一种不间断通讯的无线信道选择方法
【专利摘要】本发明提出一种不间断通讯的无线信道选择方法，其用于完成对WIFI应用中AP和STA信道调整的方案，其包括：步骤S1：AP/STA启动后，通过调度服务单元的调度，AP将向WiFi网络内与之连接验证的STA进行授时，建立无线区域内统一的高精度相对时间服务；步骤S2：AP周期性的探测和分析周边无线环境特点，配合本地无线网络的流量统计结果，对相关无线参数进行调整；步骤S3：AP启动无线参数广播、调整、验证的事务流程，STA配合AP，同步完成本地无线参数调整。本发明的不间断通讯的无线信道选择方法对适合应用于住宅区中多家庭无线共存、公共场合多无线共存造成的复杂、拥堵的WIFI环境。
【专利说明】一种不间断通讯的无线信道选择方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线通信领域，尤其涉及一种不间断通讯的无线信道选择方法。
【背景技术】
[0002]WiFi无线网络使用2.4G/5G作为其工作频段，可以采用的信道无线频段资源十分有限，特别当WiFi标准大量进化到802.1ln最高可支持300Mbps后，频段资源变得十分紧张。特别在住宅区或部分公共场合出现小范围空间(直径100M)大量无线APUccess Point,无线热点)共存，而这些AP受常规技术的限制，不能够动态的调整自身的信道、频段宽度、无线突发参数、节电等内容，造成无线通讯严重拥堵，速率、延迟严重恶化，同时部分频段等无线资源却被浪费无法使用。
[0003]当前的无线技术允许AP在最初启动时探测周边信道占用情况，自动选择较空闲的信道工作，但这一功能存在明显的缺陷，主要表现在:
1.AP启动后不再具有调整信道的功能，不能随周边无线环境的变化调整WiFi网络的参数使其工作在最优状态；
2.AP的任何无线参数修改，都需要STA (Station，接入站点)设备的无线网络被长时间(大于30秒)切断、重连接，这在STA设备进行流媒体应用(如视频、音频)，以及不支持重试的服务时是不可接受的。
[0004]随无线城市和家庭无线网络的普及，智能手机等支持WiFi的移动设备的增加，对充分利用现有无线频段资源，改善无线通讯质量的需求越来越紧迫。
[0005]因此，如何解决当前WIFI网络出现的多独立网络小范围空间共存，造成无线拥堵同时无线资源被浪费、通讯质量严重下降的缺陷的问题，已成为当前急需解决的技术问题。
【发明内容】
[0006]为了解决现有技术的上述问题，本发明提供一种不间断通讯的无线信道选择方法，以解决当前WIFI网络出现的多独立网络小范围空间共存，造成无线拥堵同时无线资源被浪费，通讯质量严重下降的缺陷。
[0007]一种不间断通讯的无线信道选择方法，其用于完成对WIFI应用中AP和STA信道调整的方案，其包括:
步骤S1:AP/STA启动后，AP将向WiFi网络内与之连接验证的STA进行授时，建立无线区域内统一的闻精度相对时间服务；
步骤S2:AP周期性的探测和分析周边无线环境特点，配合本地无线网络的流量统计结果，对相关无线参数进行调整；
步骤S3:AP启动无线参数广播、调整、验证的事务流程，STA配合AP，同步完成本地无线参数调整。
[0008]其中，所述不间断通讯的无线信道选择方法进一步包括步骤S4:验证并完成参数调整事务处理。[0009]其中，步骤SI进一步包括
步骤Sll:无线基础驱动及无线直接控制通道的初始化及建立；
步骤S12:无线区域高精度时间服务的建立。
[0010]其中，步骤S12进一步包括:
AP端通过本地时间源获取实时时间或开机时间作为本无线区域授时采用的相对时间标准；
AP周期性通过扩展的心跳包向所有STA广播进行授时；
STA监听到授时命令和时间后，校准本地的相对时间，并传回授时结果；
AP接收STA发回的授时结果，计算无线延迟，参考当前无线通讯流量判定授时是否有效；如果某STA授时时间过长，则在无线包超时范围内多次授时；如发现仍有STA不能通过授时，则通过AP外部API发出警告；
STA通过授时且为首次，启动内部的定时器服务。
