專利名稱：在無(wú)線白色空間網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)的制作方法
在無(wú)線白色空間網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)
背景技術(shù)：
在2008年，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC)的裁決為商業(yè)無(wú)線聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品在白色空間上操作鋪路。白色空間是VHF和UHF頻譜中的空白信道。與可用于成熟無(wú)線聯(lián)網(wǎng)協(xié)議(例如，Wi-Fi聯(lián)網(wǎng))的頻譜不同，可用于白色空間網(wǎng)絡(luò)的頻譜適合于覆蓋相對(duì)大的區(qū)域。例如，白色空間網(wǎng)絡(luò)可用于公司或大學(xué)園區(qū)設(shè)置，以允許大量用戶訪問(wèn)在幾百平方英尺至一平方英里以上的面積上跨若干建筑物的公共網(wǎng)絡(luò)。授權(quán)創(chuàng)建白色空間無(wú)線設(shè)備的FCC裁決還建立了一些規(guī)則，這些規(guī)則可使得在城市園區(qū)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)白色空間網(wǎng)絡(luò)更困難。例如，F(xiàn)CC裁決要求新的白色空間無(wú)線設(shè)備避免干擾主用戶或現(xiàn)用設(shè)備。主用戶和現(xiàn)用設(shè)備包括TV發(fā)射機(jī)和無(wú)線話筒。另外，不允許新的白色空間設(shè)備在主用戶(例如，在UHF TV波段中是電視臺(tái)和經(jīng)許可的無(wú)線話筒)正在使用的信道上傳輸，即使主用戶在白色空間設(shè)備之后開始廣播也不允許。
在許多現(xiàn)有無(wú)線通信協(xié)議(例如，Wi-Fi協(xié)議)中，基站和所有連接的客戶機(jī)設(shè)備必須在相同信道上，以允許協(xié)議正確地工作。如果白色空間網(wǎng)絡(luò)設(shè)備遵循相同的策略(即，連接到相同基站的所有客戶機(jī)設(shè)備必須在相同信道上)，則在諸如無(wú)線話筒之類的主用戶被標(biāo)識(shí)為在無(wú)線基站正在使用的信道上的情況下，與多個(gè)無(wú)線客戶機(jī)通信的無(wú)線基站將需要從所有連接的客戶機(jī)設(shè)備斷開連接，或者改變信道至可用信道。該規(guī)則將對(duì)白色空間網(wǎng)絡(luò)的吞吐量具有顯著的不利影響。此外，即使只有一個(gè)相關(guān)聯(lián)的客戶機(jī)看到信道變得不可用，則該客戶機(jī)將變?yōu)閿嚅_連接，或者基站和所有其它相關(guān)聯(lián)的客戶機(jī)將需要切換到在所有客戶機(jī)以及基站處可用的新信道。這是有問(wèn)題的，因?yàn)榭赡懿淮嬖谶@種在所有相關(guān)聯(lián)的客戶機(jī)設(shè)備和基站處可用的信道。即使這種共同可用的信道存在，每當(dāng)在單個(gè)客戶機(jī)處信道變得不可用時(shí)就使所有客戶機(jī)和基站切換會(huì)導(dǎo)致重大開銷。在城市環(huán)境中，由于無(wú)線話筒的存在，這種情形(即，只有一個(gè)或一些客戶機(jī)看到信道不可用)很可能頻繁出現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
下面呈現(xiàn)了本發(fā)明的簡(jiǎn)化概述，以便提供此處所描述的某些方面的基本概念。此發(fā)明內(nèi)容不是所要求保護(hù)的主題的詳盡的概述。既不是要指出所要求保護(hù)的主題的關(guān)鍵性元素，也不是要詳細(xì)描述本發(fā)明的范圍。唯一的目的是以簡(jiǎn)化形式呈現(xiàn)所要求保護(hù)的主題的某些概念，作為稍后呈現(xiàn)的比較詳細(xì)的描述的前奏。本發(fā)明涉及在白色空間網(wǎng)絡(luò)上的無(wú)線通信。在示例性方法中，確定第一白色空間傳輸信道用于與移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備通信。無(wú)線通信用移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備在第一白色空間傳輸信道上進(jìn)行。如果由于第一白色空間傳輸信道上主用戶的存在，第一白色空間傳輸信道對(duì)于移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備中的一個(gè)變得不可用，則確定不同的白色空間傳輸信道用于與受影響的移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備通信。如果例如主用戶開始使用受影響的客戶機(jī)設(shè)備附近的第一白色空間傳輸信道，或者如果客戶機(jī)設(shè)備移入活動(dòng)主用戶的范圍中，則第一白色空間傳輸信道可能對(duì)于受影響的移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備變得不可用。主用戶可以是無(wú)線話筒或TV臺(tái)。此后，與受影響的移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備的通信在不同的白色空間傳輸信道上進(jìn)行，而未受影響的客戶機(jī)設(shè)備繼續(xù)在第一白色空間傳輸信道上通信。根據(jù)本發(fā)明的無(wú)線基站根據(jù)對(duì)于各個(gè)移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備可用的頻譜在不同信道上與無(wú)線客戶機(jī)通信。