通過改進的無線網絡小區邊界檢測在無線網絡中的改進的垂直漫遊的製作方法
2023-05-08 13:29:01
專利名稱：通過改進的無線網絡小區邊界檢測在無線網絡中的改進的垂直漫遊的製作方法
技術領域：
本發明一般涉及無線網絡，尤其涉及包括一種以上類型無線網絡的無線聯網環境。
背景技術：
當今，人們使用數字網絡來以許多不同的方式進行通信。語音、文本、全球資訊網頁以及流實況視頻僅僅是幾個例子。在特定的物理位置處連接到數字網絡的能力是一種。連接到數字網絡同時保持移動性的能力是另一種。無線數字網絡是普及的且正在變得越來越普及。人們重視無線網絡提供的便利性以及自由度。
無線電是作為大多數無線數字網絡的基礎的基本技術。每一無線網絡基站或接入點，以及能夠與接入點通信的每一行動裝置都能夠發送和接收無線電信號。無線電信號是用無線網絡數據來編碼的。
信號強度隨著離發射器越來越遠而衰減是無線電信號的特性。每一無線網絡被設計成在某一信號強度範圍內操作，使得當信號強度跌至某一點之下時，由無線網絡提供的服務質量就顯著地下降。單個無線網絡接入點所服務的地理區域是無線網絡小區。無線網絡通過將較大的區域劃分成小區，每一小區具有一接入點，從而向較大的地理區域提供了服務。當移動通信設備通過小區移動時，它依次與每一小區的接入點通信。
無線網絡設計者的傳統問題之一是決定行動裝置何時應當將通信從一個無線網絡接入點越區切換到另一個。由無線網絡接入點提供給行動裝置的服務質量的下降是非線性的，尤其是在接近小區邊界的時候，並且無線電環境是動態的，使得對該問題的分析不是平凡的。實際上，大多數水平越區切換算法依賴於對來自候選接入點的相對信號強度的比較。水平越區切換是發生在單一類型無線網絡中的同一類型的無線網絡接入點之間的通信越區切換。
有許多不同類型的無線網絡，其每一個都被設計成滿足不同的目標。例如，遵循諸如通用分組無線電業務(GPRS)和碼分多址(CDMA)等標準的無線網絡被設計成在廣闊的地理區域(例如，大城市區域)中提供相對較低級別的數字通信帶寬(例如，64kbps)，而遵循諸如電器和電子工程師協會(IEEE)802.11系列標準和歐洲電信標準協會(ETSI)高性能無線電區域網(HIPERLAN)系列標準等其它標準的無線網絡被設計成在小得多的地理區域(例如，建築物或校園)中提供相對較高級別的數字通信帶寬(例如，10Mbps)。這些示例示出了一組無線網絡設計折衷，即，帶寬與小區大小的折衷。其它設計考慮事項包括如何在用戶之間共享分配給每一網絡的無線電頻譜以及用戶認證和私密性測量。
許多地理位置是由多個無線網絡類型來服務的，例如CDMA和IEEE 802.11b。期望無線網絡的用戶能夠利用每一網絡類型的最佳特徵，例如，能夠利用CDMA無線網絡的廣闊服務區域，且在服務可用時能夠利用IEEE 802.11b無線網絡的高帶寬。無線網絡用戶可能能夠手動地在無線網絡類型之間切換，但是仍希望該垂直越區切換，即不同類型無線網絡之間的越區切換能夠變得對無線網絡的用戶如同當今無線網絡中的水平越區切換那樣透明。可以想像這樣一個未來，即無線網絡用戶能夠依照無線網絡用戶的需求在網絡類型之間無縫地漫遊，但是仍有若干問題需要解決以實現該未來。
諸如CDMA和IEEE 802.11b等無線網絡標準一般是不兼容的，且不集中於支持垂直越區切換。不同無線網絡中的信號強度不是直接可比較的。在一個無線網絡中提供較好服務質量的信號強度級別可能在另一無線網絡中導致較差的服務質量。需要新的越區切換決策準則。某些現有技術(例如，Ylianttila等人的OptimizationScheme for Mobile Users Performing Vertical Handoffs between IEEE 802.11 andGPRS/EDGE networks(用於移動用戶執行IEEE 802.11和GPRS/EDGE網絡之間的垂直越區切換的最優模式))討論了對諸如帶寬等服務質量準則的使用，以做出垂直越區切換決策，但是對於實際上如何獲取服務質量度量一般沒有記載。本領域中需要一種實用的系統和方法來實現無線網絡類型之間的無縫垂直越區切換。
本發明提供了這樣一種系統和方法。本發明的這些和其它優點，以及附加發明性特徵可從此處提供的本發明的描述中變得顯而易見。
發明簡述本發明提供了一種用於不同類型的無線網絡之間的改進的垂直越區切換的系統和方法。更具體地，本發明針對啟用垂直越區切換情形中的無線網絡小區邊界的可靠檢測。垂直越區切換情形中的無線網絡小區邊界的可靠檢測是降低不必要的垂直越區切換的速率的一個重要部分。降低不必要的垂直越區切換率能導致對無線網絡類型之間漫遊的移動計算設備的更高的總體服務質量。
常規的水平越區切換依賴於移動計算設備處從候選無線網絡小區接收到的信號強度的比較來檢測無線網絡小區邊界。在垂直越區切換情形中，移動計算設備處從候選無線網絡小區接收到的信號強度不是直接可比較的，因為候選無線網絡小區不是相同的類型。移動計算設備通過可靠地檢測到接收信號強度正在降低且接近於最小操作信號強度閾值，來檢測無線網絡小區邊界，而無需參考同一類型的另一無線網絡小區。
移動計算設備使用對最近的接收信號強度歷史的傅立葉分析來可靠地檢測移動計算設備處接收的信號強度正在降低。具體地，如果最近的接收信號強度歷史的離散傅立葉變換的基本項的虛部為負，且小於傅立葉域閾值，則移動計算設備確定接收信號強度正在降低。
由無線網絡標準指定的額定最小操作信號強度通常高於現代無線網絡接口硬體可實現的實際最小操作信號強度閾值。高最小操作信號強度閾值引起不必要的垂直越區切換的速率。移動計算設備能夠通過自適應地確定每一無線網絡接口的較低閾值的值，來利用現代無線網絡接口硬體的較低最小操作信號強度閥值。
當決定從具有較小的地理覆蓋區域的無線網絡越區切換到具有較大地理覆蓋區域的無線網絡時，檢測無線網絡小區邊界的能力特別有用。當決定從具有較大地理覆蓋區域的無線網絡越區切換到具有較小地理覆蓋區域的無線網絡時，測量無線網絡服務質量的能力也變得重要。一種結合了兩種垂直越區切換決策工具的軟體體系結構實現了一種無縫的垂直漫遊，它優化了包括該體系結構的移動計算設備所經歷的總體無線網絡服務質量。
附圖簡要描述儘管所附權利要求書以細節陳述了本發明的特徵，然而當結合附圖閱讀以下詳細描述時，可以最好地理解本發明及其優點，附圖中