[0011]步骤S2中，AP周边无线环境特点包括:AP周边各无线信道出现的其他无线网络的数量及信号强度、AP周边其他无线网络宽无线频道的分布情况、无线网络中各通过认证的STA的信道、频道宽度、无线突发模式、无线巨型包等的支持能力、和无线网络当前的网络流量。
[0012]其中，无线参数广播、调整、验证的事务流程具体如下:
AP通过心跳包通知所有STA启动参数调整流程，并提供参数调整的描述；
STA上报自身参数相关的能力，特别提供保证能够进行参数调整的相对时间；
AP验证STA的参数调整能力，同时取各STA上报可以完成操作的相对时间中的最大值，参考各STA的无线延迟，提出执行操作的相对时间；
AP通过心跳包将本次参数调整的具体内容和执行操作的相对时间广播至所有STA ；STA收到本次操作具体内容后，确认并通知AP ;若确认失败，则向AP提交确认失败信息，及失败原因；
AP得到所有STA的确认信息后，通过广播启动本次操作；如果仍有STA确认失败，根据失败原因进行调整，或取消本次调整；
AP/STA收到启动本次操作信息后，设置定时器，在协商的执行时间通过无线直接控制通道完成本次操作，并提交成功信息；
AP验证收到的成功信息，完成本次操作。
[0013]其中，所有参数调整和验证均在有限个AP心跳包中完成。
[0014]其中，AP/STA通讯通过心跳包实现。
[0015]与现有技术相比较，采用本发明的不间断通讯的无线信道选择方法，AP实时对网络环境进行监测，在不影响无线网络通讯的前提下，配合周围STA或AP的变化，调整自身的网络参数，始终使自身网络处于最优状态，可以很好解决现有技术中网络参数配置不能配合无线环境的变化、无线网络变化会造成长时间断网、无线资源被大量浪费等问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明不间断通讯的无线信道选择方法中无线客户端STA的模块结构图。
[0017]图2是本发明不间断通讯的无线信道选择方法中无线客户端AP的模块结构图。【具体实施方式】
[0018]如图1和图2所示，在本发明的实施例的AP/STA架构中，AP/STA基础驱动(BasicDriver)为原AP或STA原始驱动，AP/STA直接控制通道(Direct Control Channel)为根据无线网卡芯片的类型，特别实现的无线直接控制通道。二者共同实现对无线底层硬件的控制。AP/STA WiFi时间服务单元(Area Time service)包括本地高精度定时器(LocalHigh Resolution Timer),高精度时间同步服务单兀(High Resolution Ticker Sync),这些模块为无线区域内的AP/STA提供统一的高精度相对时间。AP/STA无线调整事务服务单元(Command Execute Daemon)为所有无线调整提供事务型服务。AP广播单元(BroadcastDaemon)和STA收听单元(Listen Daemon)为WiFi提供高效的交互通道。
[0019]AP/STA调度服务单元(Schedule Service Daemon)为参数调整等各项AP/STA操作提供核心调度服务。无线参数收集服务单元(WiFi Area Information Collection)提供周边无线环境参数收集服务。信道服务单元(Channel Service Unit)、带宽服务单元(Bandwidth Service Unit)、省电服务单兀(Power Saver Service Unit)等为各项进行控制、调整的无线参数对应服务单元。
[0020]在本发明的实施例中，不间断通讯的无线信道选择方法包括如下步骤:
步骤S1:AP/STA启动后，通过调度服务单元的调度，AP将向WiFi网络内与之连接验证的STA进行授时，建立无线区域内统一的高精度相对时间服务；
步骤S2:AP周期性的探测和分析周边无线环境特点，配合本地无线网络的流量统计结果，对相关无线参数进行调整；
步骤S3:AP启动无线参数广播、调整、验证的事务流程，STA配合AP，同步完成本地无线参数调整。
[0021]具体的，在上述步骤中，
步骤SI进一步包括:
步骤Sll:无线基础驱动及无线直接控制通道的初始化及建立。
