多接入点环境中WLAN用户体验质量控制

本申请是申请日为2015年12月11日、申请号为 201580069385.X、发明名称为“多接入点环境中WLAN用户体验质量 控制”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本发明总体上涉及无线局域网(WLAN)设备管理技术，更具体 地，涉及用于控制多接入点环境中WLAN用户体验质量的方法和系 统。

背景技术

随着体验质量对现代无线局域网(WLAN)的要求变得更严格， 迅速变清楚的是，单个无线接入点(AP)无法传递由终端用户所需的 完全服务集。作为响应，许多WLAN正在迁移到多接入点架构。作为 这种趋势的直接结果，业界开始开发WLAN中继器设备或称为扩展器的简单接入点节点。因此，WLAN正在从强有力的集中架构改造为分 散架构，在分散架构中接入点节点的组合形成主干，以确保所需的高体 验质量级别。虽然不良覆盖问题可能会以这种方式处理，但分散架构存 在着各种各样进一步的问题，而与信号强度或缺乏信号强度不相关。

随着更多的接入点安装在家庭或专业环境中，出现了以前不存在 的新问题。新的分散网络架构现在必须保证每个终端用户终端设备或 WLAN客户端以及因此作为具有使用802.11协议的能力的设备的站点 (STA)整体上接收最佳体验质量或用户体验。任何当前WLAN标准 (IEEE(电气和电子工程师协会)802.11或WFA(Wi-Fi

在专业方面，网络通常基于互联网协议(IP)层(L3)度量(例 如往返延迟、平均吞吐量)和L2度量(例如分组丢失、用户量)的混 合来管理。要注意的一个重要方面是，所有管理技术都是以AP为中 心，并且从一个AP漫游到另一个AP仍然可以由各个单独STA独立控制，而AP不干扰该决定。由于“控制”功能仅使用L3/L2度量与一些简 单的WLAN度量(如接收信号强度指示符(RSSI)和/或物理层 (PHY)速率)组合，因此无法检测到特定的WLAN异常，例如隐藏 节点或欺诈射频(RF)干扰。

在住宅方面，根本没有质量控制。STA基于当前嵌入在(开源) WLAN管理代码——“Wi-Fi

纯粹的接收功率(RSSI)对于信号质量来说不是一个恰当的基 准，WLAN领域的技术人员将会认识到，漫游的触发条件至少是错误 的。这与最终用户无法将漫游行为修改为更聪明的机制相结合，当前导 致用户体验控制的或多或少的“尽力而为”的方法。

专利申请公开US 2013/0272285 A1提供了在包括多个覆盖小区层 的异构网络小区中协调用户设备切换。网络核心的接入控制器利用多个 重叠小区层中的小区层的服务小区，接收与用户设备的信号质量有关的 第一参数，并且基于在异构网络小区内的用户设备的速度估计接收第二 参数。当第一参数指示小区边界时，接入控制器基于第二参数形成到多 个重叠小区层的小区层的小区基站的切换决定，并基于该切换决定发起 到小区基站的切换。

专利申请公布US 2013/0244654 A1提供了一种使用Wi-Fi

多接入点(AP)IEEE802.11网络(Wi-Fi

发明内容

随着许多WLAN迁移到多接入点架构，对于所有站点(STA)而 不是允许每个STA单独进行漫游决定的统一控制功能正在成为解决现 有技术的上述问题的关键特征。该统一控制功能应基于链路质量评估， 而不是基于与一些不相关的物理层(PHY)统计信息相结合的分组/帧 计数器来解决当前问题。为了确保统一控制的体验质量，各个单独接入 点应该评估第一阶段中的环境和实际链路质量，并在第二阶段中将该信 息与控制实体和其他接入点进行通信。

