CN1787399A - 用于控制无线局域网中发射功率的系统和方法 - Google Patents

用于控制无线局域网中发射功率的系统和方法 Download PDF

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Abstract

公开了一种用于控制无线局域网(WLAN)中发射功率的系统和方法，更具体地，公开了一种用于控制WLAN中发射功率的系统和方法，能够通过控制WLAN中的发射功率来向服务区域之外的终端提供WLAN服务。因此，从位于服务区域内的另一个站接收到位于WLAN的隐藏节点处的站的链路余量数据，并且将接收到的链路余量数据与预设的链路余量数据进行比较，以控制WLAN中的发射功率。

Description

用于控制无线局域网中发射功率的系统和方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制无线局域网(WLAN)中发射功率的系统和方法，更具体地，涉及一种用于控制WLAN中发射功率的系统和方法，能够通过控制WLAN中的发射功率来给处于服务区域之外的终端提供WLAN服务。
背景技术
局域网(LAN)主要分为有线LAN和无线LAN。两种LAN中最大的不同在于电缆是否存在。
在无线局域网(WLAN)中，使用无线电波而不是电缆来实现通信。WLAN的出现作为一种选择，用于克服由于使用电缆而导致的安装、维持和移动性中的困难。此外，用户对移动性需求的增长导致对WLAN需求的增长。
WLAN由接入点(AP)和WLAN卡组成。AP是发射无线电波以便在发射距离内的WLAN用户可以访问因特网并使用网络的设备。AP还用作蜂窝电话的基站或有线网络的集线器。类似地，对于由因特网服务提供商(ISP)提供的无线高速因特网服务，已经在服务区域内设置了AP设备。
对于当前的WLAN服务，WLAN用户应该通过使用例如具有WLAN卡的笔记本计算机、个人数字助理(PDA)等的终端来与位于热点区域内的接入点(AP)关联。下文中，无线LAN终端称为站(STA)。
IEEE 802.11是现在广泛使用的无线LAN标准，并且遵守“Standardfor Information Technology-Telecommunications and InformationExchange between System-Local and Metropolitan AreaNetwork-Specific Requirement-Part 11：Wireless LAN MediumAccess Control(MAC)and physical Layer(PHY)Specifications”1999年版本。
IEEE 802.11标准定义了关于组成无线LAN的物理层的媒体访问控制(MAC)。
MAC层定义了使用共享媒体的站或设备使用/访问媒体时应该遵守的顺序和规则，以便保证有效地使用媒体容量。
基于802.11MAC和IEEE 802.11a/b/g PHY的WLAN被广泛应用于家庭和办公场所。
在IEEE 802.11中，带有冲突检测的载波侦听多路存取(CSMA/CA)用于竞争地占用无线信道并用于通信。同时，在无线信道上发射的无线电波强度应该满足相关国家的管理最大发射功率(RMTP)要求。例如，在南韩，强度不应该超过200mW每信道。在美国和欧洲，针对每一个频率波段来管理无线电波强度。
然而，在欧洲，当IEEE 802.11用于5GHz-波段时，为了首先保护雷达和卫星通信，需要使用发射功率控制(TPC)和动态频率选择(DFS)。为了制订这些技术标准，使用IEEE802.11h。
TPC是一种通过控制发射功率强度而只使用必要的发射功率来保护雷达和卫星通信的技术。同时，DFS是一种当检测到雷达或卫星通信信号时将WLAN信道切换到另一个频率波段、以便首先保护已有系统的技术。
除了保护雷达和卫星通信的优点之外，因为TPC能够通过控制AP的输出来动态地改变BSS的业务范围，TPC具有能够减少基本业务区(BSS)之间的无线电波干扰以及有效地管理无线电波源的优点。此外，TPC能够通过减少站的功耗来减少电池消耗。
在包括处于接入点(AP)的发射功率范围之外的站的系统中，当站位于AP的发射功率范围之内时，站可以通过从AP接收到的信标信息中识别在BSS(基本业务区)中允许发射的最大发射功率来与AP关联。
然而，位于AP的发射功率范围之外的隐藏节点处的站不能够从AP正确地接收信标信息，从而难以与AP关联。