圖1所示是適用於結合本發明的各方面的示例性移動計算設備的示意圖；圖2所示是適用於結合本發明的各方面的示例性無線聯網環境的示意圖；圖3所示是當做出現有技術的水平越區切換決策時所考慮的典型變量的圖；圖4所示是當做出垂直越區切換決策時可考慮的變量的圖；圖5所示是依照本發明的一個實施例，測得的網絡分配矢量佔用率和無線網絡中的可用帶寬之間的關係的圖；圖6所示是依照本發明的一個實施例，測得的數據分組衝突概率和無線網絡中可用帶寬之間的關係的圖；圖7所示是變化的所接收無線網絡信號強度的圖，但由相關聯的無線聯網服務提供的服務質量沒有大變化；圖8A所示是隨時間變化增加的所接收的無線網絡信號強度的圖；圖8B所示是依照本發明的一個實施例，隨時間變化增加的所接收無線網絡信號強度的傅立葉變換的基本項的圖，在複平面上繪製；圖8C所示是隨時間變化減少的所接收無線網絡信號強度的圖；圖8D所示是依照本發明的一個實施例，隨時間變化減少的所接收無線網絡信號強度的傅立葉變換的基本項的圖，在複平面上繪製；圖9所示是依照本發明的一個實施例，變化的所接收無線網絡信號強度的圖，但相關聯的無線聯網服務沒有變得不可用，標出了每一時間段內的最大信號強度；圖10所示是依照本發明的一個實施例的組件體系結構的示意圖；圖11所示是依照本發明的一個實施例的狀態機行為的狀態轉移圖；圖12是依照本發明的一個實施例，描述了由多網絡管理器組件在做出從無線區域網(WLAN)越區切換到無線廣域網(WWAN)的決策時所執行的步驟的流程圖；圖13是依照本發明的一個實施例，描述了由多網絡管理器組件在更新垂直越區切換決策閾值時所執行的步驟的流程圖；圖14是依照本發明的一個實施例，描述了由多網絡管理器組件在做出生成網絡警告通知的決策時所執行的步驟的流程圖；圖15是依照本發明的一個實施例，描述了由多網絡管理器組件在確定水平WLAN越區切換正在待決時所執行的步驟的流程圖；以及圖16是依照本發明的一個實施例，描述了由多網絡管理器組件在做出WLAN到WWAN的自動越區切換決策時所執行的步驟的流程圖。
發明詳細描述在開始描述本發明的各實施例之前，首先提供其中可實現本發明的各實施例的移動計算設備和無線網絡環境的描述。儘管並非所需，但本發明將在諸如由計算設備執行的程序模塊等計算機可執行指令的一般上下文環境中描述。一般而言，程序包括例程、對象、組件、數據結構等等，它們執行特定的任務或實現特定的抽象數據類型。此處使用的術語「程序」可意味著單個程序模塊或共同行動的多個程序模塊。此處使用的術語「計算機」或「計算設備」包括電子地執行一個或多個程序的任何設備，如個人計算機(PC)、手持式設備、多處理器系統、基於微處理器的可編程消費者電子設備、網絡PC、小型機、圖形輸入板PC、膝上計算機、具有微處理器或微控制器的消費者電器等等。本發明也可以用於分布式計算環境中，其中，任務由通過通信網絡連接的遠程處理設備來執行。在分布式計算環境中，程序可以位於本地和遠程存儲器存儲設備中。
參考圖1，示出了其上可實現此處描述的本發明的各方面的移動計算設備的基本配置的一個示例。在其最基本的配置中，移動計算設備102通常包括至少一個處理單元104和存儲器106。處理單元104執行指令以依照本發明的各實施例實現任務。在實現這類任務時，處理單元104可將電信號發送到移動計算設備102的其它部分並發送到移動計算設備102之外的設備以引起某些結果。根據移動計算設備102的確切配置和類型，存儲器106可以是易失性(如RAM)、非易失性(如ROM、快閃記憶體)或兩者的某一組合。這一最基本配置在圖1中由虛線108示出。
移動計算設備102也可具有另外的特徵/功能。例如，移動計算設備102也可包括另外的存儲(可移動110和/或不可移動112)，包括但不限於，磁碟、光碟或磁帶。計算機存儲介質包括以用於儲存包括計算機可執行指令、數據結構、程序模塊或其它數據等信息的任一方法或技術實現的易失性和非易失性、可移動和不可移動介質。計算機存儲介質包括但不限於，RAM、ROM、EEPROM、快閃記憶體、CD-ROM、數字多功能盤(DVD)或其它光存儲、磁盒、磁帶、磁碟存儲或其它磁存儲設備、或可以用來儲存期望的信息並可由移動計算設備102訪問的任一其它介質。任一這類計算機存儲介質可以是移動計算設備102的一部分。
移動計算設備102較佳地也包含允許設備與諸如遠程計算設備116等其它設備進行通信的通信連接114。通信連接是通信介質的一個示例。通信介質通常可以具體化為諸如載波或其它傳輸機制等已調製數據信號中的計算機可讀指令、數據結構、程序模塊或其它數據，並包括任一信息傳送介質。作為示例而非局限，術語「通信介質」包括無線介質，如聲學、RF、紅外和其它無線介質。此處使用的術語「計算機可讀介質」包括計算機存儲介質和通信介質兩者。
移動計算設備102也可具有輸入設備118，如鍵盤/小鍵盤、滑鼠、輸入筆、語音輸入設備、觸摸輸入設備等等。也可包括輸出設備120，如顯示器122、揚聲器、印表機等等。所有這些設備在本領域中是公知的，且無需在此詳細描述。
在以下描述中，將參考由一個或多個計算設備執行的動作和操作的符號表示來描述本發明，除非另外指明。由此，可以理解，這類動作和操作，有時被稱為計算機執行的，包括計算設備的處理單元對以結構化形式表示數據的電信號的操縱。這一操縱轉換了數據或在計算設備的存儲器系統中的位置上維護它，從而以本領域的技術人員都理解的方式重配置或改變了計算設備的操作。維護數據的數據結構是存儲器的物理位置，具有數據的格式所定義的具體特性。然而，儘管在上述的上下文中描述本發明，它並不意味著限制，如本領域的技術人員所理解的，後文所描述的行動和操作的各方面也可以用硬體實現。
適用於結合本發明的各方面的一個無線聯網環境包括至少兩種不同類型的無線網絡。無線聯網環境中的至少一個無線網絡包括多個無線網絡小區。每一無線網絡小區具有有限的地理覆蓋區域，並包括至少一個無線網絡基站或接入點(AP)。術語「無線網絡基站」和「無線網絡接入點」對於本描述而言是等效的。通常，單個無線網絡接入點向無線網絡小區的地理覆蓋區域提供了無線網絡服務。然而，某些無線網絡對每一無線網絡小區包括一個以上接入點，例如，對無線網絡小區的每一扇區有一個接入點。為清楚起見，本描述將參考典型的情況來進行，但是適用於結合本發明的各方面的無線聯網環境不如此限制。
無線網絡小區的地理覆蓋區域的範圍，即，無線網絡小區大小可在一類無線網絡中以及多類無線網絡之間變化。平均無線網絡小區大小是區分無線網絡類型的無線網絡特徵的一個示例，例如，無線廣域網(WWAN)通常比無線區域網(WLAN)具有更大的平均無線網絡小區大小。在下文中，無線廣域網和無線區域網用作不同無線網絡類型的說明性示例，然而，無線網絡小區大小不必要是構成適用於結合本發明的各方面的無線聯網環境的不同無線網絡類型的區分特徵。網絡類型的一個關鍵的區分特徵是其服務質量(QoS)屬性，例如，帶寬、數據分組延遲統計量(在數字數據被分割成數據分組的無線網絡中)、安全性(包括私密性和反欺詐度量)、成本效率等等。
在本發明的一個實施例中，移動計算設備102移動通過無線聯網環境。或者，無線聯網環境可以改變，而移動計算設備102保持靜止。這些改變對於本描述的目的是等效的。當移動計算設備102移動通過無線聯網環境時，它可進入和離開單個無線網絡類型的無線網絡小區以及多個無線網絡類型的無線網絡小區。同一類型的無線網絡小區之間的轉移是使用現有技術的水平越區切換技術來實現的。在本發明的一個實施例中，不同類型的無線網絡小區之間的轉移是使用垂直越區切換方法來實現的。
作為一個說明性示例，圖2示出了適用於結合本發明的各方面的無線聯網環境。該無線聯網環境具有兩類無線網絡。較大的無線網絡小區202是第一類無線網絡，即無線廣域網的一部分。五個較小的無線網絡小區204、206、208、210、212是第二類無線網絡，即無線區域網的一部分。在本示例中，無線區域網提供了比無線廣域網更高的服務質量。