为了确保在用户与移动设备(STA)漫游的多接入点Wi-Fi

本发明的实施例的优点在于评价链路的真实潜能，而不仅仅是信 号强度。基于链路以及因此相应地链路质量或用户体验质量的真实潜 能，与纯RSSI漫游相比，漫游判定可以被强制以确保所有站点 (STA)同样漫游。

因此，基于每个接入点的每个站点的WLAN链路质量测量，本发 明的实施例通过强制站点与最佳可能接入点连接来有利于满足用户的 WLAN体验。这种体验是对基于一般使用的最佳努力的机制的改进。

本发明的实施例的优点在于提供了一种用于在多接入点环境中控 制WLAN服务质量的相对简单的方法，向控制实体提供切换控制，并 且与现有站点兼容。不需要站点的标准更新。本发明的实施例将实现大 约100到200ms的快速切换。

根据本发明的实施例，公开了一种在多接入点环境中控制无线局 域网(WLAN)用户质量的方法。所述方法包括：建立包括第一接入点 (AP)、第二接入点、控制实体和站点(STA)的无线局域网系统， 其中在所述第一接入点与所述第二接入点之间建立通信信道；将站点连 接到第一接入点；使用第一接入点生成和发布链路质量报告给控制实体 和第二接入点；使用第二接入点生成和发布环境质量报告给控制实体和 第一接入点；在控制实体从第一接入点接收到连续不可接受的链路质量 报告和质量警报时，经由接入控制列表(MAC ACL)将站点的媒体接 入控制(MAC)地址列入黑名单；利用控制实体指示第一接入点主动 与站点断开连接；基于所接收的环境质量报告，利用所述控制实体确定 新目标接入点；以及将站点连接到新目标接入点。

根据本发明的实施例，该方法还包括通过主动地将站点与第一接 入点断开连接来强制站点漫游到另一接入点。

根据本发明的实施例，该方法还包括基于链路质量报告和环境质 量报告，利用控制实体计算链路质量得分。

根据本发明的实施例，该方法还包括基于最大物理层(PHY)速 率、物理限制PHY速率、经训练的TX PHY速率、媒体繁忙指示符、 总可用吞吐量(省电模式(PS)关闭)和可用吞吐量(省电模式 (PS)开启)的值来计算链路质量得分。

根据本发明的实施例，所述方法还包括使用所述控制实体将所述 链路质量得分与阈值进行比较，阈值将可接受链路与不可接受链路分 离，其中所述阈值是可配置整数阈值。

根据本发明的实施例，该方法还包括将附加接入点集成到无线局 域网系统中；以及使用控制实体利用列入了黑名单的媒体接入控制 (MAC)地址指示所有无资格的接入点。

根据本发明的实施例，所述方法还包括：使用所述控制实体指示 所有接入点有资格作为为新目标接入点，以列出媒体接入控制地址的白 名单；以及使站点能够与这些接入点之一连接。

根据本发明的实施例，该方法还包括将黑名单保持至少给定时间 段；防止过于频繁的接入点切换；以及在该时间段期满之后从黑名单中 移除该站点的媒体接入控制(MAC)地址。

根据本发明的实施例，所述方法还包括在将所述站点连接到所述 新目标接入点之后，使用所述第二接入点来生成和发布链路质量报告给 所述控制实体和所述第一接入点；以及在将站点连接到新目标接入点之 后，使用第一接入点来生成和发布环境质量报告给控制实体和第二接入 点。

根据本发明的实施例，该方法还包括使用主动式链路评估来生成 链路质量报告；启动与站点所连的接入点的强制数据连接；以及向控制 实体发送层2度量数据。

根据本发明的实施例，该方法还包括使用被测链路上由控制实体 设置的媒体可用性阈值来触发更准确的诊断；强制被测链路受到压力； 获得由于干扰、信号强度和PHY层异常造成的损耗的概观；以及使用 控制实体将真实观察到的吞吐量链接到物理层参数。