例如，如果第一白色空間通信信道對(duì)于一個(gè)或多個(gè)移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備可用，則那些客戶機(jī)設(shè)備可在第一白色空間通信信道上與無(wú)線基站通信。如果第一白色空間通信信道對(duì)于其它移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備不可用，則無(wú)線基站可在第二白色空間通信信道上與其它移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備通信。例如，在第一白色空間通信信道上通信的主用戶的局部存在可阻止其它移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備使用第一白色空間通信信道。本發(fā)明的示例性實(shí)施例解決了在白色空間網(wǎng)絡(luò)中局部頻譜不對(duì)稱的情況。根據(jù)本發(fā)明的移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備在白色空間上發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。當(dāng)?shù)谝话咨臻g通信信道未被主用戶使用時(shí)，移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備在第一白色空間通信信道上與無(wú)線基站通信。當(dāng)?shù)谝话咨臻g通信信道正在被主用戶使用時(shí)，與無(wú)線基站的通信在第二白色空間通信信
道上進(jìn)行。下面的描述和附圖詳細(xì)地闡述了所要求保護(hù)的主題的某些說(shuō)明性方面。然而，這些方面只是表示可以使用本發(fā)明的原理的各種方式中的一些方式，并且所要求保護(hù)的主題旨在包括所有這些方面和等效內(nèi)容。通過(guò)與附圖一起閱讀下面的本發(fā)明的詳細(xì)描述，所要求保護(hù)的主題的其他優(yōu)點(diǎn)和新穎的特點(diǎn)將變得顯而易見。


圖I是可根據(jù)本發(fā)明操作的無(wú)線白色空間網(wǎng)絡(luò)的框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明在解釋信道選擇算法的操作的過(guò)程中有用的圖表；圖3是根據(jù)本發(fā)明被配置成執(zhí)行白色空間聯(lián)網(wǎng)的聯(lián)網(wǎng)棧的框圖；以及圖4是根據(jù)本發(fā)明使用白色空間在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法的過(guò)程流程圖。
具體實(shí)施例方式現(xiàn)在參考附圖來(lái)描述所要求保護(hù)的主題，所有附圖中使用相同的附圖標(biāo)記來(lái)指代相同的元素。在以下描述中，為解釋起見，闡明了眾多具體細(xì)節(jié)以提供對(duì)本發(fā)明的全面理解。然而，很明顯，所要求保護(hù)的主題可以在沒(méi)有這些具體細(xì)節(jié)的情況下實(shí)施。在其他情況下，以框圖形式示出了各個(gè)已知的結(jié)構(gòu)和設(shè)備以便于描述本發(fā)明。如在此使用的，術(shù)語(yǔ)“組件”、“無(wú)線基站”、“無(wú)線客戶機(jī)”、“白色空間網(wǎng)絡(luò)”等指的是計(jì)算機(jī)相關(guān)的實(shí)體，它們可以是硬件、軟件(例如，執(zhí)行中的)和/或固件。例如，組件可以是，在處理器上運(yùn)行的進(jìn)程、處理器、物體、可執(zhí)行碼、程序、函數(shù)、庫(kù)、子例程，和/或計(jì)算機(jī)或軟件和硬件的組合。作為說(shuō)明，在服務(wù)器上運(yùn)行的應(yīng)用和服務(wù)器兩者都可以是組件。一個(gè)或多個(gè)組件可以駐留在進(jìn)程中，組件可以位于一個(gè)計(jì)算機(jī)內(nèi)和/或分布在兩個(gè)或更多計(jì)算機(jī)之間。此外，所要求保護(hù)的主題可使用產(chǎn)生控制計(jì)算機(jī)以實(shí)現(xiàn)所公開的主題的軟件、固件、硬件、或其任意組合的標(biāo)準(zhǔn)編程和/或工程技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)為方法、裝置、或制品。如此處所使用的術(shù)語(yǔ)“制品”旨在涵蓋可以從任何非瞬態(tài)計(jì)算機(jī)可讀設(shè)備或介質(zhì)訪問(wèn)的計(jì)算機(jī)程序。非瞬態(tài)計(jì)算機(jī)可讀存儲(chǔ)介質(zhì)可以包括但不限于磁存儲(chǔ)設(shè)備(例如，硬盤、軟盤、以及磁帶等等)、光盤(例如，緊致盤(⑶)以及數(shù)字多功能盤(DVD)等等)、智能卡和閃存設(shè)備(例如，卡、棒和鑰匙驅(qū)動(dòng)器等等)。當(dāng)然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，在不背離所要求保護(hù)的主題的范圍或精神的情況下可對(duì)該配置作出許多修改。此外，本文所使用的詞語(yǔ)“示例性”意指用作示例、實(shí)例或說(shuō)明。在此被描述為“示例性”的任何方面或設(shè)計(jì)并不一定要被解釋為相比其它方面或設(shè)計(jì)更優(yōu)選或有利。本發(fā)明解決當(dāng)在白色空間網(wǎng)絡(luò)上參與無(wú)線通信時(shí)出現(xiàn)的問(wèn)題。