移動計算設備102(未在圖2中示出)採用了地理路徑214來通過無線聯網環境200。路徑214在無線網絡小區202的覆蓋區域內開始。在路徑的起始處，由無線網絡小區202，即，由無線廣域網向移動計算設備102提供無線網絡服務。當移動計算設備102沿路徑214移動時所遇到的下一個無線網絡小區是無線網絡小區204，即無線區域網小區。一旦路徑214進入無線網絡小區204，移動計算設備102具有對無線網絡類型的選擇，即，對無線廣域網(通過無線網絡小區202)和無線區域網(通過無線網絡小區204)的選擇。
依照本發明的一方面，當選擇可用時，移動計算設備102被配置成自動選擇提供最高服務質量的無線網絡類型。當移動計算設備102進入無線網絡小區204時，它啟動從無線廣域網到無線區域網的垂直越區切換。發生從WWAN小區202到WLAN小區204的垂直越區切換。
當路徑214到達第一WLAN小區204的右邊緣時，遇到第二無線區域網小區206。當路徑進入第二WLAN小區206且離開第一WLAN小區204時，發生從第一WLAN小區204到第二WLAN小區206的現有技術水平越區切換，作為無線區域網正常操作的一部分。超出第二WLAN小區206邊緣的另一WLAN小區不是直接可用的，使得當路徑214移動到超出第二WLAN小區206的邊緣時，無線區域網暫時無法向移動計算設備102提供無線網絡服務。
在本示例中，移動計算設備102被配置成在可能的地方維持無線網絡連通性。當移動計算設備102移動到超出第二WLAN小區206的邊緣時，它啟動從無線區域網回到無線廣域網的第二垂直越區切換。發生從WLAN小區206到WWAN小區202的垂直越區切換。
類似地，當行動裝置沿路徑214繼續時，發生從WWAN小區202到WLAN小區208的垂直越區切換，然後發生從WLAN小區208到WLAN小區210以及從WLAN小區210到WLAN小區212的現有技術水平越區切換。當路徑退出WLAN小區212時，發生最終的垂直越區切換。發生從WLAN小區212回到WWAN小區202的垂直越區切換。如果移動計算設備102繼續在所指示的方向上移動，則它將退出WWAN小區202。如果存在與WWAN小區202相鄰的另一WWAN小區(未示出)，則在無線廣域網中發生從WWAN小區202到相鄰的WWAN小區的現有技術水平越區切換。
無線網絡類型中的小區之間的無縫和自動水平越區切換使得無線網絡小區的存在對於無線網絡的用戶而言是透明的。它是所期望的特徵且已在現有技術中實現。不同類型的無線網絡之間的無縫且自動的垂直越區切換同樣也是期望的，但是水平越區切換的系統和方法不適用。例如，在同一無線網絡類型的小區之間的水平越區切換中，在移動計算設備處從兩個候選無線網絡小區接入點接收的相對信號強度的比較通常是做出越區切換決策過程的一部分，即，如果一個候選接入點導致移動計算設備102處顯著更高的接收信號強度，則啟動到該接入點的水平越區切換。為本描述的目的，到無線網絡小區的越區切換以及到向無線網絡小區提供服務的無線網絡接入點的越區切換是等效的。
在移動計算設備處從無線網絡接入點接收到的信號強度(「接收信號強度」)是用於做出無線網絡類型內的水平越區切換的有用的比較的原因之一是因為無線網絡接入點符合單個無線聯網標準。然而，在無線網絡類型之間的垂直越區切換中，按照定義，存在多個無線聯網標準。在無線網絡類型之間的垂直越區切換中，通常不能保證從不同無線網絡類型接收到的信號強度是用於做出越區切換決策的有用比較。一個無線網絡類型中接收信號強度的適當級別可能在另一無線網絡類型中不適合。在本發明的一個實施例中，當做出垂直越區切換決策時，考慮對應於由無線網絡提供的服務質量的準則。圖3和4有助於說明這兩個問題之間的某些區別。
圖3示出了當移動計算設備102移動通過一地理距離時，在移動計算設備102處從無線網絡類型內的兩個無線網絡接入點302、304接收到的信號強度的圖。在該圖的左側，在移動計算設備102處從第一無線網絡接入點302接收到的信號強度是強的(即，相對較高)，而在移動計算設備102處從第二無線網絡接入點304接收到的信號強度是弱的(即，相對較低)。在該圖的右側，從第二無線網絡接入點304接收到的信號強度是強的，而從第一無線網絡接入點302接收到的信號強度是弱的。
在圖3所示的圖的中心，有一個點，在該點處，在移動計算設備102處從兩個無線網絡接入點接收到的信號強度是相等的。該點通常標出了水平越區切換決策過程中的閾值306。在閾值306的左側，理論上更期望無線網絡接入點302來向移動計算設備102提供無線網絡服務。在閾值306的右側，理論上更期望無線網絡接入點304來向移動計算設備102提供無線網絡服務。有若干實用的考慮事項可用於啟動水平越區切換的決策，但是這些在本領域中是公知的，且無需在此詳細描述。此處包括圖3以提供與圖4的對比。
圖4示出了當移動計算設備102移動通過一地理距離時，由兩種不同類型的無線網絡402、404提供給移動計算設備102的無線網絡服務質量。例如，無線網絡402可以表示無線廣域網，而無線網絡404可類似地表示無線區域網。在該圖的左側，由第一類無線網絡402提供給移動計算設備102的服務質量相對較高，而由第二類無線網絡404提供給移動計算設備102的服務質量相對較低。在該圖右側的不同地理位置上也是如此。在該圖的中心部分，由第二類無線網絡404提供的服務質量顯著提高，使得第二類無線網絡404比第一類無線網絡402提供更高的服務質量。
在圖4所示的圖中有兩個點，在這兩個點處，兩種無線網絡類型都能夠向移動計算設備102提供相等的服務質量。理想地，這兩點標出了垂直越區切換決策閾值406、408。在左側閾值406的左邊以及右側閾值408的右邊，期望第一類無線網絡402向移動計算設備102提供無線網絡服務。在這兩個閾值406、408之間，期望第二類無線網絡404向移動計算設備102提供無線網絡服務。
在本發明的一個實施例中，有至少兩類自動垂直越區切換決策，包括自動決定何時從服務質量較低的無線網絡(例如，WWAN)進入服務質量潛在較高的無線網絡(例如，WLAN)，以及自動決定何時退出服務質量潛在較高的網絡到服務質量較低的網絡。在進入服務質量潛在較高的無線網絡的第一種情況下，越區切換的主要目標是實際達到較高的服務質量，例如，對移動計算設備102可用的無線網絡帶寬在垂直越區切換之後比之前更高。在本發明的一個實施例中，實現第一情況的目標包括使移動計算設備102能夠測量無線介質訪問控制(MAC)層的服務質量屬性，諸如無線介質中的剩餘通信帶寬以及無線介質訪問控制傳輸延遲。
在離開服務質量潛在較高的無線網絡的第二種情況下，至少有兩個競爭目標在服務質量較高的無線網絡不再能夠提供服務之前越區切換，但也在該無線網絡實際能夠提供較高服務質量時保留在服務質量潛在較高的無線網絡中。與服務質量的逐漸下降相反，現代的數字無線網絡通常能夠遍及無線網絡小區覆蓋區域維持相對高的服務質量，直到接近於服務質量急速下降的小區邊界。在本發明的一個實施例中，實現這些第二情況下的目標包括使移動計算設備102能夠根據從當前向移動計算設備102提供服務的無線網絡接入點接收到的信號強度的動態歷史，即，在沒有從對候選無線網絡小區的接收信號強度的同時引用用於直接比較中獲益的情況下，來檢測到接近無線網絡小區邊界。