根据本发明的实施例，公开了一种用于在多接入点环境中控制无 线局域网用户质量的无线局域网(WLAN)系统。该系统包括第一接入 点(AP)；第二接入点，其中在所述第一接入点与所述第二接入点之 间建立通信信道；控制实体，与所述第一接入点和所述第二接入点通 信；其中所述第一接入点和所述第二接入点生成并发布链路质量报告或 环境质量报告；以及其中控制实体基于链路质量报告和环境质量报告来 计算链路质量得分。

根据本发明的实施例，系统还包括与第一接入点和第二接入点通 信的站点(STA)；其中如果所述接入点具有低于预设阈值的链路质量 得分，则所述第一接入点主动地与所述站点断开连接，并强制所述站点 漫游到链路质量得分高于所述阈值的另一接入点。

根据本发明的实施例，一种另外符合IEEE 802.11标准的接入点附 加地包括软件代码，软件代码生成和发布链路质量报告或环境质量报告 给控制实体以基于来自控制实体的命令主动与站点断开连接。

根据本发明的实施例，一种另外符合IEEE 802.11标准的控制实体 包括软件代码，软件代码基于链路质量报告和环境质量报告来计算链路 质量得分，并且在从接入点接收到连续不可接受的链路质量报告和质量 警报时经由接入控制列表(MAC ACL)将站点的媒体接入控制 (MAC)地址列入黑名单。

根据本发明的一个或多个实施例，控制实体集成在Wi-Fi

附图说明

作为示例，下面参考附图对本发明的实施例作更详细的讨论，在 所述附图中：

图1示出了根据本发明实施例的无线局域网(WLAN)系统的示 意图；

图2示出了示出根据本发明实施例的链路质量评估方法的流程 图；以及

图3示出了示出根据本发明实施例的多接入点环境中的WLAN用 户质量控制的流程图。

类似或相同的元件用相同的附图标记表示。

具体实施方式

本领域技术人员将清楚的是，本文中给出的框图表示实施本发明 的原理的说明性系统组件和/或电路的构思图。类似地，将认识到的 是，任意流图、流程图、状态转变图、伪码等表示可以在计算机可读存 储介质中充分表示并由计算机或处理器如此执行的各种处理，而不管是 否明确地示出了这种计算机或处理器。

参考图1，根据本发明的实施例示出了无线局域网(WLAN)系统 10。WLAN系统10可以是可以至少包括第一接入点(AP)11和第二 接入点(AP)12、诸如WLAN控制器单元之类的控制实体13、诸如终 端用户终端设备或WLAN客户端设备之类的至少一个站点(STA)以 及在第一接入点11与第二接入点12之间的通信信道15的网络。接入 点11和12中的每一个能够执行链路质量评估。控制实体13可以集成 在接入点(例如第一接入点11或第二接入点13)之一中。每个接入点 可以是根据IEEE 802.11标准的接入点。接入点11和12中的每一个也 可以是家庭自动化网关(GWY)。可以在接入点11和12中的每一个 与站点(STA)14之间建立单向链路。

参考图2，示出了根据本发明的实施例的链路质量评估方法20。 为了确保统一控制的体验质量，各个单独接入点11和12应在第一阶段 访问环境和实际链路质量，并在第二阶段将该信息与其他接入点进行通 信。

环境质量评估不需要诸如站点(STA)14(如图1所示)之类的客 户端设备的存在并且通常被很好地理解。接入点11和12中的每一个可 以容易地监视各种项目，包括例如背景噪声电平、由于“其他WLAN设 备”而导致的媒体可用性、一般的媒体可用性，由于集中在接入点11或 12处的业务而导致的媒体可用性，以及同一信道中其他接入点的数 量。环境质量评估是如图1所示的每个接入点(第一接入点11和第二 接入点12)必须在后台执行并周期性地向控制实体13报告的任务。然 后，一旦特定AP-STA链路被确定为不良，则控制实体13使用环境质 量评估作为“偏置”来估计哪些接入点可以是有资格的以用作“备选”接入点。