具體而言，無(wú)線客戶機(jī)可能希望參與與無(wú)線基站的通信，該無(wú)線基站已經(jīng)在對(duì)于該無(wú)線客戶機(jī)不可用的白色空間通信信道上與其它無(wú)線客戶機(jī)接洽。為了解決這種情況，本發(fā)明的示例性實(shí)施例可提供允許基站在頻譜的不同部分上同時(shí)服務(wù)多個(gè)客戶機(jī)的協(xié)議，以顧及各個(gè)客戶機(jī)的可用的白色空間頻譜。本發(fā)明的示例性實(shí)施例可以被配置成實(shí)現(xiàn)近乎最佳的吞吐量，同時(shí)也使切換開銷最小化。每當(dāng)基站從一個(gè)信道(服務(wù)該信道上的客戶)切換到另一信道時(shí)，該切換開銷在基站處發(fā)生。本發(fā)明的示例性實(shí)施例也可降低白色空間網(wǎng)絡(luò)中的切換開銷。在此具體描述用于確定基站在其下行鏈路時(shí)隙中發(fā)送到客戶機(jī)的次序和/或客戶機(jī)在其上行鏈路時(shí)隙中發(fā) 送到基站的次序的算法。除了決定發(fā)送的次序以外，還以優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)吞吐量為目標(biāo)來(lái)決定每個(gè)客戶機(jī)在其上進(jìn)行發(fā)送和/或接收的頻譜的一部分(即，信道)。此外，本發(fā)明可提供城市白色空間網(wǎng)絡(luò)中增加的總網(wǎng)絡(luò)吞吐量和容量。本發(fā)明可提供在相同白色空間網(wǎng)絡(luò)中多個(gè)重疊的(并且因此可能干擾的)接入點(diǎn)之間的協(xié)調(diào)方式。在2008年的FCC裁決之后，已出現(xiàn)了關(guān)于在TV白色空間上聯(lián)網(wǎng)的大量令人興奮的事。允許未經(jīng)許可設(shè)備在未被占用的TV波段上操作的裁決已開創(chuàng)了從城外寬帶連接到家庭中更快的可靠連接的若干新的聯(lián)網(wǎng)機(jī)會(huì)。若干技術(shù)公司，包括硅廠商、硬件制造商和軟件公司，正試圖通過(guò)開發(fā)技術(shù)以高效使用這部分頻譜來(lái)利用該機(jī)會(huì)。TV白色空間的使用可提供相對(duì)于其它頻譜的優(yōu)點(diǎn)。首先，其使得多得多的頻譜對(duì)于無(wú)線聯(lián)網(wǎng)可用。取決于區(qū)域，高達(dá)300MHz可能是可用的。其次，這些白色空間處于較低頻率，其具有非常好的傳播特性。給予未經(jīng)許可的設(shè)備以較大的帶寬和相當(dāng)高的發(fā)射功率在這種低頻率上操作的機(jī)會(huì)還是首次。低頻率和更寬頻譜的這種組合提供了建立新服務(wù)和實(shí)現(xiàn)之前由于技術(shù)或經(jīng)濟(jì)的原因是不可能的聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景的機(jī)會(huì)。本發(fā)明的示例性實(shí)施例涉及在大型大學(xué)或工業(yè)園區(qū)的所有室外區(qū)域提供網(wǎng)絡(luò)連接的場(chǎng)景。Wi-Fi由于其受限的范圍和急劇衰減的趨勢(shì)，沒(méi)有被證明在這種場(chǎng)景中是非常有效的。即使在每個(gè)兩層園區(qū)建筑物的屋頂上部署三至四個(gè)Wi-Fi接入點(diǎn)仍然會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)中的若干覆蓋空洞。一種替換提議是使用蜂窩技術(shù)來(lái)提供園區(qū)往返車輛中的因特網(wǎng)連接。這種方法是昂貴的，并提供低帶寬。此外，使用蜂窩技術(shù)意味著客戶機(jī)設(shè)備不再直接連接到公司網(wǎng)絡(luò)，這引入額外的開銷，因此降低性能。相反，白色空間提供用于為園區(qū)所有部分中的學(xué)生和雇員提供更大帶寬的更便宜的替換方案，同時(shí)由大學(xué)或雇主的IT部門保持對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源的直接控制。然而，建立園區(qū)寬白色空間網(wǎng)絡(luò)提出了若干挑戰(zhàn)。首先，在經(jīng)批準(zhǔn)的發(fā)射功率電平下白色空間網(wǎng)絡(luò)提供的覆蓋范圍是未知的。如此處所示，使用現(xiàn)有的傳播模型可導(dǎo)致在這種低發(fā)射功率值下的顯著過(guò)高估計(jì)。其次，已知FCC規(guī)定對(duì)于無(wú)線話筒的感測(cè)閾值為-114dBm，可用于建立白色空間網(wǎng)絡(luò)的信道的數(shù)量相當(dāng)?shù)?。單個(gè)無(wú)線話筒可能妨礙整個(gè)園區(qū)使用特定白色空間通信信道，這在理論上是可能的。最后，如果只有一些信道是跨園區(qū)共同可用的，則使用現(xiàn)有白色空間協(xié)議的系統(tǒng)吞吐量可能非常低。如此處所解釋的，已經(jīng)部署本發(fā)明的示例性實(shí)施例并且在公司園區(qū)環(huán)境中測(cè)量結(jié)果。該部署包括能夠在UHF和VHF頻譜中操作并且采用經(jīng)FCC批準(zhǔn)的發(fā)射功率電平的無(wú)線電設(shè)備。獲得的結(jié)果指示，兩個(gè)基站足以覆蓋一平方英里園區(qū)內(nèi)的所有區(qū)域。已經(jīng)示出，無(wú)線話筒的影響是局部的。由于現(xiàn)用無(wú)線話筒的存在，白色空間網(wǎng)絡(luò)中的基站和客戶機(jī)可以具有可用于傳輸?shù)牟煌l率部分。在白色空間網(wǎng)絡(luò)中無(wú)線客戶機(jī)具有可用于相對(duì)于基站的傳輸?shù)牟煌l譜部分的現(xiàn)象在此被稱為局部頻譜不對(duì)稱(LSA)。