一種不必要的垂直越區切換是不導致提供給移動計算設備102的無線網絡服務質量提高的自動垂直越區切換，例如，由於進入服務質量潛在較高的無線網絡不產生服務質量的期望增益，或者例如，由於過早地退出服務質量較高的無線網絡且迅速做出返回到服務質量較高的無線網絡的決策。每一垂直越區切換一般具有某些通信協議額外開銷，使得在本發明的一個實施例中，不必要的垂直越區切換的高速率對於提供給移動計算設備102的無線網絡總服務質量有負面的影響。因此，重要的是，上述兩種類型的垂直越區切換決策，即，決定何時進入服務質量潛在較高的無線網絡，以及決定何時退出服務質量潛在較高的網絡，除實現其各自的目標之外，還協力工作以降低不必要垂直越區切換的速率。
無線網絡小區向一個以上移動計算設備同時提供無線網絡服務是常見的。通常，向特定類型的無線網絡分配可用無線頻譜的某一部分，並且該無線網絡具有用於在其用戶之中共享所分配的頻譜的某一方案。一種常見的方案是將所分配的頻譜劃分成一個或多個通信信道，其基本特徵是僅一個發送者和一個接收者能夠使用該特定通信信道以在特定時間段內通信。
為本描述的目的，在以下兩種類型的信道分配方案之間進行區分是足夠的專用的和共享的。某些類型的無線網絡，例如符合GPRS標準的無線網絡，將一個或多個信道專用於無線網絡小區中的每一移動計算設備。這一方案的缺點包括每一信道通常具有相對較低的通信帶寬，並且它一般成本效率較低。這一方案的優點包括其服務質量特徵，諸如帶寬和傳輸延遲，一般是能夠事先預測的，且在使用期間相對恆定。
其它類型的無線網絡，例如符合IEEE 802.11b標準的無線網絡，在多個移動計算設備之間共享每一通信信道的帶寬。這一方案的優點包括每一信道通常具有相對較高的通信帶寬，且它一般成本效率較高。這一方案的缺點包括其服務質量特徵，諸如可用帶寬和傳輸延遲，一般是不可事先預測的，且通常在通信會話期間變化，尤其是當試圖共享通信信道的行動裝置的數量變化時。另外，某些其它方案是合乎需要的，以避免共享信道中的傳輸衝突，即，兩個行動裝置同時通過同一信道發送。傳輸衝突通常導致所涉及發送者中的沒有一個能夠成功地發送數據。
一種常見的衝突避免方案是，作為無線網絡通信協議的無線介質訪問控制(MAC)層的一部分，規定發送者首先在通信信道上通告傳輸將會花費多久。共享該通信信道的其它發送者則可在此時間中避免發送。例如，在符合IEEE 802.11b標準的無線網絡中，在發送時通告作為發送請求(RTS)協議消息的一部分發送的網絡分配矢量(NAV)。
在本發明的一個實施例中，觀察時段中累積通告發送時間與總觀察時間之比用作共享通信信道並利用通告的傳輸時間作為衝突避免方案的一部分的無線網絡中的無線網絡服務質量度量。例如，在符合IEEE 802.11b標準的無線網絡中，依照本發明的一個實施例的移動計算設備監視由其網絡接口維護的網絡分配矢量(NAV)一段時間(例如，2秒)。網絡分配矢量佔用率(NAVO)被計算為監控時段內網絡分配矢量指示無線網絡繁忙的時間量與監控時段內的總時間量之比。術語「網絡分配矢量佔用率」用作「觀察時段內累積的通告傳輸時間與總觀察時間之比」的簡寫。
在本發明的一個實施例中，計算的網絡分配矢量佔用率直接用作由無線網絡提供的服務質量的度量。網絡分配矢量佔用率是無線網絡提供的服務質量的有用度量的一個理由是它對於無線網絡用戶數量以及數據話務模式(例如，穩定的與猝發的)相對較不敏感。在本發明的一個較佳實施例中，網絡分配數量佔用率還被映射到更多傳統的服務質量度量，諸如無線介質中的剩餘通信帶寬以及無線介質訪問控制傳輸延遲。以下是將網絡分配矢量佔用率映射到特定的無線網絡服務質量度量，即無線網絡中的剩餘帶寬的示例。如本領域的技術人員所清楚的，這一映射技術適用於其它無線網絡服務質量度量。
圖5所示是測得的網絡分配矢量佔用率和估算的無線網絡中的剩餘帶寬之間的關係的圖。該圖的水平軸是測得的網絡分配矢量佔用率。該圖的垂直軸是估算的剩餘帶寬。低網絡分配矢量佔用率對應於高估算剩餘帶寬。高網絡分配矢量佔用率對應於低估算剩餘帶寬。有一高網絡分配矢量佔用率值NAVOBW＝0(例如，65％)，它對應於值為零的估算剩餘帶寬。
在本發明的一個實施例中，估算的無線網絡中的剩餘帶寬被計算為網絡分配矢量佔用率的線性函數，例如，BW＝BWmax-f*NAVO，其中，BW是估算的無線網絡中的剩餘帶寬，BWmax是最大估算剩餘帶寬(例如，在0％的網絡分配矢量佔用率時為3.3Mbps)，f是網絡分配矢量佔用率到估算的剩餘帶寬映射的因子(例如，5，對應於對網絡分配矢量佔用率的10％增加有0.5Mbps的下降)，NAVO是測得的網絡分配矢量佔用率。給出的示例值對於特定的平均數據分組大小和無線網絡類型是有效的，例如，符合IEEE 802.11b無線網絡標準的無線網絡中1000位元組的分組大小，它啟用了IEEE 802.11b協議的發送請求(RTS)方面。
在本發明的另一實施例中，從網絡分配矢量佔用率到估算的剩餘帶寬的映射是用查找表來實現的。下表提供了這一查找表的一部分的例子。在以下示出的查找表中，最頂部一行列出了網絡分配矢量佔用率的值，最左側的一列列出了平均數據分組傳輸大小的值，且該表的主體展示了對應的估算剩餘帶寬值。例如，對於1000位元組的平均數據分組傳輸大小和50％的測得的網絡分配矢量佔用率，估算的無線網絡中的剩餘帶寬是0.8Mbps。
可以通過在合適的測試無線網絡或無線網絡模擬器中生成已知的剩餘帶寬級別，然後記錄每一級別處的觀察到的/所模擬的網絡分配矢量佔用率，對特定的無線網絡類型獲得這一查找表的值和/或線性映射函數的參數。這些技術在本領域中是公知的，且不需要在此詳細描述。
在不能計算網絡分配矢量佔用率的無線網絡中，例如，網絡分配矢量不可用，則需要一個替換的服務質量度量。以分組發送數據的無線網絡中的通信協議的一個公共方面是確認供應。確認供應規定數據分組的接收者能夠發送對每一接收到的數據分組的確認。當利用該確認供應時，發送者假定未確認的分組丟失(即，未在其預期目的地接收)，並且應當被重新發送。如果沒有諸如通告傳輸時間等衝突避免機制，則傳輸衝突是無線網絡中分組丟失的常見原因。
在本發明的一個實施例中，數據分組衝突概率(PCP)也用作無線網絡服務質量度量。在本發明的一個實施例中，數據分組衝突概率計算如下。移動計算設備102在已知的時間段內(例如，1秒)以已知的速率(例如，每秒100個)發送已知大小(例如，1000位元組)的探測數據分組。數據分組衝突概率被計算為未確認的探測數據分組的數量與所發送的探測數據分組的總數之比。
例如，如果移動計算設備102使用符合無線網絡設備接口標準(NDIS)的網絡接口向符合IEEE 802.11b標準的無線網絡接入點發送探測數據分組，則數據分組衝突概率可以被計算為確認失敗計數NDIS統計量(即，表示未確認的探測數據分組數量的統計量)與確認失敗計數和發送的片段計數NDIS統計量的總和(即，表示未確認和確認的探測數據分組的統計量的總和)之比。這一示例也示出即使在不規定發送者通告傳輸時間的無線網絡中，數據分組衝突概率也可用作無線網絡服務質量度量。