换句话说，因为AP能够从处于AP发射功率范围之外的站接收信息，然而AP的发射功率不够到达处于AP发射功率范围之外的站，处于AP发射功率范围之外的站不能够识别AP信息。因此，难以在AP和处于AP发射功率范围之外的站之间建立通信链路。
此外，因为AP一直保持一定发射功率，AP具有高功率损耗的缺点。
在此参考包含Chai Keong Toh的美国专利No.5,987,011、名称为“ROUTING METHOD FOR AD-HOC MOBILE NETWORK”、讨论在网络移动站之间的对等(ad-hoc)通信模式中的信标使用的专利；以及Joon-boChoi等的美国专利No.6,859,656、名称为“APPARATUS AND METHOD FOROPTIMIZING TRANSMISSION POWER OF NETWORK”、讨论在通过无线发送和接收数据的通信单元中包括接收信号强度和/或链路质量信息的连接信息的使用的专利，其中控制单元根据通过通信单元接收到的数据分组的连接信息来输出用于控制发射功率的信号。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于控制无线局域网(ALN)中发射功率的系统和方法，能够有效地控制接入点(AP)的发射功率以便处于WLAN服务区域之外的站与接入点关联。
根据本发明的一个方案，提供一种用于控制无线局域网(WLAN)中发射功率的系统，包括：接入点，用于从位于接入点的服务区域内的第二站接收位于WLAN隐藏节点(hide node)处的第三站的链路余量(link margin)数据。并且将接收到的链路余量数据与预设链路余量数据进行比较，以便控制WLAN中的发射功率。
接入点包括：链路余量数据比较器，用于将第三站的链路余量数据与预设链路余量数据进行比较；以及发射功率控制器，用于如果第三站的链路余量数据值小于预设链路余量数据值，利用预设链路余量数据值来补偿第三站的链路余量数据值，以便增加发射功率。
当不能与接入点关联时，在一定时间期间，第三站将其模式从基础架构(infrastructure)模式切换到对等(ad-hoc)模式，以便将信标发送到第二站。
第二站根据发送自第三站的信标中的平均接收速率信息及其自身的链路余量数据来计算第三站的链路余量数据。
第二站将第三站的链路余量数据添加到开始帧，并将链路余量数据发送到接入点。
根据本发明的另一个方案，提供一种无线局域网(WLAN)站，包括：控制器，用于识别发送自WLAN的接入点的信标和发送自位于WLAN隐藏节点处的无线站的信标；以及链路余量计算器，用于根据从由控制器识别的无线站发送的信标中的平均接收速率信息及其自身的链路余量数据，计算控制接入点发射功率的无线站的链路余量数据。
根据本发明的还一个方案，提供一种用于控制无线局域网(WLAN)中发射功率的方法，包括：从位于服务区域内的第二站接收位于ALN的隐藏节点处的第三站的链路余量数据，并且将接收到的链路余量数据与预设的链路余量数据进行比较；以及根据比较结果来控制WLAN中发射功率。
同时，根据本发明的又一个方案，提供一种用于控制无线局域网(WLAN)中发射功率的方法，包括：当位于接入点的服务区域之外的第三站不能够与接入点关联时，在一定时间期间将其模式从基础架构模式切换到对等模式并且发送信标；位于WLAN服务区域内的第二站接收发送自第三站的信标，从而计算第三站的链路余量数据；以及接入点从第二站接收第三站的计算链路余量数据，并且将计算链路余量数据与预设链路余量数据进行比较以确定发射功率。
附图说明
当结合附图时，参考下面的详细说明可以更好地理解本发明，本发明的完整理解及其所附优点将变得显而易见，附图中类似的参考符号表示相同或类似的组件，其中：
图1是传统WLAN系统的配置图；
图2是示出了包括处于AP发射功率范围之外的站的系统的配置图；
图3示出了根据本发明用于控制WLAN中发射功率的系统的网络连接配置；
图4是示出了根据本发明的WLAN站的配置的方框图；
图5示出了根据本发明的TPC开始帧的结构；
图6是示出了根据本发明的接入点的配置的方框图；以及
图7是示出了根据本发明用于控制WLAN中发射功率的方法的过程的流程图。
具体实施方式
下面结合示出了本发明优选实施例的附图来完整地说明本发明。然而，可以按照不同形式实现本发明并且不应该认为本发明局限于示出的实施例。当然，示出这些实施例以使本公开全面而完整，并且使本领域技术人员完整地理解本发明范围。
图1是WLAN系统的配置图。如图1所示，AP1 1、站STA1 2和STA2 3的发射功率被设置在管理最大发射功率(RMTP)之内。