链路质量评估是验证WLAN链路质量的关键组件。链路质量评估 可以以若干种形式来实现。诸如接入点11或接入点12之类的接入点可 以以被动方式或主动的方式来评价链路质量。虽然链路质量的主动评价 得到最准确的分析，但被动评估服务用于检测“趋势线”错误状况(例如 隐藏节点、非WLAN噪声或WLAN媒体共享过载)的目的。链路质量 评估可以基于实际链路的性能，而不是诸如信号强度或分组丢失之类的 物理参数。

基于链路质量评估，可以导出可以表示为链路质量得分的各种链 路质量度量，如图2所示。链路质量度量可以基于例如最大物理层 (PHY)速率21、物理限制PHY速率22、经训练的TX PHY速率 23、媒体繁忙指示符24、总可用吞吐量(省电模式(PS)关闭)25以 及可用吞吐量(省电模式(PS)开启)26的值。总体实现的吞吐量可 以反映在链路质量得分中。

最大PHY速率21是在关联时协商的PHY速率，因此是最大可实 现链路速度。物理限制PHY速率22是给定量的接收信号强度的最大目 标PHY速率。物理限制PHY速率22因此是基于接收到的信号强度指 示符(RSSI)的预期PHY速率，并且可以取决于空间流的数目。经训练的TX PHY速率23是传输发生的PHY速率，TX指的是携带信号的 物理介质。媒体繁忙指示符24指由于与其他网络共享媒体而丢失的通 话时间量。总可用吞吐量(PS off)25是基于可用通话时间的最大可用 吞吐量。可用吞吐量(PS on)26是基于随由于省电而导致STA 14处 于睡眠模式的记录的时间量而降低的可用通话时间的最大可用吞吐量。 总体实现的吞吐量是使用活动链路时通常实现的吞吐量。

被动式链路评估可以与环境质量评估相结合，因为它通常会传递 类似的统计数据。主要区别在于，将基于存在于STA 14与STA 14所 连接的AP 11或12之间的随机数据业务来记录可以包括发送的有效分 组和经训练的TX PHY速率23的实际数据业务计数器。利用这种方 法，总体实现的吞吐量的确定可能是不准确的，因为活动链路可能不在 其最大吞吐量下使用，此外，经过训练的TX PHY速率23可以由于以 下事实而关闭：由于STA 14没有将WLAN链路利用到其全部潜能，省 电技术正在使PHY速率下降。被动监视数据可以有助于构建“质量劣化 警报”，该“质量劣化警报”可以触发控制实体13的控制逻辑，指示可能需要采取动作。

主动式链路评估在某种程度上与被动式链路评估相同，但不是基 于接入点11或12与STA 14之间的“随机”数据流计算链路度量，与 STA 14连接的接入点11或12将发起强制数据连接，通过该连接，接 入点11或12将尽可能尝试发送尽可能多的层2(L2)度量数据(例 如，分组丢失，用户量)。通过这样做，接入点11或12能够确定经训 练的TX PHY速率23的精确值，并且还将能够确定可用吞吐量、经训 练的TX PHY速率23和先前列出的所有其他度量的精确百分比。可以 在活动链路上使用媒体可用性阈值以触发更准确的诊断，这强制被测接 口受到压力。该测试的结果是由于干扰、信号强度、PHY层异常(例 如衰退)引起的损耗的概观。这样真实观察到的吞吐量(及其不足)被 链接到PHY层参数。

例如，如果信号强度非常高并且零分组丢失，则信干噪比 (SINR)仍然是可以接受的，但是链路性能几乎为零。这是由于PHY 层计数器无法表示的特定类型的干扰而发生的，因为这是CSMA-CA (具有冲突避免的载波感测多接入)协议的自然原因。通过诊断活动链路，可以导出有用参数并使用该有用参数来决定是否从给定接入点 (AP)移除客户端(STA)。因此，使用分别与链路质量或基于用户 体验质量的度量相关的参数。

