用于恢复通信系统中的连接的方法、设备和计算机可读介质

技术领域

本公开的实施例总体上涉及通信技术，并且更具体地涉及用于恢复通信系统中的连接的方法、设备和计算机可读介质。

背景技术

通信技术正在迅速发展。例如，多无线电多信道无线网状网络(MRMC-WMN)正在迅速部署到家庭和企业环境中。原则上，WMN护理(care)系统依赖于用户与静态知识数据库之间的直接连接(即，主干)，而该数据库不能适应用户和网络环境的变化。由于无线传输的性质，WMN中的每个Wi-Fi节点都应当能够在尽可能短的时间内恢复其故障链路。WMN中的自理(self-care)是一种用于减少与运营商的帮助台的互动并且降低运营商的OPEX的有吸引力的方法。

发明内容

通常，本公开的实施例涉及一种用于恢复通信系统中的连接的方法。

在第一方面，本公开的实施例提供了一种终端设备。该设备包括至少一个处理器和包括计算机程序代码的至少一个存储器；至少一个存储器和计算机程序代码被配置为与至少一个处理器一起引起该设备至少：响应于网络中的第一设备与网关之间的连接丢失而确定第一设备是否连接到第二设备。第二设备位于第一设备与网关之间。该设备还被引起执行：响应于确定第一设备与第二设备断开连接，从网络中的一个或多个候选设备中选择目标设备。每个候选设备可连接到网关。该设备还被引起执行：与目标设备建立连接以用于重新建立到网关的连接。

在第二方面，本公开的实施例提供了一种通信方法。该方法包括响应于网络中的第一设备与网关之间的连接丢失而确定第一设备是否连接到第二设备。第二设备位于第一设备与网关之间。该方法还包括响应于确定第一设备与第二设备断开连接而从网络中的一个或多个候选设备中选择目标设备。每个候选设备可连接到网关。该方法包括与目标设备建立连接以用于重新建立到网关的连接。

在第三方面，本公开的实施例了提供一种装置。该装置包括用于响应于网络中的第一设备与网关之间的连接丢失而确定第一设备是否连接到第二设备的部件。第二设备位于第一设备与网关之间。该装置还包括用于响应于确定第一设备与第二设备断开连接而从网络中的一个或多个候选设备中选择目标设备的部件。每个候选设备都可连接到网关。该装置还包括用于与目标设备建立连接以用于重新建立到网关的连接的部件。

在第四方面，本公开的实施例提供了一种计算机可读介质。非暂态计算机可读介质存储指令，该指令用于引起装置执行：响应于网络中的第一设备与网关之间的连接丢失而确定第一设备是否连接到第二设备。第二设备位于第一设备与网关之间。该装置还被引起执行响应于确定第一设备与第二设备断开连接而从网络中的一个或多个候选设备中选择目标设备。每个候选设备可连接到网关。该装置还被引起执行与目标设备建立连接以用于重新建立到网关的连接。

当结合以示例方式示出本公开的实施例的原理的附图阅读时，根据对特定实施例的以下描述，本公开的实施例的其他特征和优点也将很清楚。

附图说明

本公开的实施例以示例方式呈现，并且其优点在下面参考附图更详细地解释，在附图中

图1示出了根据传统技术的通信系统的示意图；

图2示出了根据传统解决方案的基于云的系统的示意图；

图3示出了根据传统解决方案的基于移动应用的系统的示意图；

图4示出根据本公开的实施例的通信系统的示意图；

图5示出了根据本公开的实施例的通信系统的示例拓扑的示意图；

图6示出了根据本公开的实施例的方法的流程图；以及

图7示出了根据本公开的实施例的设备的示意图。

在所有附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素。

具体实施方式

现在将参考几个示例实施例来讨论本文中描述的主题。应当理解，这些实施例仅出于使得本领域技术人员能够更好地理解并且因此实现本文所述主题的目的而进行讨论，而不是暗示对主题的范围的任何限制。

本文中使用的术语仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制示例实施例。如本文中使用的，单数形式的“一”、“一个”和“该(the)”也意图包括复数形式，除非上下文另外明确指出。应当进一步理解，当在本文中使用时，术语“包括”、“包括有”、“包含”和/或“包含有”指定所述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但是不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其组的存在或增加。

