网络信息。在310，RNM计算系统的时变信息。该时变信息可以包括时变流量密度和拥塞信息(例如，每个AP112A-112C的每月、每周、每日和每小时的趋势)。
在315，RNM确定系统-电平和AP-电平干扰。如所期望的，RNM基于双向信号测量、相邻AP信号测量、丢包信息等给出确定。在320，RNM计算单元覆盖分布。如所期望的，RNM基于路径丢失平衡信息(passlossbalanceinformation)、天线平衡信息、以及系统-电平和AP-电平干扰信息(如上所述)进行计算。在325，RNM根据计算的结果更新和存储已存储在MDB中的WLAN信息，并且适当地更新这些信息。应当注意，如所期望的，RNM也可以使用多种已知的路径丢失和理论传播模型、以及测量的数据，以在作出改变/更新之前确定假设的覆盖与信号条件。
RNM分析已处理的测量和网络拓扑或模型，以确定WLAN调整(或重新调整)或配置(或重新配置)的参数。如所期望的，RNM利用这些参数来控制每个AP的操作细节(例如，它的操作频率、输出功率电平等)。RNM还可以利用基于迭代规则的优化技术，例如整数规划或线性规划。
图5示出了根据本发明的一个示例性实施例而获得WLAN调整参数的方框图。应当注意，RNM利用网络模型/拓扑410和MDB数据405来执行针对调整或重新调整WLAN的分析。更具体地，RNM利用分析引擎(analysisengine)415来处理网络模型410和MDB数据405。分析引擎415接收一个或多个目标420和一个或多个约束425作为它的输入。分析引擎415利用期望的技术(例如，整数规划或线性规划)来提供WLAN的调整或重新调整参数。应当注意的是，RNM利用调整或重新调整参数来控制AP，并且因此以动态方式配置或重新配置WLAN。
作为一个实施例，目标420可以包括平均AP双向吞吐量的最大值、无线电信号强度的最大值、以及AP112A-112C的流量负载的最大值。如所期望的，约束425可以包括：APi的丢包少于K1，APi的路径丢失平衡少于K2，以及APi拥塞少于K3，其中APi表示第i个AP，而K1-K3表示常数；以及服务品质(QoS)和预计等待时间/抖动。
分析引擎415基于目标420和约束425来寻求优化WLAN调整或重新调整参数。应当注意的是，如所期望的，可以在每个AP基础或广布网络(network-wide)基础上应用目标和约束。还注意到，上面给出的实施例仅表示一组例示性的目标420与约束425。如所期望的和如受益于本发明描述的本领域普通技术人员所知的，还可以使用更多的其它目标和约束。
如上所述，本发明内容的一个方面涉及动态容量过度建设和控制。更具体地，根据本发明的WLAN允许AP过度建设容量。提供WLAN中的附加AP的边际成本是相对适度的。另外，因为AP的成本相对低以及容易在LAN环境中连接和配置，可以相对容易地提供遍及WLAN的附加AP。
另外，基于不同的网络特性，如时变定位流量(localizedtraffic)(例如，在会议室中)、站/AP频率和干扰等，可以控制什么时候打开和激活特定AP。RNM可以自动地使不需要的AP(例如，在会议室的会议结束后)失效，并且从而减少系统-电平干扰。应当注意到，如所期望的，也可以基于如用户文件、访问列表、用户授权、工作组联合等参数而在WLAN中创建VLAN。
参考附图，本领域普通技术人员将会注意到，所示的多个块可以主要描述概念性的功能以及信号流。实际电路的执行可以包含或不包含不同功能块的单独标识的硬件，以及可以使用或不使用所示的独特电路。例如，如所期望的，可以将不同块的功能结合成一个电路块。此外，如所期望的，可以在几个电路块中实现一个信号块的功能。如受益于本发明描述的本领域普通技术人员所知的，电路执行的选择依据不同的因素，例如独特的设计以及所给执行的性能规范。除了在此描述的内容以外，本发明的其它修改和可选实施例对于受益于本发明描述的本领域技术人员也是显而易见的。因此，该描述内容将实施本发明的方式提供给本领域技术人员，并且只构造为例示性的内容。
所示的和所述的本发明的形式只被看作目前优选的或例示的实施例。本领域技术人员可以在不脱离本文中所述的本发明的范围的情况下对组件的形状、尺寸和布置进行修改。例如，本领域技术人员可以用等效元件替换在此所述的和所示的元件。此外，受益于本发明描述的本领域普通技术人员还可以使用在不脱离本发明的范围的情况下采用本发明的某些特征，而不采用其它特征。

Claims (17)

1.一种信息处理系统，包括：