诸如第一接入点11和第二接入点12之类的每个接入点周期性地 报告链路质量报告。当不存在连接到接入点11或12的STA 14时，链 路质量报告将是环境质量报告。在任何情况下，接入点11或12应在任 何情况下报告先前列出的参数21至26的全部集合。

一旦监视周期完成，接入点11或12就向控制视图13发送印有接 入点标识符的指示(基于接入点11或12的基本业务集标识符 (BSSID))的时间戳的报告发送给控制实体13。控制实体13(例如 WLAN控制器)然后基于所获得的报告来计算链路得分，并且将具有 时间戳的每个接入点11或12的链路得分存储在其监视表中。

所描述的构思可以不限于仅发送完整测量报告的接入点。如果使 用诸如接入点11和接入点12之间的链路之类的接入点链路的接入点， 则可以有益的是，只有在接入点直接计算链路得分的情况下才发送“警 报”信号。在这种情况下，接入点应该将失败的链路得分仅报告给触发 它的对应设备。

控制实体13，例如WLAN控制器，可以基于至少以下参数来计算 表示为链路质量得分的链路质量度量：最大物理层(PHY)速率21、 经训练的TX PHY速率23、媒体繁忙指示符24和TZ时间分数。链路 质量度量反映了由于媒体可用性的损耗而丢失的性能量。链路质量度量 基本上等于环境质量评估报告，该报告是在执行评估的接入点11或12 处不存在与STA14的连接的情况下产生的。链路质量度量表示按比例 缩放的性能结果。因此，链路质量度量以及因此链路质量得分考虑到实 际获得的性能和改进的潜能。链路质量得分可以以0％和100％之间的 数字给出。

将良好/可接受的链路与不良/不可接受的链路分离的阈值可以被建 模为可配置的整数阈值，使得其可以被容易地调整以适应决定的积极 性。例如，良好/可接受的链路可以具有>40％的链路质量以及因此的 链路得分，并且不良/不可接受的链路可以具有<40％的链路质量以及因 此的链路得分。这样，控制实体13可以确定诸如接入点11或接入点 12之类的接入点是报告可接受的链路质量还是报告不可接受的链路质 量。

基于诸如WLAN控制器之类的控制实体13从接入点11和12接收 的周期性数据，控制实体13可以对WLAN质量或体验的时变性质做出 反应。

现在参考图3，根据本发明的实施例示出了用于多接入点环境的 WLAN用户质量控制算法30。

在步骤31中，站点(STA)14可以连接到第一接入点11。在步骤 32中，接入点11发布链路质量报告给控制实体13和第二接入点12， 接入点11经由通信信道15连接到第二接入点12。在步骤33中，由于 没有STA 14与第二接入点12连接，所以第二接入点12发布环境质量 报告给控制实体13和第一接入点11。在步骤34中，控制实体13可以 使用链路质量报告来计算链路质量得分，并且可以将链路质量得分与阈 值进行比较，该阈值将良好/可接受的链路与不良/不可接受的链路分 离，该阈值可被建模为可配置整数阈值。虽然仅使用第一接入点11和 第二接入点12作为图3中的示例，但是可以存在两个以上的接入点。 还可以存在多于一个的站点(STA)14。

当控制实体13从接入点11接收连续的不良/不可接受的链路质量 报告和质量警报时，控制实体13通过经由简单的接入控制列表(MAC ACL)将STA MAC(媒体接入控制)地址列入黑名单来指示接入点11 移除STA 14，该接入控制列表(MAC ACL)可以是层2活动控制列 表。术语连续可以被建模为整数阈值，以允许配置控制器反应的积极 性。

因此，在步骤35中，黑名单可以由控制实体13发布，以由第一 接入点11和第二接入点12接收。通过发布黑名单，控制实体13指示 接入点11主动与针被报告警报的STA 14断开连接。