还应当注意，在一些替代实现中，所提到的功能/动作可以不按图中指出的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/动作，连续示出的两个功能或动作实际上可以同时执行，或者有时可以以相反的顺序执行。

如本文中使用的，术语“通信网络”是指遵循任何合适的通信标准的网络，诸如长期演进(LTE)、高级LTE(LTE-A)、宽带码分多址(WCDMA)、高速分组访问(HSPA)、无线保真(Wi-Fi)等。此外，终端设备与通信网络中的网络设备之间的通信可以根据任何合适的一代通信协议来执行，包括但不限于第一代(1G)、第二代(2G)、2.5G、2.75G、第三代(3G)、第四代(4G)、4.5G、未来的第五代(5G)通信协议、IEEE 802.11协议和/或当前已知或将来要开发的任何其他协议。

本公开的实施例可以应用于各种通信系统中。考虑到通信的快速发展，当然，还将存在可以体现本公开的未来类型的通信技术和系统。不应当将本公开的范围限制为仅上述系统。

本文中使用的术语“设备”是指能够通信的任何适当的设备。例如，术语“设备”可以是指网络设备或终端设备。术语“网络设备”包括但不限于通信系统中的基站(BS)、网关、管理实体和其他合适的设备。术语“基站”或“BS”表示节点B(NodeB或NB)、演进型NodeB(eNodeB或eNB)、NR NodeB(gNB)、远程无线电单元(RRU)、无线电报头(RH)、远程无线电头(RRH)、中继、低功率节点(例如，毫微微、微微、路由器等)。

术语“终端设备”包括但不限于“用户设备(UE)”和能够与网络设备通信的其他合适的终端设备。例如，“终端设备”可以是指终端、移动终端(MT)、订户站(SS)、便携式订户站、移动站(MS)或接入终端(AT)。

本文中使用的术语“扩展器”是指可以改善通信系统(例如，Wi-Fi通信系统)的覆盖范围的设备。

本文中使用的术语“电路系统”可以是指以下中的一个或多个或全部：

(a)纯硬件电路实现(诸如仅在模拟和/或数字电路系统中的实现)，以及

(b)硬件电路和软件的组合，诸如(如适用)：

(i)模拟和/或数字硬件电路与软件/固件的组合，以及

(ii)具有软件(包括数字信号处理器)的硬件处理器、软件和存储器的任何部分，这些部分一起工作以引起诸如移动电话或服务器等装置执行各种功能，以及

(c)需要软件(例如，固件)才能操作但是在操作不需要时软件可以不存在的硬件电路和/或处理器，诸如微处理器或微处理器的一部分。

电路系统的这种定义适用于该术语在本申请中的所有使用，包括在任何权利要求中。作为另一示例，如本申请中使用的，术语“电路”也仅涵盖硬件电路或处理器(或多个处理器)或硬件电路或处理器及其(或它们的)随附软件和/或固件的一部分的实现。术语电路系统还覆盖(例如并且在适用于特定权利要求元素的情况下)用于移动设备的基带集成电路或处理器集成电路、或者服务器、蜂窝网络设备或其他计算或网络设备中的类似集成电路。

信道或路由的全局WMN优化是在骨干网连接网络中的所有节点的关键假定下执行的。但是，如果一部分网络与骨干网断开连接，则无法使用全局路由或信道选择算法。

如上所述，WMN中的自理是一种用于减少与运营商的帮助台的互动并且降低运营商的OPEX的有吸引力的方法。特别地，当今的WMN自理系统依赖于实验室衍生的规则，这些规则可以在不同部署(诸如家庭)之间重复使用，但未考虑部署之间的差异。一般而言，WMN中的节点之间失去连接的主要原因可能有三个：(1)不良信道配置，这可能包括由动态信道选择或性能很差的信道引起的信道不匹配；(2)用户对节点的重新定位；(3)某个节点发生故障。

作为示例，在WMN中的节点之间失去连接的情况下，后端服务器无法到达特定节点并且将其配置改变为新的最佳配置，这导致WMN中的停滞时间。在这种情况下，用户必须经历服务丢失或性能很差的情况，从而增加运营商的帮助台。