圖6所示是數據分組衝突概率和估算的無線網絡中的剩餘帶寬之間的關係的圖。該圖的水平軸是測得的數據分組衝突概率。該圖的垂直軸是估算的剩餘帶寬。低數據分組衝突概率對應於高估算剩餘帶寬。高數據分組衝突概率對應於低估算剩餘帶寬。存在一個對應於為零的估算剩餘帶寬的高數據分組衝突概率PCPBW＝0(例如，30％)。可構造類似的圖，將數據分組衝突概率映射到其它服務質量度量。
如網絡分配矢量佔用率一樣，在本發明的一個實施例中，使用諸如圖6所示的示例的映射關係，數據分組衝突概率還被映射到更多的傳統服務質量度量。線性映射函數不是很適用於數據分組衝突概率，但不是不可使用的，因為該映射曲線中做出垂直越區切換決策通常感興趣的部分是低帶寬部分，它是非線性的。本領域的技術人員可以理解，諸如指數映射函數等非線性映射函數可以用於該任務中。在本發明的一個實施例中，從數據分組衝突概率到例如估算的剩餘帶寬的映射是用查找表來實現的。查找表是以類似於網絡分配矢量佔用率的方式來填充的。
在本發明的一個實施例中，無線網絡服務質量度量可用於移動計算設備102自動決定何時進入高服務質量無線網絡中。一旦在高服務質量的無線網絡中，在本發明的一個實施例中，移動計算設備102可靠地檢測接近的無線網絡小區邊界的能力變得更重要。
現有技術系統使用了簡單的閾值來檢測無線網絡小區邊界。如果在移動計算設備102處接收到的信號強度總是平滑低變化，則簡單閾值能很好地工作，但是實際上，尤其是接近無線網絡小區邊界時，在移動計算設備102處接收到的信號強度可能非常迅速且顯著地變化(例如，遍及10dB範圍)，使得簡單閾值通常被例如接收信號強度中尖銳的向下尖峰信號過早地觸發。如果移動計算設備102在高服務質量的網絡(例如，WLAN)中，且穿過簡單閾值觸發了垂直越區切換，則移動計算設備102將過早地失去高服務質量無線網絡的益處。如果垂直越區切換決策算法上使得回到高服務質量無線網絡的垂直越區切換是由例如接收信號強度上升回到以上簡單閾值而被觸發，則可能會導致不必要的垂直越區切換的高速率。與改進無線網絡用戶經歷的總體服務質量相反，與垂直越區切換的高速率相關聯的額外開銷可能導致總體服務質量的下降。
圖7示出了在移動計算設備102處的接收信號強度，它隨時間迅速且顯著地變化。在所示的示例中，移動計算設備102在高服務質量無線網絡中移動。由無線網絡提供的服務質量是相對穩定的(儘管有變化的接收信號強度)，且從無線網絡用戶的觀點來看，垂直越區切換在所示的時間段內是不合需要的。接收信號強度多次穿過簡單閾值Strad。在使用簡單閾值來觸發垂直越區切換的現有技術系統中，垂直越區切換將在所示的時間段的早期被觸發。一旦接收信號強度上升回到簡單閾值Strad，則現有技術系統將決定啟動回到高服務質量無線網絡的垂直越區切換。在這一情況下，在該時間段內，許多垂直越區切換被簡單閾值Strad觸發，而沒有一個(或者，最多有幾個)是合乎需要的。
在本發明的一個實施例中，無線網絡小區邊界檢測是通過使用以下基於傅立葉變換的方法，確定迅速且顯著變化的接收信號強度實際上正在下降(即，無線網絡小區邊界正在接近)來增強的。最近接收的信號強度歷史(例如，過去的4秒中)經受離散傅立葉變換，例如，快速傅立葉變換(FFT)。傅立葉變換及其變體在本領域中是公知的，且不需要在此詳細描述。該變換的基本項是具有實部和虛部的複數(即，a+ib形式的數，其中a是實部，b是虛部，而i是-1的平方根)。為清楚起見，用於基本項的虛部的公式如下Im{X1}=1Nn=0N-1x(n)sin(-2nN)]]>其中，X1表示離散傅立葉變換的基本項，Im｛X1}表示X1的虛部，x(n)是接收信號強度歷史，N是歷史中離散樣值的數量。在本發明的一個實施例中，如果基本項的虛部為負，且小於傅立葉域閾值(例如，-0.6)，則接收信號強度被確定為正在降低。
圖8A示出了隨時間變化增加的接收信號強度。例如，當無線網絡小區內的移動計算設備102移動離開該無線網絡小區邊界並且去往無線網絡小區的中央時，發生這一情況。圖8B示出了諸如圖8A所示的隨時間變化增加的接收信號強度的傅立葉變換的基本項X1，在複平面上繪製。水平軸是複數的實部的大小。垂直軸是複數的虛部的大小。在這一說明性示例中，基本項X1位於複平面的一個象限中，在該象限中，基本項的實部Re{X1}和基本項的虛部Im{X1}都是正的。
圖8C示出了隨時間變化減少的接收信號強度。例如，當無線網絡小區內的移動計算設備102移向無線網絡小區的邊界時，會發生這一情況。圖8D示出了諸如圖8C所示的隨時間變化減少的接收信號強度的傅立葉變換的基本項X1，在複平面中繪製。再一次，水平軸是複數的實部的大小，而垂直軸是複數的虛部的大小。在這一說明性示例中，基本項X1位於複平面的一個象限中，在該象限中，基本項的實部Re{X1}為正，而基本項的虛部Im{X1}為負。如果基本項的虛部Im{X1}小於傅立葉域閾值(未示出)，則在本發明的一個實施例中，移動計算設備102確定接收信號強度正在降低。
在本發明的一個實施例中，基於傅立葉變換的方法由移動計算設備102使用，以確定從無線網絡接入點接收到的信號強度正在降低，並且可能因此向無線網絡接入點能夠向移動計算設備102提供服務的最小信號強度(「最小操作信號強度」)，即無線網絡小區邊界前進。每一無線聯網標準通常指定了一個額定最小操作信號強度，在該最小操作信號強度之上，無線網絡接口必須能夠提供無線網絡服務，以符合該標準。然而，現代網絡接口硬體通常能夠在比無線聯網標準中指定的低得多的信號強度級別(例如，遠低於10dB)繼續提供無線網絡服務。
在本發明的一個實施例中，決定何時啟動從高服務質量的無線網絡的垂直越區切換的目標是在高服務質量的無線網絡不再能夠提供服務之前啟動垂直越區切換，但是另外，只要可能，就停留在高服務質量的無線網絡中。如果由無線網絡標準指定的額定最小操作信號強度被用作應當在其之前啟動垂直越區切換的接收信號強度閥值，則垂直越區切換可能是過早的，從而使移動計算設備102喪失了高服務質量的無線網絡的益處，即使該網絡仍能夠提供服務。
在本發明的一個實施例中，特定網絡接口的實際最小操作信號強度是如下自適應地確定的。對移動計算設備102的網絡接口處接收到的信號強度周期性地進行採樣。如果無線網絡能夠在某一段時間內(例如，1秒)提供服務，例如通過維持802.11b無線網絡中的有效基本服務組標識符(BSSID)所指示的，則將該時段內最大接收信號強度與為網絡接口配置的當前最小操作信號強度進行比較。如果該時段內最大接收信號強度小於為網絡接口所配置的當前最小操作信號強度，則該網絡接口的最小操作信號強度被設為該時段內的最大接收信號強度。
圖9示出了在移動計算設備102的特定網絡接口處接收到的信號強度。該無線網絡能夠貫穿圖9所示的時間段向網絡接口提供服務。在第一採樣周期T1內，最大接收信號強度RSS1小於為網絡接口所配置的最小操作信號強度(未示出)。在第一採樣周期T1之後，該網絡接口的最小操作信號強度改為(即，減少到)最大接收信號強度RSS1。在第二採樣周期T2內，最大接收信號強度RSS2再一次小於為網絡接口所配置的最小操作信號強度。該網絡接口的最小操作信號強度再一次被設為較低的值RSS2。對於下兩個採樣周期T3、T4也是如此。在以下周期中即分別為RSS3和RSS4，網絡接口的最小操作信號強度被設為最大接收信號強度。