图2是示出了包括处于AP发射功率范围之外的站的系统的配置图。如图2所示，因为站STA1 2和STA2 3位于AP1 1的发射功率范围之内，站STA1 2和STA2 3可以通过从AP接收的信标信息中识别BSS中发射的最大发射功率来与AP1 1进行关联。
然而，因为站STA3 4位于AP1 1的发射功率范围之外的隐藏节点处，站STA3 4不能够从AP1 1正确地接收信标信息，从而难以与AP1 1进行关联。
换句话说，因为AP1 1能够从站STA3 4接收信息，但AP1的发射功率不足以到达站STA3 4，站STA3 4不能够识别AP1信息。因此，难以在AP1和STA3 4之间建立通信链路。
图3示出了根据本发明用于控制WLAN中发射功率的系统的网络连接配置，图4是示出了根据本发明的WLAN站的配置的方框图；图5示出了根据本发明的TPC开始帧的结构，以及图6是示出了根据本发明的接入点的配置的方框图。
如图3所示，根据本发明使用接入点(AP)来建立网络的基础架构模式中的WLAN网络包括：具有发射功率控制(TPC)的AP1 10和WLAN站(STA1、STA2和STA3)30、30和50。第一和第二站30和40位于由AP110建立的BSS(基础业务区)服务区域20之内并且能够与AP1 10关联。第三站50位于BSS服务区域20之外的隐藏节点处并且不能够与AP1 10进行关联。
第三站50向AP1 10发送认证请求消息，用于与AP1 10进行关联。然而，因为第三站50位于BSS服务区域20之外的隐藏节点处，第三站50不能够从AP1 10接收确认(ACK)并因此不能够与AP1 10进行关联。
因此，第三站50将其自身模式从基础架构模式切换到对等(特殊目的)模式并随后向所有客户站发送Probe_Request消息。Probe_Request消息是第三站50用于发现另一个客户站所需的。在本发明的实施例中，位置邻近第三站50的第二站40从第三站50接收Probe_Request消息并向第三站50发送回确认(ACK)消息。
因此，在对等模式中，从第二站40接收确认Probe_Request消息的确认(ACK)消息的第三站50在一定时间期间将信标消息发送到第二站40并随后回到基础架构模式。
如图4所示，第二站40包括：通信模块41、控制器42、链路余量计算器43、存储器44和显示单元45。
通信模块41表示通用的WLAN卡并且允许站与相关服务区域内的接入点(AP1 10)关联并使用WLAN服务。
经由通信模块41，控制器42在基础架构模式中接收发送自AP1 10的信标消息并且在对等模式中接收发送自第三站50的信标消息，并且识别基础架构模式中的信标消息和对等模式中的信标消息。
此外，控制器42将TPC_Request消息发送到第一站30并且接收响应TPC_Request消息的TPC_Responce消息。TPC_Response消息包含关于第一站30的发射功率和关于当第一站30与AP1 10关联时的链路余量数据值的信息。
控制器42识别的信标消息中，根据在对等模式中接收自第三站50的信标消息，链路余量计算器43计算第三站50的平均接收速率值。将如此计算的平均接收速率值存储在存储器44的接收速率信息表中。
此外，从计算的第三站50的平均接收速率值和当前站(例如STA240)的链路余量数据中，链路余量计算器43计算第三站50的链路余量数据值。将如此计算的链路余量数据值存储在存储器44的链路余量表中。
控制器42将链路余量计算器43所计算的第三站50的链路余量数据添加到开始帧并经由通信模块41将链路余量数据发送到AP1 10。
如图5所示，开始帧包括：表示频谱管理的类别字段；表示TCP开始帧的作用字段；表示在AP和站(STA)之间发射和接收的TCP数目的对话令牌字段；表示频谱管理格式的TCP开始帧的元素ID字段；表示整个帧大小的长度字段；发射功率字段，向其输入了BSS中存在的所有站的最小发射输出(Tx功率)值；以及链路余量字段，向其输入在BSS中存在的所有站的最小余量值。每一个字段具有一个字节的大小。
换句话说，第三站50的链路余量数据被添加到开始帧的链路余量字段并且被发送到AP1 10。
存储器44分别将计算平均接收速率值和由链路余量计算器43计算的第三站50的计算链路余量数据值存储到接收速率信息表和链路余量表中。
如图6所示，接入点AP1 10包括信标产生器11、数据接收器12、存储器13、控制器14和数据发射器15。