图1示出了根据传统解决方案的通信系统100的示意图。通信系统100包括网关110和扩展器120-1、120-2、120-3、……、120-8(统称为“扩展器120”)，网关110具有朝向互联网130的门(gate)。扩展器120直接或通过其他扩展器连接到网关110。例如，扩展器120-1和扩展器120-2与网关110直接连接。扩展器120-4通过扩展器120-1连接到网关110。扩展器120-3、扩展器120-5、扩展器120-6、扩展器120-7和扩展器120-8通过扩展器120-2连接到网关110。

假定网关110和扩展器120具有两个无线电，一个无线电为2.4GHz，另一无线电为5GHz。在通信系统100中，为扩展器120中的每个扩展器找到通往网关110的最佳路径，并且在时刻t

在上述情况下，扩展器120-3至扩展器120-8可能尝试重新连接到网关，这可能导致以下问题：

1.纹波效应(Ripple Effect)：在扩展器120-3及其后代之间没有协调的情况下，它们中的每个扩展器都将试图找到朝向网关110的正确的信道或正确的路由，这将在通信系统100中引起纹波效应并且因此将增加其相关用户设备的停滞时间(dead time)。

2.长搜索持续时间：尽管通信系统100中的每个扩展器120具有相同的网格ID，但是如果拓扑允许，则它们可以在不同信道上工作，这使得搜索正确的信道更具挑战性。通过扫描其邻居网格对等体，扩展器120可以检测不同信道。穷举强力(brute-force)搜索正确的信道可能需要很长时间才能搜索正确信道，并且可能无法在任何实际的时间长度内找到解决方案。

自理WMN系统有几种传统解决方案。图2示出了基于云的解决方案的示意图。基于云的系统200包括后端服务器处的远程web接口(API)210和优化引擎220。后端服务器处的远程web接口210在扩展器之间的连接丢失的情况下根本没有帮助。

图3示出了基于移动应用的解决方案的示意图。基于移动应用的系统300包括主接入点(AP)310、直接连接到主AP 310的终端设备330、以及扩展器320-1、扩展器320-2和扩展器320-3。终端设备330可以在其上运行有应用。该应用可以实现以下功能：速度测试、网络管理和网络状态。应用的效率取决于终端设备330连接到的连接节点。移动应用仅提供具有建议列表的对Wi-Fi系统的状态的见解(例如，已连接设备的列表、速度测试)作为可能的解决方案，并且它们经常与云服务器交互。但是，这两者都涉及用户浪费时间来解决问题。

传统解决方案还包括本地自理系统。本地自理系统在每个节点本地托管一些逻辑，这些逻辑具有针对信道相关故障的自我修复功能。信道相关故障的最简单方法是强力搜索正确信道，这在多无线电多信道WMN中不可靠并且需要很长的搜索时间才能找到正确信道。而且，WMN中的节点之间没有任何合作，这通常会导致纹波效应。

在多无线电WMN中，存在一种名为本地化自定义重新配置算法(LEGO)的、针对信道相关故障的用于自理的改进方法。LEGO分为三个阶段：1)每个节点进行主动网络监测，2)对受链路故障影响的组节点进行重新配置并且选择组的领导者，以及3)经由约束图阶段进行网络规划，以将网络改变尽可能保持为本地。

LEGO背后的关键思想是，它采用自上而下的方法来生成主要用于使网络变化最小化的重配置计划。LEGO生成所有可能的改变，诸如信道切换、无线电关联改变和组中每个链路的绕行，并且基于这些内容而列出可行重新配置计划列表。LEGO选择的方案要满足QoS要求并且不会引起网络设置的级联改变(不会产生纹波效应)。然而，LEGO方法考虑的是WMN，其中每个节点都有其自己的通往互联网的门，因此无法将其应用于图1所示的传统WMN拓扑。此外，LEGO仍然需要很长的搜索时间来检查每个计划的可行性并且没有利用基于过去的经验而进行的学习。