仍參考圖9，在採樣周期T5內，最大接收信號強度RSS5高於為網絡接口所配置的最小操作信號強度(即，那時為RSS4)，並且因此在採樣周期T5之後，最小操作信號強度不被降低。在採樣周期T6內，最大接收信號強度RSS6再一次低於所配置的最小操作信號強度，並且最小操作信號強度再一次被降低到採樣周期T6內的最大接收信號強度RSS6。儘管這一示例示出了為網絡接口所配置的最小操作信號強度被連續降低多次，但是在本發明的一個實施例中，這通常僅在初始自適應階段發生，例如，在首次使用特定網絡接口之後或者在將所配置的最小操作信號強度復位到無線網絡標準的守恆默認值之後。在初始自適應階段之後，對第五採樣周期所描述的情況更為常見，且為網絡接口所配置的最小操作信號強度不經常被降低，即，快速達到下限(例如，在30秒內)。
在本發明的一個實施例中，使用自適應地配置的最小操作信號強度閾值作為簡單的垂直越區切換決策閾值可單獨顯著地降低不必要的垂直越區切換速率。與基於傅立葉變換的方法相組合來可靠地檢測降低的接收信號強度，與現有技術觸發垂直越區切換的簡單閾值方法相比，不必要垂直越區切換速率成數量級的減少並非不尋常的。
圖10描繪了適用於結合本發明的各方面的一個示例移動計算設備軟體組件體系結構。該示例體系結構包括第一無線網絡接口1002和第二無線網絡接口1004，然而，適用於結合本發明的各方面的體系結構可包括兩個以上無線網絡接口。在本發明的一個實施例中，每一無線網絡接口1002、1004與各個無線網絡接口硬體相關聯，例如WLAN PC卡和單獨的WWAN PC卡。在另一實施例中，每一無線網絡接口1002、1004與單個無線網絡接口硬體相關聯，例如集成到移動計算設備102中的多模WLAN/WWAN硬體。每一無線網絡接口1002、1004提供了對相關聯的無線網絡接口硬體的具體特徵的訪問。
每一無線網絡接口1002、1004由多網絡管理器(MNM)組件1006通過公共的網絡設備接口1008，例如符合公知的無線網絡設備接口標準(NDIS)的公共網絡設備接口來訪問。網絡設備接口1008隱藏(即，封裝)具體無線網絡接口硬體的特徵，並以標準化的方式提供了對每一無線網絡類型的特徵的訪問。
在本發明的一個實施例中，多網絡管理器組件1006通過網絡設備接口1008連續地監視每一無線網絡接口1002、1004，例如，監視無線網絡可用性、對接收到的信號強度進行採樣以及收集通告的傳輸時間。在本發明的一個實施例中，多網絡管理器組件1006啟動探測數據分組的發送，以測量按分組發送數據的無線網絡中的數據分組衝突概率。在本發明的一個實施例中，多網絡管理器組件1006還處理它所收集的無線網絡統計量，並周期性地在請求時將它們提供給策略管理器組件1010。
在本發明的一個實施例中，多網絡管理組件1006例示並維護一狀態機，諸如圖11中所描繪的狀態機1100；生成由狀態機描繪的無線網絡通知(例如，指示正在接近無線網絡小區邊界的無線網絡警告)；以及將通知分派到所註冊的無線網絡通知訂戶，諸如策略管理器組件1010。在本發明的一個實施例中，多網絡管理器組件1006檢測接近的高服務質量無線網絡小區邊界，並且，在儘可能停留在高服務質量無線網絡中的同時，在到達無線網絡小區邊界之前啟動垂直越區切換。
策略管理器組件1010提供了移動計算設備應用程式1012配置一個或多個無線網絡垂直漫遊策略的能力。無線網絡垂直漫遊策略的示例包括從不自動啟動垂直越區切換(即，僅手動垂直越區切換)、只要可能就停留在特定的無線網絡類型中、自動越區切換到能夠提供最高服務質量(例如，最高剩餘帶寬、最低MAC層傳輸延遲、最具成本效率、和/或其各種加權組合)的無線網絡、以及只要需要特定的服務質量屬性，例如需要特定類型的物理(PHY)層傳輸安全性，就越區切換到特定的無線網絡。
策略管理器組件1010接收每一無線網絡的服務質量統計量以及無線網絡狀態通知，對每一無線網絡，移動計算設備102具有來自多網絡管理器1006的無線網絡接口1002、1004並使用信息來做出與所配置的無線網絡垂直漫遊策略相一致的無線網絡垂直越區切換決策。例如，如果所配置的策略是自動切換到能夠提供最高服務質量的無線網絡，且移動計算設備102的用戶(未示出)利用了移動計算設備102的應用程式1012之一來僅按照剩餘帶寬定義服務質量，則策略管理器組件1010的確啟動到具有最高估算的剩餘帶寬的候選無線網絡的垂直越區切換，如由多網絡管理器組件1006所提供的。
在本發明的一個實施例中，策略管理器組件1010通過向多網絡管理器組件1006發送「現在進行越區切換(Handoff Now)」命令來啟動垂直越區切換。在本發明的一個實施例中，策略管理器組件1010將多網絡管理器組件1006配置成在某些情況下，例如當檢測到WLAN小區邊界時，自動執行垂直越區切換。
多網絡管理器組件1006和策略管理器組件共同被稱為垂直漫遊管理器1014或簡稱為連接管理器1014。移動計算設備102應用程式1012與垂直漫遊管理器1014通信，而非直接與其每一組件1006、1010通信。例如，在本發明的一個實施例中，移動計算設備102應用程式1012之一通過向垂直漫遊管理器1014發送「現在進行越區切換」命令來啟動手動垂直越區切換。在本發明的一個實施例中，垂直漫遊管理器1014首先將該命令傳遞到策略管理器1010以確保它與所配置的無線網絡垂直漫遊策略相一致。在另一實施例中，垂直漫遊管理器1014將該命令直接傳遞到多網絡管理器1006以供執行。
以下表列出了在本發明的一個實施例中多網絡管理器組件1006能夠執行的一組特定操作。該表列出了每一操作的名稱、用於實現該操作的示例屬性以及一旦該操縱被實現，響應於該操作請求所發送的示例屬性。
參考上表中的示例操作，其每一個可單獨或組合地結合到本發明的一個實施例中，「現在進行越區切換」操作促使多網絡管理器組件1006啟動到指定無線網絡的垂直越區切換。「配置活動MAC感測」操作指定是否使用數據分組衝突概率來估算如先前所描述的指定無線網絡中的剩餘帶寬。配置網絡警告容限操作指定了實際的最小操作信號強度以上的接收信號強度容限(例如，6dB)，在此期間，如果接收信號強度被確定為正在降低，則多網絡管理器組件1006確定正在接近無線網絡小區邊界，並生成對策略管理器組件1010的網絡警告通知。無線網絡警告容限和一般的警告生成在下文更詳細討論。
仍參考以上表中的示例操作，「註冊通知」操作使感興趣的組件，諸如策略管理器組件1010能夠註冊通知，諸如網絡警告通知。參考以下通知表，該表是多網絡管理器組件1006在本發明的一個實施例中生成的通知的示例。「抑制警告」操作允許註冊了接收通知的組件臨時地抑制來自多網絡管理器組件1006的網絡警告。「獲取接口列表」操作是導致被結合到移動計算設備102中的無線網絡接口的列表的查詢操作，它被發送到請求者。「獲取MNM狀態」操作是導致多網絡管理器組件1006的當前狀態，例如圖11所示的狀態之一的查詢操作，它被發送到請求者。