[0022]无线AP/STA启动后，首先完成无线基础驱动相关的各种标准初始化工作；直接控制通道完成私有参数和接口初始化，特别需要激活AP/STA端无线调整事务服务单元、高精度时间服务单元和WIFI时间服务单元。
[0023]步骤S12:无线区域高精度时间服务的建立。
[0024]高精度时间服务单元激活后，按顺序完成如下操作，为AP/STA提供时间校准服务，其具体步骤如下:
AP端通过本地时间源获取实时时间或开机时间作为本无线区域授时采用的相对时间标准；
AP周期性(如3600秒)通过扩展的心跳(Beacon)包向所有STA广播进行授时；
STA监听到授时命令和时间后，校准本地的相对时间，并通过扩展无线发送缓冲中待发送的无线包传回授时结果，如果无线发送缓冲中为空，则主动构建一空无线引导包发送；
AP接收STA发回的授时结果，计算无线延迟，参考当前无线通讯流量判定授时是否有效；如果某STA授时时间过长，则在无线包超时范围内多次授时；如发现仍有STA不能通过授时，则通过AP外部API (外部接口)发出警告； STA通过授时且为首次，启动内部的定时器服务。
[0025]上述步骤S2中，周期性的进行无线环境分析、无线网络状况分析，并启动无线参数调整流程，具体如下:
根据WIFI时间服务单元的调度，通过无线直接控制通道，无线参数收集服务单元会不断收集无线参数调整相关的各项内容。主要包括:AP周边各无线信道出现的其他无线网络的数量及信号强度、AP周边其他无线网络宽无线频道(40Mhz)的分布情况、无线网络中各通过认证的STA的信道、频道宽度、无线突发模式、无线巨型包等的支持能力、和无线网络当前的网络流量。
[0026]收集到的信息会提供至无线调制事务服务单元，无线调制事务服务单元会据此启动或保持无线参数调整。特别在无线信道调整中，若当前无线信道出现拥塞，存在更优信道(主要参考信道中其他无线网络数量和其信号强度)，则会启动调整信道至最优信道的操作。
[0027]上述步骤S3中，因参数调整的整个过程中无线网络处于不断的通讯过程中，要求不对当前通讯造成影响，故所有STA和AP必须同步完成无线参数调整，主要通过高精度定时器完成。同时整个参数调整过程为事务处理，或者整体成功，或者自动回滚至原参数，保证无线通讯不受影响。
[0028]无线参数广播、调整、验证的事务流程具体如下:
AP通过Beacon包通知所有STA启动参数调整流程，并提供参数调整的描述(如信道调整，将调整至的最优信道数);
STA上报自身参数相关的能力(如信道调整范围)，特别提供保证能够进行参数调整的相对时间；
AP验证STA的参数调整能力，同时取各STA上报可以完成操作的相对时间中的最大值，参考各STA的无线延迟，提出执行操作的相对时间；
AP通过Beacon扩展包将本次参数调整的具体内容和执行操作的相对时间广播至所有
STA ；
STA收到本次操作具体内容后，确认并通知AP ;若确认失败，则向AP提交确认失败信息，及失败原因；
AP得到所有STA的确认信息后，通过广播启动本次操作；如果仍有STA确认失败，根据失败原因进行调整，或取消本次调整；
AP/STA收到启动本次操作信息后，设置定时器，在协商的执行时间通过无线直接控制通道完成本次操作；并提交成功信息；
AP验证收到的成功信息，完成本次操作。
[0029]在上述步骤S3之后，进一步包括步骤S4:验证并完成参数调整事务处理。
[0030]AP在完成参数调整后，仍会通过收集STA无线引导的方式对参数调整的结果进行验证，如验证是否所有已知的STA都已正确调整至最优的信道。如果验证成功，则结束本次参数调整的事务处理，并通知所有STA操作结束。否则AP通知所有STA操作失败，AP和STA均在收到失败信息或超时后进行回滚操作，将无线参数重新设置成原值，并结束本次参数调整。
[0031]在上述的无线参数调整的过程中，AP/STA通讯通过心跳包实现，不会对正在进行的无线通讯造成影响和延迟；所有参数调整和验证均在有限个AP心跳包中完成，因Beacon包间隔一般为100ms，为实现AP/STA同步协同操作，AP和STA建立了统一的高精度时间源，并定期校准；以高精度时间源为基础，建立统一定时器，所有参数调整事物，在AP/STA调度服务单元的控制下，预订时间启动，并在规定时间结束，提交执行结果；参数调整的结果，同样通过心跳包进行验证，不会产生任何额外流量。