为Zigbee树形网络提供了另一基于领导者节点选择的自理系统，该系统旨在通过保持子树的初始拓扑结构尽可能远来使需要从头重新加入网络的后代的数目最小化，并且这样可以使因从头重新加入网络(大量控制消息)而导致的成本最小化。

为了至少部分解决上述和其他潜在问题，本公开的实施例提供了一种用于恢复通信系统中的连接的解决方案。下面参考附图描述本公开的示例实施例。然而，本领域技术人员将容易理解，本文中针对这些附图给出的详细描述是出于说明性目的，因为本公开超出了这些有限的实施例。

图4示出了可以在其中实现本公开的实施例的通信系统400的示意图。作为通信网络的一部分的通信系统400包括网关410和设备420-1、420-2、……、和420-N(统称为“设备420”，其中N是整数)。应当理解，通信系统400可以包括任何合适数目的设备。应当注意，通信系统400还可以包括为了清楚起见而省略的其他元件。设备420可以指代扩展器。替代地或另外地，设备420可以指代转发器。在一些实施例中，该设备可以在接入点(AP)处实现。

通信系统400中的通信可以根据任何适当的通信协议来实现，包括但不限于第一代(1G)、第二代(2G)、第三代(3G)、第四代(4G)和第五代(5G)等的蜂窝通信协议、诸如电气和电子工程师协会(IEEE)802.11等无线局域网通信协议、和/或当前已知或将来开发的任何其他协议。而且，通信可以利用任何适当的无线通信技术，包括但不限于：码分多址(CDMA)、频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、频分双工(FDD)、时分双工(TDD)、多输入多输出(MIMO)、正交频分多址(OFDMA)、和/或当前已知或将来开发的任何其他技术。

根据本公开的实施例，网络中的每个设备保持其到网关的下一跳设备的记录，并且更新其自身与下一跳设备之间的链路质量。如果网络分段与互联网断开连接，则设备将彼此协作，并且用于接管对到网关的路径的搜索的领导者设备被确定。该路径是基于记录和链路质量而确定的。以这种方式，显著地减少了用于恢复网络分段连接的时间。无需连接到骨干网即可解决网络分段的恢复问题。

图5示出了通信系统400的示例拓扑500的示意图。应当注意的是，示例拓扑500仅仅是示例而不是限制。通信系统400可以具有任何合适的拓扑。仅出于说明的目的，参考图5所示的拓扑描述本公开的实施例。

如图5所示，设备420-1、设备420-2、设备420-3和设备420-4直接连接到网关410。设备420-5通过设备420-1连接到网关410。设备420-6、设备420-7和设备420-8通过设备420-5连接到网关。设备420-6、设备420-7和设备420-8是设备420-5的后代设备。

图6示出了根据本公开的实施例的方法600的流程图。方法600可以在设备420处实现。

在一些实施例中，设备420(例如，设备420-1、设备420-2、设备420-3、设备420-3、……、设备420-8)监测到网关410的路径。例如，设备420-5可以保留可以可连接到网关410的候选设备列表。例如，候选设备列表可以包括设备420-1、设备420-2、设备420-3和设备420-4。

设备420-5可以获得候选设备的信息。该信息可以包括但不限于以下中的一项或多项：每个候选设备的标识、与每个候选设备的链路质量、以及由每个候选设备使用的频带。时刻t

l

其中t

其中errorRate和retriesRate表示某个设备与其下一跳之间的链路的错误率和重传率，而rssiFactor由下式给出

其中RSSI是下一跳的信号强度。

在示例实施例中，设备420-5可以周期性地获得候选设备的信息并且更新其记录。只要设备420-5与网关410连接，设备420-5就可以继续监测网络并且获取信息。

在一些实施例中，设备420-5将候选设备的信息存储在本地存储装置或远程存储装置中。设备420-5还可以将候选设备的信息更新到网关410。

在框610，如果设备420-5与网关410之间的连接丢失，则设备420-5确定其是否连接到设备420-1。例如，如果包括设备420-5、设备420-6、设备420-7和设备420-8的网络分段与网关410断开连接，则上述设备中的每个设备都将尝试ping其下一跳设备。设备420-6和设备420-7可以ping设备420-5，并且设备420-8可以ping设备420-7。