下表列出了多網絡管理器組件1006在本發明的一個實施例發送到每一註冊的組件的一組特定通知的示例。該表列出了每一通知的名稱以及與該通知一起發送的屬性。
在本發明的一個實施例中，「網絡可用」通知由多網絡管理器組件1006在先前不可用的無線網絡變得可用時生成，例如，在符合IEEE 802.11b標準的無線網絡中獲得一有效基本服務組標識符(BSSID)時。在本發明的一個實施例中，「網絡警告」通知是由多網絡管理器組件1006在無線網絡可能馬上變得不可用時生成，例如，在移動計算設備102處接收到的信號強度由多網絡管理器組件1006確定為正在降低且接收信號強度在相關聯的無線網絡接口的實際最小操作信號強度的容限(例如，6dB)內時。在本發明的一個實施例中，「無服務」通知是由多網絡管理器組件1006在先前可用的無線網絡變得不可用時，即，不再能夠提供無線網絡服務時生成。
圖11描繪了本發明的一個實施例中，由多網絡管理器組件1006(圖10)例示的一個示例狀態機1100。對其生成該示例狀態機的移動計算設備102包括兩個無線網絡接口，即無線區域網(WLAN)接口和無線廣域網(WWAN)接口。在本示例中，無線區域網提供了比無線廣域網潛在更高的服務質量，但是無線區域網小區大小要比無線廣域網小區大小小得多(例如，圖2與該示例相一致)。策略管理器組件1010(圖10)用垂直越區切換策略來配置，該策略指令策略管理器組件1010隻要可能時就獲取無線網絡服務，並且自動觸發到提供最高服務質量的無線網絡的垂直越區切換。
在「無服務」狀態1102，從任一無線網絡接口都沒有無線網絡服務可用。如果無線網絡服務首先變得可從WWAN接口獲得，則多網絡管理器組件1006向策略管理器組件1010發送「網絡可用」通知，通知它無線廣域網已變得可用，以及該無線廣域網的服務質量統計量。策略管理器組件1010的策略之一指令它只要在可能時就獲取無線網絡服務，因此策略管理器組件1010向多網絡管理器組件1006發送「現在進行越區切換」命令以啟動向無線廣域網的進入。多網絡管理器組件1006管理無線廣域網連接的建立(使用現有技術)，並且一旦建立了連接，該狀態機就轉移到「WWAN穩定」狀態1104。
類似地，如果無線網絡服務首先變得可從WLAN接口獲得，則多網絡管理器組件1006向策略管理器組件1010發送「網絡可用」通知，通知它WLAN已變得可用，以及無線區域網的服務質量統計量。策略管理器組件1010向多網絡管理器組件1006發送「現在進行越區切換」命令，以啟動向WLAN的進入。多網絡管理器組件1006管理WLAN連接的建立(使用現有技術)，並且一旦建立了連接，該狀態機就轉移到「WLAN穩定」狀態1106。
如果無線網絡服務變得同時可從WWAN接口和WLAN接口兩者獲得，則多網絡管理器組件1106向策略管理器組件1010發送兩個「網絡可用」通知，通知它WWAN和WLAN都變得可用，以及每一無線網絡的服務質量統計量。策略管理器組件1010的配置策略之一指令策略管理器組件1010自動選擇提供最高服務質量的無線網絡。通過將由多網絡管理器組件1006提供的服務質量統計量進行比較，策略管理器組件1010能夠確定當前提供最高服務質量的無線網絡，並啟動向該無線網絡的進入。
在「WWAN穩定」狀態1104，無線網絡服務可從無線廣域網獲得。如果服務變得不可用，則多網絡管理器組件1006向策略管理器組件1010發送「無服務」通知，通知它WWAN變得不可用，並且該狀態機轉移到「無服務」狀態1102。然而，如果除WWAN變得可用之外，WLAN變得可用，則該狀態機轉移到「WLAN可用」狀態1108。
在「WLAN可用」狀態1108，無線網絡服務可從無線廣域網和無線區域網兩者獲得，但是無線廣域網是當前的無線網絡服務供應者。當處於這一狀態時，多網絡管理器組件1006周期性地(例如，每隔10秒)向策略管理器組件1010發送「網絡可用」通知，通知它WLAN可用，以及該無線區域網的當前服務質量統計量。如果策略管理器組件1010確定WLAN將提供較高的無線網絡服務質量，例如，所估算的WLAN中的剩餘帶寬比WWAN中當前經歷的通信帶寬更高，則策略管理器組件1010向多網絡管理器組件1006發送「現在進行越區切換」命令，以啟動向WLAN的進入。多網絡管理器組件1006管理WLAN連接的建立，WLAN變成較佳的無線網絡服務供應者(即，發生從WWAN到WLAN的垂直越區切換)，並且狀態機轉移到「WLAN穩定」狀態1106。如果相反，WLAN變得不可用，則狀態機轉移到「WWAN穩定」狀態1104。
在「WLAN穩定」狀態1106，無線網絡服務可從WLAN獲得。無線網絡服務也可從WWAN獲得。如果多網絡管理器組件1006檢測到正在接近WLAN周界小區邊界(即，不會由現有技術水平越區切換處理的WLAN小區邊界)，則狀態機轉移到「WLAN警告」狀態1110。
在「WLAN警告」狀態1110，無線網絡服務當前可從WLAN獲得，但是多網絡管理器組件1006確定包括WLAN接口的移動計算設備102正在接近WLAN周界小區邊界，即，WLAN可能馬上無法提供無線網絡服務。無線網絡服務也可從WWAN獲得。當處於這一狀態中時，多網絡管理器組件1006周期性地(例如，每隔10秒)向策略管理器組件1010發送網絡警告通知，通知它WLAN可能變得不可用，以及無線區域網的當前服務質量統計量。策略管理器組件1010可通過向多網絡管理器組件1006發送「抑制警告」命令來臨時抑制來自多網絡管理器組件1006的「網絡警告」通知。本領域的技術人員可以理解，該通知可由多網絡管理器組件1006使用替換機制來發送，諸如通過由通知訂戶向多網絡管理器組件1006註冊的回叫功能來發送。
如果多網絡管理器組件1006確定包括WLAN接口的移動計算設備102不再接近WLAN周界小區邊界，即，多網絡管理器組件1006確定移動計算設備102正在接近WLAN周界小區邊界時所獲得的條件不再成立，則狀態機轉移到「WLAN穩定」狀態1106。如果多網絡管理器組件1006確定到達了WLAN周界小區邊界，例如，在WLAN接口處接收的信號強度落到自適應地確定的WLAN接口的最小操作信號強度，則在本發明的一個實施例中，如果無線網絡服務可從WWAN獲得，則多網絡管理器組件1006自動啟動到WWAN的垂直越區切換。一旦完成了越區切換，狀態機就轉移到「WWAN穩定」狀態1104。然而，如果無線網絡服務無法從WWAN獲得，且穿越了WLAN周界小區邊界，則無線網絡服務無法從任一無線網絡接口獲得，且狀態機轉移到「無服務」狀態1002。
圖12依照本發明的一個實施例，描繪了由多網絡管理器組件1006(圖10)在自動做出啟動從無線區域網到無線廣域網的垂直越區切換時使用的一個示例過程。該過程中的第一步是等待步驟1202。等待步驟1202提供了無線網絡測量之間的時間(例如，0.1秒)，並且主要用於防止多網絡管理器組件1006使移動計算設備102的處理資源過載。該過程從等待步驟1202前進到更新閾值步驟1204。更新閾值步驟1204自適應地調整實際的最小操作信號強度，以及每一無線網絡接口的相關閾值。更新閾值步驟1204在下文參考圖13更詳細地描述。該過程從更新閾值步驟1204前進到第一決策步驟1206。