信标产生器11在每一个信标周期内产生要发射到位于服务区域内的站(STA)的信标。
数据接收器12从以太网或任意站接收各种数据。具体地，数据接收器12从位于服务区域内的第二站40接收包括位于隐藏节点的第三站50的计算链路余量数据值的开始帧信息，并将接收到的开始帧信息发送到控制器14。
存储器13存储经由数据接收器12接收到的数据。具体地，设置用于控制发射功率的基准链路余量数据被存储在存储器13中。存储器13存储发射在第二站40的开始站信息。
控制器14包括：链路余量数据比较器14a，用于将要添加到发送自数据接收器12的开始帧的链路余量字段的第三站50的计算链路余量数据值与预先存储在存储器13中的基准链路余量数据值进行比较；以及发射功率控制器14b，用于如果由链路余量数据比较器14a确定第三站50的计算链路余量数据值小于预先存储在存储器13中的基准链路余量数据值，利用预设链路余量数据值来补偿第三站50的链路余量数据值，从而增加发射功率(TX功率)。
在每一个信标时间周期内，数据发射器15将存储在存储器13中的数据或由信标产生器11所产生的信标发送到站(STA)。
图7是示出了根据本发明用于控制WLAN中发射功率的方法的过程的流程图。
如图7所示，在AP1 10和WLAN站30、40和50中，位于AP1(接入点)10的BBS服务区域20之外的隐藏节点处的第三WLAN站50将认证请求消息发送到AP1 10，以便与AP1 10关联(S10)。
然而，因为第三站50位于BSS服务区域20之外的隐藏节点处，第三站50不能够从AP1 10接收确认(ACK)。因此，第三站50不能够与AP110关联。
因此，第三站50将其自身模式从基础架构模式切换到对等模式并随后将Probe_Request消息发送到例如AP1 10的接入点以及例如30和40的所有客户站。同时，在本发明中，最靠近第三站50的第二站40从第三站50接收Probe_Request消息(S20)并将确认响应消息ACK发送到第三站50(S30)。
随后，从第二站40接收响应Probe_Request消息的响应消息的第三站50在对等模式中的一定时间期间将信标消息发送到第二站40(S40)并随后回到基础架构模式。
然后第二站40接收在基础架构模式中的一定信标时间周期内发送自AP1 10的信标消息以及发送自第三站50的信标消息、发现发送自第三站50的对等模式信标消息、从发现的信标消息中计算第三站50的平均接收速率值、并且将计算的平均接收速率值存储在存储器44的接收速率信息中。
然后第二站40将TPC_Request消息发送到第一站30(S50)。响应之，第一站30将TPC_Response消息发送到第二站40(S60)。TPC_Response消息包括关于第一站30的发射功率的信息以及关于当第一站30与AP1 10关联时的链路余量数据值的信息。
然后，第二站40通过参考其自身的链路余量数据值和第三站50的计算平均接收速率值来计算第三站50的链路余量数据值，并将计算的链路余量数据值存储在存储器44的链路余量表中。
然后第二站40将第三站50的计算链路余量数据值添加到开始帧，以便将计算链路余量数据值发送到AP1 10(S70)。在此，添加到开始帧的计算链路余量数据值是所有站的最小链路余量数据值。
然后AP1 10检查在发送自第二站40的开始帧中的计算链路余量数据值，并且如果开始帧中的计算链路余量数据值小于预设的基准链路余量数据值，以预设基准链路余量数据值来增加发射功率(TX功率)。
因此，位于隐藏节点处的第三站50变为能够接收在基础架构模式中发送自AP1 10的信标消息并从而能够与AP1 10关联(S80)。
尽管已经具体示出并结合其优选实施例说明了本发明，本领域的技术人员可以理解到，在不脱离所附权利要求书所定义的本发明精神和范围内可以在形式和细节中进行各种改变。
根据本发明，通过根据站的链路余量信息来有效地控制AP的发射功率，对于即使处于隐藏节点的站，也可能平稳地使用WLAN服务，就像扩展了AP服务区域。此外，可以使AP中的功率损失最小化。

Claims (20)

1、一种用于控制无线局域网(WLAN)中发射功率的系统，包括：接入点；每一个位于接入点的服务区域内的第一站和第二站，所述接入点从所述第二站接收位于WLAN的隐藏节点处的第三站的计算链路余量数据，当所述第二站比所述第一站更接近于所述第三站时，所述接入点将接收到的计算链路余量数据与预设的链路余量数据进行比较，以控制WLAN中的发射功率。
2、根据权利要求1所述的系统，其中，接入点包括：