结果，在步骤36中，STA 14立即与第一接入点11断开连接，并 且被强制漫游以找到另一接入点。然而，控制实体13不允许STA 14仅 挑选任何其他接入点。相反，控制实体使用其他接入点的环境质量报告 以及因此的链路质量得分来确定哪个接入点将成为托管新的STA连接 的理想候选者。在图3所示的情况下，这是第二接入点12，因此在步 骤37中，STA14与第二接入点12连接。因此，新目标接入点(这里 是第二接入点12)将基于各个接入点(接入点12)的操作环境的评估 来确定。

控制实体13可以指示所有无资格接入点应用相同的STA MAC黑 名单。白名单策略可以应用于新的目标接入点(这里是第二接入点 12)上，而所有其他接入点(这里是第一接入点11)将STA MAC列 入黑名单。控制实体13可以指示新的目标接入点12将客户端MAC地址列入白名单，从而使得STA 14能够与接入点12连接。这样，STA 14不能与任何其它地方相关联，而与理想目标接入点相关联。这可以 通过将通过/不通过逻辑不仅嵌入到控制实体13中而且嵌入在各个单独 接入点11和12中来实现。

可能需要将黑名单保持至少给定时间段(例如60秒)，以防止太 频繁的接入点切换，因为STA自己的漫游能够触发频繁跳转到其他接 入点。然而，如果黑名单被保留，则STA14得知它不能建立连接，并 将停止尝试。

在步骤38中，在STA 14从第一接入点11切换到第二接入点12 之后，第一接入点11现在发布环境质量报告给控制实体13和第二接入 点12。在步骤39中，接入点12现在发布链路质量报告给控制实体13 和第一接入点11。在步骤41中，一旦黑名单超时期满，控制实体13 将移除黑名单状态。在随后的步骤42中，控制实体13不发布黑名单。

如前所述，基本系统可以利用被动链路质量评估技术。然而，总 体架构允许更广泛的应用，例如基于负载平衡的服务。

例如，图3所示的算法的警报条件可以被配置为当链路质量得分 (或链路质量度量)下降到低于60％时出现警报，例如出现频繁触 发。此时，控制实体13可以请求目标接入点11执行主动式链路评估， 以得出该情况是否是不可接受的，或者是否仍然能够满足目标服务(例 如语音呼叫或视频流传输)。接入点11然后将执行主动式链路评估并 向控制实体13报告确切总实现的吞吐量，控制实体13然后可以使用该 输入来从接入点移除其他站点或将目标站点STA 14移动到接入点(这 里是第二个接入点12)，该接入点报告100％的环境质量。

可以以类似的方式构建各种其他应用，这是由于与允许指示接入 点执行测试或采取行动的接入点间通信机制结合的质量评估。

很明显，本发明的有利实施例不限于音乐或其他音频内容。根据 本发明的实施例，电影甚至游戏可以共享与上述利用移动应用相同的方 式。

附图标记列表

10 WLAN系统

11 第一接入点(AP)

12 第二接入点(AP)

13 控制实体

14 站点(STA)

15 通信信道

20 链路质量评估方法

21 最大物理层(PHY)速率

22 物理限制PHY速率

23 经训练的TX PHY速率

24 媒体繁忙指示符

25 总可用吞吐量(省电模式(PS)关闭)

26 可用吞吐量(省电模式(PS)开启)

30 用于多接入点环境的WLAN用户质量控制算法，

31 方法步骤

32 方法步骤

33 方法步骤

34 方法步骤

35 方法步骤

36 方法步骤

37 方法步骤

38 方法步骤

39 方法步骤

41 方法步骤

42 方法步骤

引文列表

1、US 2013/0244654 A1，Carmon等人，2013年9月19日公开

2、US 2013/0272285 A1，Goldsmith等人，2013年10月17日 公开。