在一些实施例中，如果下一跳设备是可到达的，则该设备可以在一定时间段内从到网关410最近的设备接收通知。例如，如果设备420-7能够到达设备420-5，则设备420-7可以从设备420-5接收通知。

在示例实施例中，如果设备不能到达其下一跳，则该设备可以成为领导者(leader)设备。例如，如果设备420-5不能到达设备420-1，则设备420-5可以向其后代设备(即，设备420-6、设备420-7和设备420-8)广播信息。该信息指示设备420-5是领导者设备并且负责搜索到网关410的路径。

在一些实施例中，如果设备420-6、设备420-7和设备420-8接收到该信息，则设备420-6、设备420-7和设备420-8可以向设备420-5发送响应。该响应可以包括但不限于以下中的一项或多项：每个后代设备的MAC地址、每个后代设备的当前下一跳、以及用于朝向下一跳的链接的信道。

在框620，如果设备420-5与设备420-1断开连接，则设备420-5从网络中的一个或多个候选设备中选择目标设备。在一些实施例中，设备420-5可以将其无线电调谐到扫描模式。由于每个设备具有相同的服务集标识符(SSID)值，因此设备420-5可以获得与相同SSID相对应的扫描结果(例如，基本SSID(BSSID)和信道索引对)，并且从候选设备列表中删除其每个后代设备。

在一些实施例中，设备450-2可以基于先前监测的信息为最佳优先搜索算法创建优先级队列。具有最高链路质量的下一跳设备是候选设备列表中的第一候选设备。例如，如果设备420-2具有最高链路质量，则设备450-2可以选择设备420-2作为目标设备。以这种方式，可以缩短对正确设备的搜索。

在框630，设备420-5与目标设备建立连接，以用于重新建立到网关410的连接。在示例实施例中，设备420-5可以确定用于连接到设备420-2的信道是否是动态频率选择(DFS)信道。如果该信道是DFS信道，则设备420-5可以确定该信道是否被启用。如果该信道被启用，则设备420-5可以与目标设备建立连接。如果该信道被禁用，则设备420-5可以将另一候选设备确定为目标设备。

在示例实施例中，设备420-5可以获得目标设备可用的信道。设备420-5可以确定哪个后代设备需要将其信道改变为目标设备可用的信道。例如，设备420-5可以确定设备420-6需要改变其信道，设备420-5可以向设备420-6发送信道切换请求。设备420-6可以基于该请求来改变其信道。

在一些实施例中，设备420-5可以检查在与目标设备的连接被建立之后，它是否可以到达网关410。如果设备420-5仍然不能到达网关410，则设备420-5可以向所连接的目标设备发送请求，以获得所连接的目标设备的后代设备。在接收到已检查以及不合适的候选设备的后代设备的列表之后，设备420-5从列表中删除这些设备并且继续检查列表中的其他候选设备。它将已检查的候选设备移动到关闭列表。如果检查了所有候选设备，但无法访问网关410，则领导者节点角色将被传递到距离设备420-5最近的设备，因为当前领导者设备420-5成为新的领导者设备的后代设备。可能会通过后代设备之一到达通往网关的唯一路径。

在一些实施例中，一种用于执行方法600的装置(例如，设备420-5)可以包括用于执行方法600中的对应步骤的相应部件。这些部件可以以任何合适的方式来实现。例如，它可以由电路系统或软件模块实现。

在一些实施例中，该装置包括：用于响应于网络中的第一设备与网关之间的连接丢失而确定第一设备是否连接到第二设备的部件，第二设备位于第一设备与网关之间；用于响应于确定第一设备与第二设备断开连接而从网络中的一个或多个候选设备中选择目标设备的部件，每个候选设备可连接到网关；以及用于与目标设备建立连接以重新建立到网关的连接的部件。

在一些实施例中，该装置还包括：用于确定以下中的至少一项的部件：与每个候选设备的链路质量、由每个候选设备使用的频带。

在一些实施例中，用于从候选设备集合中选择目标设备的部件包括：用于向第三设备发送指示第一设备将重新建立与网关的连接的信息的部件，第三设备经由第一设备连接到网关；用于从第三设备接收第三设备的标识的部件；以及用于从候选设备中选择目标设备使得目标设备具有与第三设备的标识不同的另一标识的部件。