在无线网络中耦合的多个无线访问点，用于在无线网络中提供无线访问，所述多个无线访问点中的每个都被配置成与至少一个相应的移动客户端通信；
与所述多个无线访问点耦合的无线电网络管理器，所述无线电网络管理器被配置成利用网络调整参数来动态地控制所述多个无线访问点中的每个的操作频率和输出功率电平，并且使不需要的无线访问点失效，其中所述网络调整参数基于至少一个目标和至少一个约束来优化；以及
与所述无线电网络管理器耦合的数据库，所述数据库被配置成存储与所述无线网络有关的信息；
其中所述无线电网络管理器被配置成基于所述无线网络的一个或多个时变参数动态地控制所述多个无线访问点中的至少一个的激活和失效。
2.根据权利要求1所述的信息处理系统，其中所述至少一个移动客户端提供了第一组信息项，所述第一组信息项与在所述至少一个移动客户端和所述多个无线访问点中的相应的无线访问点之间的通信链路有关。
3.根据权利要求2所述的信息处理系统，其中所述多个无线访问点中的每个将第二组信息项提供给无线电网络管理器，所述第二组信息项与无线访问点和相应的至少一个移动客户端之间的通信有关。
4.根据权利要求3所述的信息处理系统，其中所述多个无线访问点中的每个将所述第一组信息项提供给无线电网络管理器。
5.根据权利要求4所述的信息处理系统，其中所述无线电网络管理器基于所述第一组信息项和所述第二组信息项来计算所述网络调整参数。
6.根据权利要求5所述的信息处理系统，其中所述无线电网络管理器还利用存储在数据库中的网络模型来计算所述网络调整参数。
7.根据权利要求1所述的信息处理系统，其进一步包括与所述多个无线访问点耦合的虚拟局域网。
8.根据权利要求1所述的信息处理系统，其中所述无线电网络管理器将所述多个无线访问点中的一组无线访问点配置成提供信息处理系统中的动态容量、覆盖过度建设以及控制。
9.根据权利要求1所述的信息处理系统，其中所述无线电网络管理器和所述数据库设置在计算机中。
10.根据权利要求1所述的信息处理系统，其中所述无线电网络管理器控制所述多个无线访问点以优化所述无线网络的操作。
11.一种动态配置无线网络操作的方法，所述无线网络包括多个无线访问点，其中每个无线访问点与至少一个客户端进行无线通信，所述方法包括以下步骤：
利用所述多个无线访问点提供在所述无线网络中的无线访问；
获得与在所述多个无线访问点中的每个和相应的至少一个客户端之间的通信有关的信息；
获得与所述多个无线访问点的操作特性有关的信息；
计算与所述无线网络操作有关的参数；
基于至少一个目标和至少一个约束来优化计算所得的参数；
利用优化所得的参数来动态地控制所述多个无线访问点中的每个的操作频率和输出功率电平，并且使不需要的无线访问点失效；以及
基于所述无线网络的一个或多个时变参数动态地激活和失效所述多个无线访问点中的至少一个。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述计算与所述无线网络操作相关的参数的步骤进一步包括利用无线网络模型，所述无线网络模型被配置成包含与所述无线网络有关的信息。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述无线网络模型通过以下步骤获得：(a)获得与无线网络有关的信息，(b)建立无线网络模型，(c)存储无线网络模型，以及(d)更新无线网络模型。
14.根据权利要求11所述的方法，其进一步包括以下步骤：
提取存储在数据库中的信息，其中所述数据库包含与无线网络有关的信息；
计算与所述无线网络有关的时变信息；
确定所述无线网络中的干扰电平；
提供所述无线网络的覆盖分布；
更新存储在所述数据库中的信息。
15.根据权利要求12所述的方法，其中所述计算与所述无线网络操作有关的参数的步骤进一步包括分析所述无线网络模型、与所述多个无线访问点中的每个和相应的至少一个客户端之间的通信有关的信息、以及与所述多个无线访问点的操作特性有关的信息的步骤。
16.根据权利要求15所述的方法，其中所述分析所述无线网络模型、与所述多个无线访问点中的每个和相应的至少一个客户端之间的通信有关的信息、以及与所述多个无线访问点的操作特性有关的信息的步骤进一步包括利用迭代优化技术的步骤。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述利用迭代优化技术的步骤进一步包括利用线性规划或者整数规划。
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