此外，由于無(wú)線話筒的存在，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在園區(qū)環(huán)境中LSA情形的出現(xiàn)是相對(duì)常見的。如此處所解釋的，提議使用在基站和客戶機(jī)處共同可用的信道的聯(lián)網(wǎng)協(xié)議在這種設(shè)置下表現(xiàn)非常差。本發(fā)明的示例性實(shí)施例涉及本文中被稱為“客戶機(jī)分配算法”的算法，該算法以改善系統(tǒng)容量的方式跨不同信道來(lái)群集客戶機(jī)。在計(jì)算機(jī)科學(xué)術(shù)語(yǔ)中，根據(jù)本發(fā)明的客戶機(jī)分配算法可以被稱為“貪婪”算法，因?yàn)樵撍惴ㄒ缘绞较到y(tǒng)地分配客戶機(jī)，從而判斷在給定迭代處客戶機(jī)應(yīng)當(dāng)被分配給哪個(gè)信道。貪 婪算法的最終輸出不一定是最佳的，因?yàn)榉峙湎鄬?duì)于給定迭代中的當(dāng)前條件進(jìn)行。盡管如此，貪婪算法通常接近于近似最佳解決方案。此處在實(shí)際實(shí)現(xiàn)的詳細(xì)模擬和評(píng)估的上下文中解釋示例性客戶機(jī)分配算法的性能。示例性實(shí)現(xiàn)包括在公司園區(qū)設(shè)置中安裝在建筑物屋頂上的基站。配備往返汽車以結(jié)合被配置成使用IEEE802. 16d WiMax協(xié)議在可用白色空間上操作的無(wú)線客戶機(jī)。另外，參考圖I解釋白色空間網(wǎng)絡(luò)的示例性實(shí)施例。圖I是可根據(jù)本發(fā)明操作的無(wú)線白色空間網(wǎng)絡(luò)100的框圖。白色空間網(wǎng)絡(luò)100包括基站102和多個(gè)移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備104a、104b、104η。基站102可以被配置成在白色空間頻譜上與移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備104a、104b、104η無(wú)線地通信。白色空間網(wǎng)絡(luò)的操作效率低的可能性在于FCC規(guī)則，即不允許白色空間設(shè)備干擾主用戶(無(wú)線話筒和TV傳輸兩者)。FCC規(guī)則還規(guī)定可通過(guò)感測(cè)或咨詢地理位置數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)標(biāo)識(shí)主用戶。如果通過(guò)這些方法檢測(cè)到主用戶，則主用戶設(shè)備使用的白色空間頻譜的一部分將不能被白色空間聯(lián)網(wǎng)設(shè)備使用。因此，希望彼此通信的兩個(gè)白色空間設(shè)備可能不具有相同的可用頻譜。兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之一可能能夠使用特定信道，而另一個(gè)則不能。如所證明的，由于建筑物內(nèi)無(wú)線話筒的存在，空間頻譜變化的該現(xiàn)象非常頻繁地發(fā)生，尤其在園區(qū)網(wǎng)絡(luò)或城市環(huán)境中。建筑物往往屏蔽話筒的傳輸，因此將話筒收發(fā)機(jī)的發(fā)射范圍顯著減小到就在建筑物附近。因此，很可能不允許包含活動(dòng)話筒的建筑物附近的客戶機(jī)使用話筒信道的相同信道，因?yàn)樵捦脖灰暈橹饔脩?。?dāng)特定客戶機(jī)所連接到的基站看到給定信道是空閑的(例如，由于其離開話筒較遠(yuǎn)的位置)，并且與該基站相關(guān)聯(lián)的所有其它客戶機(jī)(它們可能并不接近于建筑物)可能也看到該信道是空閑的時(shí)，這是有問(wèn)題的。由于接近于無(wú)線移動(dòng)客戶機(jī)的主用戶的存在，基站不能與一個(gè)或多個(gè)無(wú)線移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備通信，這是LSA情形的一個(gè)示例。測(cè)量結(jié)果已示出，在園區(qū)或城市環(huán)境中LSA情況頻繁發(fā)生。因此，LSA對(duì)城市白色空間網(wǎng)絡(luò)部署提出了挑戰(zhàn)。本發(fā)明試圖解決的LSA情形的具體示例在圖I中示出。假設(shè)移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備104b位于建筑物106內(nèi)，如圖I所示。無(wú)線話筒108也位于建筑物106內(nèi)，出于本示例的目的，該無(wú)線話筒是主用戶。為了說(shuō)明LSA情況，假設(shè)無(wú)線話筒108與基站102在相同的信道上操作。由于無(wú)線話筒108正在使用的信道與基站102相同，因此不允許移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備104b在該信道上與基站102通信?；?02能夠在無(wú)線話筒108所用的相同信道上與移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備104a和移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備104η通信，因?yàn)榛?02可能在無(wú)線話筒108的范圍外。此夕卜，無(wú)線話筒108的傳輸范圍可能基本被限制在建筑物106的內(nèi)部以及緊鄰區(qū)域。針對(duì)圖I所示的LSA情形的兩個(gè)可能的解決方案是迫使所有移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備從基站斷開連接，或者迫使基站102與移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備104a和104η切換到對(duì)于移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備104b也可用的信道。