[0032]综上所述，采用本发明的不间断通讯的无线信道选择方法，AP实时对网络环境进行监测，在不影响无线网络通讯的前提下，配合周围STA或AP的变化，调整自身的网络参数，始终使自身网络处于最优状态，可以很好解决现有技术中网络参数配置不能配合无线环境的变化、无线网络变化会造成长时间断网、无线资源被大量浪费等问题。
[0033]以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种不间断通讯的无线信道选择方法，其用于完成对WIFI应用中AP和STA信道调整的方案，其特征在于包括， 步骤S1:AP/STA启动后，AP将向WiFi网络内与之连接验证的STA进行授时，建立无线区域内统一的高精度相对时间服务； 步骤S2:AP周期性的探测和分析周边无线环境特点，配合本地无线网络的流量统计结果，对相关无线参数进行调整； 步骤S3:AP启动无线参数广播、调整、验证的事务流程，STA配合AP，同步完成本地无线参数调整。
2.根据权利要求1所述的不间断通讯的无线信道选择方法，其特征在于，进一步包括 步骤S4:验证并完成参数调整事务处理。
3.根据权利要求1所述的不间断通讯的无线信道选择方法，其特征在于，步骤SI进一步包括 步骤Sll:无线基础驱动及无线直接控制通道的初始化及建立； 步骤S12:无线区域高精度时间服务的建立。
4.根据权利要求3所述的不间断通讯的无线信道选择方法，其特征在于， 步骤S12进一步包括: AP端通过本地时间源获取实时时间或开机时间作为本无线区域授时采用的相对时间标准；` AP周期性通过扩展的心跳包向所有STA广播进行授时； STA监听到授时命令和时间后，校准本地的相对时间，并传回授时结果； AP接收STA发回的授时结果，计算无线延迟，参考当前无线通讯流量判定授时是否有效；如果某STA授时时间过长，则在无线包超时范围内多次授时；如发现仍有STA不能通过授时，则通过AP外部API发出警告； STA通过授时且为首次，启动内部的定时器服务。
5.根据权利要求1所述的不间断通讯的无线信道选择方法，其特征在于，步骤S2中，AP周边无线环境特点包括:AP周边各无线信道出现的其他无线网络的数量及信号强度、AP周边其他无线网络宽无线频道的分布情况、无线网络中各通过认证的STA的信道、频道宽度、无线突发模式、无线巨型包等的支持能力、和无线网络当前的网络流量。
6.根据权利要求1所述的不间断通讯的无线信道选择方法，其特征在于， 无线参数广播、调整、验证的事务流程具体如下: AP通过心跳包通知所有STA启动参数调整流程，并提供参数调整的描述； STA上报自身参数相关的能力，特别提供保证能够进行参数调整的相对时间； AP验证STA的参数调整能力，同时取各STA上报可以完成操作的相对时间中的最大值，参考各STA的无线延迟，提出执行操作的相对时间； AP通过心跳包将本次参数调整的具体内容和执行操作的相对时间广播至所有STA ；STA收到本次操作具体内容后，确认并通知AP ;若确认失败，则向AP提交确认失败信息，及失败原因； AP得到所有STA的确认信息后，通过广播启动本次操作；如果仍有STA确认失败，根据失败原因进行调整，或取消本次调整；AP/STA收到启动本次操作信息后，设置定时器，在协商的执行时间通过无线直接控制通道完成本次操作，并提交成功信息； AP验证收到的成功信息，完成本次操作。
7.根据权利要求6所述的不间断通讯的无线信道选择方法，其特征在于，所有参数调整和验证均在有限个AP心跳包中完成。
8.根据权利要求1所述的不间断通讯的无线信道选择方法，其特征在于，AP/STA通讯通过心跳包实现。`
【文档编号】H04W24/02GK103686796SQ201310724519
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年12月24日 优先权日:2013年12月24日
【发明者】李琦 申请人:深圳市双赢伟业科技股份有限公司