在一些实施例中，用于与目标设备建立连接以重新建立到网关的连接的部件包括：用于响应于确定用于连接到目标设备的信道是动态频率选择(DFS)信道而确定信道是否在第一设备处被启用的部件；用于响应于信道被启用而与目标设备建立连接的部件。

在一些实施例中，该装置还包括：用于响应于信道被禁用而从候选设备中选择另一目标设备以重新建立到网关的连接的部件。

在一些实施例中，用于与目标设备建立连接以重新建立到网关的连接的部件包括：用于获取目标设备可用的信道的部件；以及用于向第四设备发送信道切换请求以使第四设备切换到该信道的部件，第四设备经由第一设备连接到网关。

图7是适合于实现本公开的实施例的设备700的简化框图。设备700可以在设备420处实现。如图所示，设备700包括一个或多个处理器710、耦合到(多个)处理器710的一个或多个存储器720、耦合到处理器710的一个或多个发射器和/或接收器(TX/RX)740。

处理器710可以是适合于本地技术网络的任何类型，并且作为非限制性示例，可以包括通用计算机、专用计算机、微处理器、数字信号处理器(DSP)和基于多核处理器架构的处理器中的一种或多种。设备700可以具有多个处理器，诸如专用集成电路芯片，处理器在时间上从属于与主处理器同步的时钟。

存储器720可以是适合于本地技术网络的任何类型，并且作为非限制性示例，可以使用任何合适的数据存储技术来实现，诸如非暂态计算机可读存储介质、基于半导体的存储器设备、磁存储器设备和系统、光学存储器设备和系统、固定存储器和可移动存储器。

存储器720存储程序730的至少一部分。TX/RX 740用于双向通信。TX/RX 740具有至少一个天线以促进通信，尽管实际上本申请中提到的接入节点可以具有多个天线。通信接口可以表示与其他网络元件通信所必需的任何接口。

假定程序730包括程序指令，该程序指令在由相关联的处理器710执行时使得设备700能够根据本公开的实施例进行操作，如本文中参考图6讨论的。也就是说，本公开的实施例可以通过可以由设备700的处理器710执行的计算机软件来实现，或者通过硬件来实现，或者通过软件和硬件的组合来实现。

虽然本说明书包含很多特定的实现细节，但是这些不应当被解释为对任何公开内容或可能要求保护的内容的范围的限制，而应当被解释为对特定实现的特定公开内容特定的特征的描述。在单独实施例的上下文中在本说明书中描述的某些特征也可以在单个实施例中组合实现。相反，在单个实施例的上下文中描述的各种特征也可以分别在多个实施例中或以任何合适的子组合来实现。此外，尽管以上可以将特征描述为以某些组合起作用并且甚至最初如此要求保护，但是在某些情况下，可以从组合中排除所要求保护的组合中的一个或多个特征，并且所要求保护的组合可以涉及子组合或子组合的变体。

类似地，尽管在附图中以特定顺序描绘操作，但是这不应当被理解为要求这样的操作以所示的特定顺序或以连续的顺序执行，或者执行所有示出的操作以实现期望的效果。结果。在某些情况下，多任务和并行处理可能是有利的。此外，上述实施例中的各种系统组件的分离不应当被理解为在所有实施例中都需要这种分离，并且应当理解，所描述的程序组件和系统通常可以集成在单个软件产品中，或者打包成多个软件产品。

当结合附图阅读时，鉴于前述描述，对本公开的前述示例性实施例的各种修改、改编对于本领域技术人员而言将变得很清楚。任何和所有修改仍将落入本公开的非限制性和示例性实施例的范围内。此外，受益于前述说明书和相关附图中呈现的教导的本公开的这些实施例所涉及的本领域技术人员将能够想到本文中阐述的本公开的其他实施例。

因此，应当理解，本公开的实施例不限于所公开的特定实施例，并且修改和其他实施例旨在被包括在所附权利要求的范围内。尽管本文中使用特定术语，但是它们仅在一般和描述性意义上使用，而不是出于限制的目的。