然而，在考慮與網(wǎng)絡(luò)切換相關(guān)聯(lián)的開銷、頻譜利用率和/或網(wǎng)絡(luò)容量/吞吐量(僅列舉一些示例)時(shí)，這些情形可能是非常不合需要的。使用基于控制信道的方法(例如，CMAC)來(lái)操作白色空間網(wǎng)絡(luò)100可能也是不合需要的。如此處所解釋的，本發(fā)明的示例性實(shí)施例規(guī)定基站102可在第一白色空間通信信道上與移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備104a、104n通信，并且在第二白色空間通信信道上與移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備104b通信。以此方式，基站102解除了從移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備104a、104η斷開連接并且在對(duì)于移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備104b也可用的不同白色空間通信信道上重新建立與它們的通信的低 效率。園區(qū)-范圍網(wǎng)絡(luò)覆蓋。本發(fā)明的示例性實(shí)施例涉及在大型園區(qū)(公司園區(qū)、大學(xué)、醫(yī)院等)中提供無(wú)線網(wǎng)絡(luò)覆蓋。這種園區(qū)存在若干常見特性，它們與這種網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)有關(guān)。首先，現(xiàn)有密集的Wi-Fi部署通常已經(jīng)在建筑物內(nèi)部提供了良好的覆蓋。另一方面，在建筑物外部，覆蓋通常不良或者甚至于不存在。其次，這些園區(qū)的特性在于移動(dòng)性。雖然大部分網(wǎng)絡(luò)接入將在建筑物內(nèi)或者接近于建筑物進(jìn)行，但是人們時(shí)常通過(guò)車輛或步行在建筑物之間移動(dòng)。例如，在用于進(jìn)行此處所述的白色空間網(wǎng)絡(luò)部署中的實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)有園區(qū)環(huán)境中，存在大量往返車輛，它們將雇員從園區(qū)內(nèi)的一個(gè)建筑物帶到另一個(gè)建筑物。利用Wi-Fi聯(lián)網(wǎng)，在園區(qū)內(nèi)提供完整、不間斷的網(wǎng)絡(luò)覆蓋是有挑戰(zhàn)性的。例如，在企業(yè)園區(qū)環(huán)境中，當(dāng)呼叫者離開建筑物、在建筑物之間移動(dòng)、或乘坐園區(qū)的往返車輛時(shí)，內(nèi)部VoIP呼叫通常不可能保持不間斷。本發(fā)明的示例性實(shí)施例涉及量化具有現(xiàn)有室內(nèi)Wi-Fi部署的園區(qū)環(huán)境中的室外覆蓋空洞。如此處所解釋的，白色空間上的網(wǎng)絡(luò)可用于在當(dāng)前缺乏良好網(wǎng)絡(luò)覆蓋的區(qū)域中提供網(wǎng)絡(luò)連接。白色空間上的覆蓋。由于其相對(duì)于成熟聯(lián)網(wǎng)協(xié)議而言相對(duì)較低的頻率，期望UHF和VHF頻帶將提供與Wi-Fi的ISM頻帶相比改進(jìn)的信號(hào)傳播性質(zhì)。例如，對(duì)于相同的傳輸功率，F(xiàn)riis公式在2. 4Ghz Wi-Fi上以600MHz對(duì)范圍進(jìn)行四次預(yù)測(cè)。感興趣的問(wèn)題是，當(dāng)用于具有阻擋物、建筑物等的類似園區(qū)環(huán)境時(shí)，該理論上預(yù)測(cè)的范圍是否真正轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)覆蓋的增加。已經(jīng)獲得表示在離基站102不同距離的移動(dòng)往返車輛(例如，移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備104η)處的原始接收功率的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在一個(gè)這種實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)在I. 75MHz的頻譜上傳輸時(shí)，接收無(wú)線電設(shè)備的本底噪聲為_105dBm。在該情形下，證明UHF和VHF頻譜兩者提供優(yōu)異的傳播特性。在示例性系統(tǒng)中，已進(jìn)行測(cè)量，其示出接收信號(hào)強(qiáng)度隨離基站102的距離的變化。根據(jù)所得數(shù)據(jù)，當(dāng)距離增加時(shí)，信號(hào)平均變?nèi)?。然而，?duì)于相同距離，觀察到接收功率的顯著變化。該變化可歸因于路徑中阻擋物的數(shù)量。例如，觀察到與高速公路同一側(cè)的離基站相似距離的另一建筑物附近的位置相比，移動(dòng)往返車輛在高速公路另一側(cè)的建筑物處接收到強(qiáng)IOdB的信號(hào)。其次，觀察到VHF信號(hào)受阻擋物的影響小得多。還觀察到VHF信號(hào)具有比UHF信號(hào)平穩(wěn)得多的衰減。事實(shí)上，觀察到傳播大于Friis公式所預(yù)測(cè)的。根據(jù)該公式，518MHz的信號(hào)比177MHz (VHF)經(jīng)歷多大致IOdB的衰減。雖然在較短的距離處觀察到類似的衰減，但是當(dāng)距離增大時(shí)衰減顯著更大。