链路余量数据比较器，用于将第三站的计算链路余量数据与预设的链路余量数据进行比较；以及
发射功率控制器，用于如果第三站的计算链路余量数据值小于预设链路余量数据值，用预设链路余量数据值来补偿第三站的计算链路余量数据值，以便增加发射功率。
3、根据权利要求1所述的系统，其中，当不能够与接入点关联时，在一定时间期间，第三站将其模式从基础架构模式切换到对等模式，以便将信标发送到第二站。
4、根据权利要求3所述的系统，其中，当发现所述对等模式时，所述第二站计算第三站的平均接收速率值，并随后根据其自身的链路余量数据和所述平均接收速率信息来计算第三站的计算链路余量数据。
5、根据权利要求4所述的系统，其中，第二站将第三站的计算链路余量数据添加到开始帧，以便将计算链路余量数据与所述开始帧发送到接入点。
6、一种无线局域网(WLAN)中的接入点设备，包括：
链路余量数据比较器，用于从位于所述接入点的服务区域内的第二站接收位于WLAN的隐藏节点处的第一站的链路余量数据，并且将接收到的链路余量数据与预设链路余量数据进行比较；以及
发射功率控制器，用于如果链路余量数据比较器确定第一站的链路余量数据值小于预设的链路余量数据值，则利用预设链路余量数据值来补偿第一站的链路余量数据值，以便增加发射功率。
7、根据权利要求6所述的设备，其中，当所述第一站不能够与接入点关联时，在一定时间期间，第一站将其模式从基础架构模式切换到对等模式，以便将信标发送到第二站。
8、根据权利要求7所述的设备，其中，当发现所述第一站处于所述对等模式中时，第二站根据其自身的链路余量数据和响应发送自第一站的信标而计算的第一站的平均接收速率信息来计算第一站的链路余量数据。
9、根据权利要求8所述的设备，其中，第二站将第一站的链路余量数据添加到开始帧，并将包括链路余量数据的开始帧发送到接入点。
10、一种无线局域网(WLAN)站，包括：
控制器，用于识别发送自WLAN接入点的信标和在对等模式期间发射送位于WLAN隐藏节点处的无线站的信标；以及
链路余量计算器，用于根据其自身的链路余量数据和当发现发送自无线站的所述信标时计算的平均接收速率信息，计算控制接入点发射功率的无线站的链路余量数据。
11、根据权利要求10所述的站，其中，控制器将链路余量计算器所计算的无线站的链路余量数据添加到开始帧，并将包括链路余量数据的开始帧发送到接入点。
12、一种用于控制无线局域网(WLAN)中接入点的发射功率的方法，包括步骤：
从第二站接收位于WLAN隐藏节点处的第一站的链路余量数据，所述第二站位于WLAN的服务区域内，并且将接收到的链路余量数据与预设的链路余量数据进行比较；以及
根据比较结果来控制接入点的发射功率。
13、根据权利要求12所述的方法，其中，如果第一站的链路余量数据值小于预设的链路余量数据值，控制步骤利用预设链路余量数据值来补偿第一站的链路余量数据值，以便增加发射功率。
14、根据权利要求12所述的方法，其中，当不能够与接入点关联时，在一定时间期间，第一站将其模式从基础架构模式切换到对等模式并随后将信标发送到第二站。
15、根据权利要求14所述的方法，其中，第二站根据当发现发送自第一站的所述信标时计算的平均接收速率信息和其自身的链路余量数据，计算第一站的链路余量数据。
16、根据权利要求15所述的方法，其中，第二站将第一站的链路余量数据添加到开始帧，并将包括链路余量数据的开始帧发送到接入点。
17、一种用于控制无线局域网(WLAN)中接入点的发射功率的方法，包括步骤：
当第一站不能够与接入点关联时，将位于接入点的服务区域之外的第一站的模式从基础架构模式切换到对等模式并在一定时间期间发射信标；
位于所述服务区域内的第二站接收发送自第一站的信标，以计算第一站的链路余量数据；以及
接入点从第二站接收第一站的计算链路余量数据，并且将计算链路余量数据与预设的链路余量数据进行比较，以确定发射功率。
18、根据权利要求17所述的方法，其中，接收发送自第一站的信标的步骤包括步骤：
响应接收自第一站的信标来计算平均接收速率值；以及
响应其自身的链路余量数据和平均接收速率值来计算第一站的计算链路余量数据。
19、根据权利要求18所述的方法，其中，第二站将第一站的计算链路余量数据添加到开始帧，并将开始帧发送到接入点。
20、根据权利要求17所述的方法，还包括步骤：当第一站的计算链路余量数据小于预设的链路余量数据时，用预设的链路余量数据来补偿第一站的计算链路余量数据值，以便增加接入点的发射功率。
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