最后，注意，在達(dá)到示例性測(cè)量系統(tǒng)的_105dBm的本底噪聲之前，UHF頻率可傳播大于700米。因此，白色空間頻率的傳播特性看起來(lái)在較大園區(qū)中提供網(wǎng)絡(luò)覆蓋方面是有前 景的。無(wú)線話筒的影響。典型的園區(qū)環(huán)境可能具有若干無(wú)線話筒。在建筑物中有演講，有時(shí)不止一個(gè)，并且園區(qū)通常也主辦若干其它事件。由于FCC限制不允許白色空間設(shè)備在無(wú)線話筒所使用的TV信道上操作，因此看來(lái)無(wú)線話筒將使大量白色空間通信信道成為不可用的。在此檢查無(wú)線話筒對(duì)白色空間聯(lián)網(wǎng)操作的影響。另外，考慮已知園區(qū)中話筒的普及度，以及它們使用的信道?？紤]操作中的話筒阻擋的區(qū)域，并且考慮影響受阻擋區(qū)域的大小的因素。園區(qū)設(shè)置中的話筒。在城市園區(qū)設(shè)置中，無(wú)線話筒在可用TV頻譜的實(shí)際上每個(gè)信道中操作。對(duì)于在現(xiàn)有園區(qū)中兩個(gè)不同建筑物(部門建筑物和會(huì)議中心)中的話筒使用進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。觀察到，常規(guī)部門建筑物在建筑物中的八個(gè)不同位置具有無(wú)線話筒。按照位置分別有三個(gè)、四個(gè)或八個(gè)(大會(huì)議室)無(wú)線話筒，在部門建筑物中總共有32個(gè)話筒。每個(gè)話筒可被調(diào)諧成在不同話筒信道中操作，并且總體上觀察到32個(gè)話筒在12個(gè)不同的TV信道上操作。觀察到會(huì)議建筑物具有用于常規(guī)使用的80個(gè)無(wú)線話筒，它們?nèi)吭诓煌脑捦残诺郎?，它們?6個(gè)TV信道分布。通常，不是所有話筒都同時(shí)使用。即使對(duì)于相同位置，話筒操作者通常也根據(jù)剩余電池壽命決定對(duì)于一事件使用哪些話筒。話筒阻擋的區(qū)域。通常認(rèn)為，對(duì)于較大區(qū)域中的白色空間網(wǎng)絡(luò)接入，單個(gè)無(wú)線話筒可能阻擋整個(gè)TV信道。例如，簡(jiǎn)單自由空間路徑損耗模型預(yù)測(cè)(即使對(duì)于高達(dá)α=4的路徑損耗指數(shù))，在FCC規(guī)定的-IHdBm的感測(cè)閾值處，以14dBm傳輸?shù)脑捦矊⒆钃踉撛捦仓車蠹s2. 5千米范圍的區(qū)域內(nèi)的信道。即使是更保守的傳播模型，如Egli模型，也預(yù)測(cè)將在I. 3千米的范圍內(nèi)阻擋信道。因此，理論模型預(yù)測(cè)即使是位于已知園區(qū)的中心附近的單個(gè)無(wú)線話筒，也將基本上阻擋整個(gè)TV信道，從而使之對(duì)于遍及園區(qū)的白色空間網(wǎng)絡(luò)接入而言不可用。如果單個(gè)無(wú)線話筒確實(shí)阻擋園區(qū)中整個(gè)TV信道的白色空間網(wǎng)絡(luò)接入，那么這將導(dǎo)致系統(tǒng)容量的嚴(yán)重問(wèn)題，因?yàn)樵诰哂性S多無(wú)線話筒的區(qū)域中，將只保留極少的可用TV信道。幸運(yùn)的是，事實(shí)并非如此。其原因是，無(wú)線話筒通常在室內(nèi)使用，例如在會(huì)議室中。實(shí)驗(yàn)測(cè)量已示出，來(lái)自會(huì)議室中話筒的信號(hào)發(fā)射顯著地與室外相屏蔽，從而泄漏到建筑物外的剩余信號(hào)強(qiáng)度較低。已經(jīng)獲得關(guān)于建筑物外的無(wú)線話筒信號(hào)的泄漏的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在這樣做的過(guò)程中，將518MHz的4W發(fā)射機(jī)放置在兩個(gè)建筑物內(nèi)，并且測(cè)量往返車輛路線周圍的接收信號(hào)強(qiáng)度。該實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)示出，建筑物內(nèi)的無(wú)線話筒阻擋白色空間接入的區(qū)域相對(duì)較小。此外，與基站的整個(gè)覆蓋(即，當(dāng)根據(jù)限制客戶機(jī)以IOOmW傳輸并且限制基站以4W傳輸?shù)腇CC功率限制規(guī)則操作時(shí)，移動(dòng)客戶機(jī)能成功查驗(yàn)基站的位置)相比，被阻擋的區(qū)域可能只包括一小部分區(qū)域。根據(jù)一種估計(jì)，確定無(wú)線話筒通常阻擋其周圍不到300米。室內(nèi)話筒的室外泄漏。實(shí)驗(yàn)觀察指示，來(lái)自建筑物內(nèi)的無(wú)線話筒的信號(hào)經(jīng)建筑物而被充分衰減，使得被阻擋而不能用于白色空間使用的信道只在建筑物的近鄰區(qū)。實(shí)驗(yàn)上觀察到的強(qiáng)衰減不是意外的，而是認(rèn)為這通常是許多園區(qū)和城市區(qū)域的特征。起作用的因素是，現(xiàn)代建筑物使用所謂的低輻射(Low-E)門窗以防止熱量通過(guò)窗戶，從而節(jié)能。窗戶通常用反射帶來(lái)熱量和UV的長(zhǎng)波射線的金屬涂層來(lái)實(shí)現(xiàn)低輻射。在白色空間聯(lián)網(wǎng)的上下文中，注意，低輻射涂敷的窗戶顯著增加了無(wú)線話筒發(fā)射的信號(hào)的衰減。然而，本領(lǐng)域的技術(shù)人員將注意，不同的建筑物對(duì)于屏蔽和衰減可能表現(xiàn)完全不同，這使得難以在不進(jìn)行實(shí)際測(cè)量的情況下對(duì)于給定場(chǎng)景中無(wú)線話筒的影響進(jìn)行可預(yù)測(cè)地建模。事實(shí)上，不同的建筑物和窗戶的衰減可廣泛地變化。已進(jìn)行了進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)以量化園區(qū)中建筑物的門的衰減效果。取決于門和墻壁的構(gòu)造以及是否使用低輻射窗戶，值顯著地不同。為了量化此效果，在現(xiàn)有園區(qū)中和家庭式公寓中測(cè)量30個(gè)建筑物門的衰減，包括各種類型的(雙門或單門)前門和側(cè)門。具體而言，在UHF TV波段操作的無(wú)線話筒被放置在建筑物內(nèi)部。使用放置在建筑物外部的頻譜分析儀，測(cè)量在開門和關(guān)門情況下的話筒的信道功率。結(jié)果為，一些門提供小至4或5dBm的衰減，而其它門具有高達(dá)25dBm的衰減。此外，幾乎觀察到這兩個(gè)極值之間的每個(gè)值。這些結(jié)果意味著，雖然室內(nèi)話筒信號(hào)面對(duì)的具體衰減可取決于精確位置和建筑物結(jié)構(gòu)而顯著變化，但是建筑物造成的衰減通常是較高的。因此，可以得出結(jié)論，即使在具有多個(gè)會(huì)議室的繁忙園區(qū)中，無(wú)線話筒引起的白色空間丟失量也是相對(duì)較小的。另一方面，話筒確實(shí)引起LSA問(wèn)題，這些問(wèn)題將影響園區(qū)或城市設(shè)置中白色空間網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)。局部頻譜不對(duì)稱如此處所解釋的，白色空間網(wǎng)絡(luò)具有限制，即由于主用戶的存在而不允許設(shè)備使用頻譜的某些部分。因此，希望通信的兩個(gè)白色空間設(shè)備可能不具有相同的可用頻譜。該白色空間特有的現(xiàn)象已經(jīng)被稱為空間頻譜變化，并且在此處被稱為L(zhǎng)SA。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)指示，LSA經(jīng)常、并且在園區(qū)和城市環(huán)境的相同網(wǎng)絡(luò)中發(fā)生。此外，LSA具有彼此連接的兩個(gè)白色空間設(shè)備(例如，基站102和移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備104b)看不見相同的頻譜可用性圖的效果。LSA很可能使在現(xiàn)有協(xié)議(例如Wi-Fi、White_Fi、IEEE802. 22或CogNeA)下操作的白色空間系統(tǒng)的性能降級(jí)，這些現(xiàn)有協(xié)議在基站及其所有客戶機(jī)處共同可用的單個(gè)信道上操作。在這些協(xié)議中，一旦甚至單個(gè)客戶機(jī)面對(duì)LSA情形，基站和所有其它相關(guān)聯(lián)的客戶機(jī)就移動(dòng)到另一信道，假設(shè)另一信道恰好可用。移動(dòng)客戶機(jī)(例如，往返車輛上的)可能頻繁地經(jīng)過(guò)許多話筒，從而導(dǎo)致許多信道切換。LSA的影響。其中基站和所有移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備在單個(gè)信道上通信的白色空間聯(lián)網(wǎng)協(xié)議被稱為“全在一個(gè)信道上(all-on-one-channel) ”協(xié)議,在此將其簡(jiǎn)稱為“AOOC協(xié)議”。通過(guò)使用簡(jiǎn)單數(shù)學(xué)模型，在此示出，任何這種AOOC協(xié)議導(dǎo)致顯著、固有的性能損失，因?yàn)槠淅速M(fèi)了大量的可用白色空間。以下討論涉及LSA對(duì)各種系統(tǒng)度量的影響，其中使用簡(jiǎn)單的理論模型。在LSA模型的以下討論中，假設(shè)有η個(gè)基站，每個(gè)基站具有m個(gè)客戶機(jī)。此外，假設(shè)有C個(gè)可用信道(在檢測(cè)到無(wú)線話筒之前)。在每個(gè)信道上，假設(shè)有話筒的概率為q，并且話筒阻止客戶機(jī)使用該信道的概率為P。(因此，q和P共同記錄移動(dòng)客戶機(jī)有多大可能面對(duì)LSA情形。)
此處還描述了更復(fù)雜的模型，其被稱為L(zhǎng)SA*模型，其考慮各個(gè)話筒之間的地理依賴性。LSA*模型還考慮特定數(shù)量的話筒，其中的若干可位于相同信道上。對(duì)白色空間可用性的影響。LSA使系統(tǒng)容量降級(jí)，對(duì)于AOOC協(xié)議更是嚴(yán)重得多。$Ea[S]和Eq[S]分別為在使用AOOC或最佳協(xié)議(在此簡(jiǎn)稱為“OPT”)時(shí)客戶機(jī)可使用的白色空間信道S的預(yù)期數(shù)量。這些值可計(jì)算為EA[S]=C[(l-q)+q(l_p)m]E0[S]=C[(l-q)+q(l_p)]·因此，雖然在最佳協(xié)議中白色空間信道的數(shù)量相對(duì)于P線性地降級(jí)，但是AOOC協(xié)議降級(jí)得快得多。例如，對(duì)于q—m，AOOC協(xié)議只利用了全部可用白色空間頻譜的(l_p)m部分，而浪費(fèi)了其余部分。注意，這是按基站的客戶機(jī)數(shù)量的指數(shù)。對(duì)負(fù)載和斷開連接的影響。作為“丟失”白色空間的結(jié)果，AOOC協(xié)議中的基站往往擠入在所有客戶機(jī)處共同可用的很少的信道。這表明其本身處于這些信道上增加的負(fù)載中，并因此處于增加的干擾中。具體而言，將信道的負(fù)載定義為預(yù)期共享該信道的客戶機(jī)的數(shù)量，并且令Ea[L]和Eq[L]表示重負(fù)載信道(沒(méi)有話筒的信道)上的預(yù)期負(fù)載。在LSA模型中，這些表達(dá)可被導(dǎo)出為

權(quán)利要求
1.一種用于使用白色空間在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，所述方法包括 確定用于與第一移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備和第二移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備通信的第一白色空間傳輸信道; 在所述第一白色空間傳輸信道上與所述第一移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備和所述第二移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備通信； 當(dāng)所述第一白色空間傳輸信道正在被主用戶使用時(shí)，確定與所述第一白色空間傳輸信道不同的第二白色空間傳輸信道用于與所述第二移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備通信；以及在所述第二白色空間傳輸信道上與所述第二移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備通信。
2.如權(quán)利要求I所述的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，其特征在于，所述主用戶在所述第一白色空間傳輸信道上的傳輸在所述第一移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備的范圍之外。
3.如權(quán)利要求I所述的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，其特征在于，所述主用戶包括無(wú)線話筒。
4.如權(quán)利要求I所述的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，其特征在于，與所述第一移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備的通信在通信幀的特定時(shí)隙期間進(jìn)行。
5.如權(quán)利要求4所述的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，其特征在于，所述特定時(shí)隙使用時(shí)分多址協(xié)議來(lái)標(biāo)識(shí)。
6.如權(quán)利要求I所述的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，其特征在于，包括當(dāng)?shù)谝灰苿?dòng)客戶機(jī)設(shè)備處于移動(dòng)中時(shí)，將所述第一白色空間傳輸信道分配為VHF信道。
7.如權(quán)利要求I所述的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法，其特征在于，包括自適應(yīng)地選擇所述第一白色空間傳輸信道的寬度。
8.一種使用白色空間來(lái)傳輸和接收數(shù)據(jù)的移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備，所述移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備在第一白色空間通信信道未被主用戶使用時(shí)在所述第一白色空間通信信道上與無(wú)線基站通信，并且在所述第一白色空間通信信道正在被所述主用戶使用時(shí)在第二白色空間通信信道上與所述無(wú)線基站通信。
9.如權(quán)利要求8所述的移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備，其特征在于，所述主用戶不干擾位于所述主用戶的范圍之外的第二移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備在所述第一白色空間通信信道上的通信。
10.如權(quán)利要求8所述的移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備，其特征在于，所述主用戶包括無(wú)線話筒。
全文摘要
提供了一種用于使用白色空間在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)據(jù)的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的方法。確定第一白色空間傳輸信道用于與移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備通信。無(wú)線通信用移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備在第一白色空間傳輸信道上進(jìn)行。如果由于第一白色空間傳輸信道上主用戶的存在，第一白色空間傳輸信道對(duì)于移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備中的一個(gè)變得不可用，則確定不同的白色空間傳輸信道用于與受影響的移動(dòng)客戶機(jī)設(shè)備通信。此后，與受影響的無(wú)線設(shè)備的通信在不同的白色空間傳輸信道上進(jìn)行，而未受影響的設(shè)備繼續(xù)在第一白色空間傳輸信道上通信。
文檔編號(hào)H04B7/26GK102934375SQ201180028283
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2011年5月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月9日
發(fā)明者R·錢德拉, T·莫希布羅達(dá), 王霄慧 申請(qǐng)人:微軟公司