在第一決策步驟1206，多網絡管理器組件1006確定是否正在接近WLAN周界小區邊界，即，多網絡管理器組件1006是否應當保留在「WLAN穩定」狀態1106(圖11)。如果確定多網絡管理器組件1006應當保留在「WLAN穩定」狀態1106，則該過程返回到等待步驟1202。如果確定正在接近WLAN周界小區邊界，則該過程前進到WLAN警告步驟1208。第一決策步驟1206在下文參考圖14和15更詳細地描述。
在WLAN警告步驟1208(對應於圖11的「WLAN警告」狀態1110)，多網絡管理器組件1006向註冊的訂戶，諸如策略管理器1010(圖10)發送「網絡警告」通知。在WLAN警告步驟1208之後，該過程前進到第二決策步驟1210。在第二決策步驟1210，多網絡管理器組件1006確定它是否應當自動啟動從WLAN到WWAN的垂直越區切換。如果多網絡管理器組件1006確定它不應自動啟動垂直越區切換，則該過程返回到等待步驟1202。如果多網絡管理器組件1006確定它應當自動啟動垂直越區切換，則該過程前進到向WWAN越區切換的步驟1212。第二決策步驟1210在下文參考圖16更詳細地描述。在向WWAN垂直越區切換步驟1212，啟動從WLAN到WWAN的垂直越區切換。成功的垂直越區切換對應於從圖11的「WLAN警告」狀態到「WWAN穩定」狀態1104的轉移。
圖13更詳細地描繪了圖12的更新閾值步驟1204。在等待步驟1202(圖12)之後，該過程前進到採樣信號步驟1302。在採樣信號步驟1302，對結合到移動計算設備102的每一無線網絡接口處接收的信號強度進行採樣。等待步驟1204(圖12)的長度確定了採樣應多久發生一次。在採樣信號步驟1302之後，該過程前進到第一決策步驟1304。在第一決策步驟1304，確定是否收集了足夠的數據用於閾值更新，例如1秒的數據。這對應於圖9的時間周期的劃分。如果尚未收集到足夠的數據，則該過程退出更新閾值步驟1204。如果收集到了足夠的數據，則該過程前進到確定Smax步驟1306。
在確定Smax步驟1306，對每一無線網絡接口確定採樣周期中的最大接收信號強度(Smax)。該過程然後前進到第二決策步驟1308。在第二決策步驟1308，對每一無線網絡接口，將Smax與為無線網絡接口配置的當前最小操作信號強度(S2)進行比較。如果對任一無線網絡接口，採樣周期中的最大接收信號強度Smax小於為無線網絡接口配置的當前最小操作信號強度S2，並且無線網絡接口能夠提供無線網絡服務(例如，如由圖10的網絡設備接口1008所指示的)，則可降低S2，並且該過程前進到步驟1310。否則，該過程退出更新閾值步驟1204。
在步驟1310，對其Smax小於S2的每一無線網絡接口，為該無線網絡配置的最小操作信號強度S2被設為採樣周期中的最大接收信號強度Smax。該過程然後前進到步驟1312。在步驟1312，對在步驟1310修改的每一無線網絡接口，將另一垂直切換閾值，即無線網絡警告閾值(S1)設為等於該無線網絡接口的新的最小操作信號強度加上一可配置的信號強度容限Δ。在本發明的一個實施例中，使用無線網絡警告閾值S1作為該過程的一部分，以確定是否正在接近WLAN周界小區邊界，如下文所描述的。在本發明的一個實施例中，信號強度容限Δ是用多網絡管理器組件1006的「配置網絡警告容限」操作來配置的。一旦完成了步驟1312，該過程前進到圖12的第一決策步驟1206。
圖14更詳細地描繪了圖12的第一決策步驟1206。在更新閾值步驟1204(圖12)之後，該過程前進到小區邊界檢測觸發測試1402。在測試步驟1402，將每一無線網絡接口的最近的接收信號強度樣值(從圖13中的步驟1302)與該無線網絡接口的無線網絡警告閾值S1進行比較。如果接收信號強度樣值在警告閾值S1之上，則該過程返回到圖12的等待步驟1202。如果接收信號強度樣值低於警告閾值S1，則該過程前進到密集採樣步驟1404。在密集採樣步驟1404，對啟動其警告閾值S1的每一無線網絡接口的接收信號強度進行密集採樣(例如，以每秒10次的速率)，並且使數據對下兩個測試可用。
在密集採樣步驟1404之後，該過程前進到無線網絡警告閾值測試1406。在無線網絡警告閾值測試，對密集採樣的每一無線網絡接口，確定密集採樣的信號強度的平均值。如果密集採樣的信號強度的平均值小於該無線網絡接口的警告閾值S1，則該過程前進到基於傅立葉的下降信號測試1408。否則，該過程返回到圖12的等待步驟1202。
在基於傅立葉的下降信號測試1408，對通過無線網絡警告閾值測試1406的每一無線網絡接口，確定密集採樣的信號強度的快速傅立葉變換(FFT)。快速傅立葉變換在本領域中是公知的，並且無需在此詳細描述。如果該傅立葉變換的基本項的虛部為負，且小於傅立葉域閾值，則無線網絡接口處的接收信號強度被確定為正在降低，且該過程前進到水平越區切換步驟1410。否則，該過程返回到圖12的等待步驟1202。
在水平越區切換步驟1410，確定無線網絡接口之一上的接收信號強度低於該無線網絡接口的無線網絡警告閥值S1並且正在下降，即，正在接近無線網絡小區邊界。傳統的水平越區切換可能對同一類型的相鄰無線網絡小區發生。在水平越區切換步驟1410，確定是否可能是這一情況。如果確定可能發生水平越區切換，則該過程返回到圖12的等待步驟1202。如果確定不可能是水平越區切換，則垂直越區切換可能是必要的，且該過程前進到抑制警告步驟1412。水平越區切換步驟1410在下文參考圖15更詳細地描述。
在抑制警告步驟1412，檢查最後一次執行步驟1412是多久以前。如果該步驟是最近執行的(例如，比0.5秒以前更近)，則生成最近的「網絡警告」通知，且不需要生成另一個通知。該過程返回到圖12的等待步驟1202。否則，要求新的「網絡警告」通知，且該過程前進到圖12的WLAN警告步驟1208，其中生成「網絡警告」通知。
圖15更詳細地描繪了圖14的水平越區切換步驟1410。在基於傅立葉的下降信號測試1408(圖14)之後，該過程前進到最近水平掃描測試1502。在本發明的一個實施例中，僅周期性地，例如，每10秒一次，對移動計算設備102的無線網絡接口處從無線網絡中可能的水平越區切換候選無線網絡接入點接收的信號強度進行採樣(掃描)。在最近水平掃描測試步驟1502中，確定(例如，通過查詢圖10的公共網絡設備接口1008)是否發生了最近(例如，在最後0.5秒內)的接入點掃描。如果發生了最近掃描，則該過程可直接前進到強接入點測試1504。否則，該過程可首先前進到步驟1506，其中啟動一掃描循環。一旦獲得了水平越區切換候選接入點的最近數據，則該過程前進到強接入點測試1504。
在強接入點測試1504，將無線網絡接口處從每一水平越區切換候選者接收到的信號強度與對該無線網絡接口所配置的最小操作信號強度S2進行比較。如果沒有一個候選接入點導致最小操作信號強度S2以上的接收信號強度，則確定水平越區切換是不可能的，且該過程前進到可能的垂直越區切換。否則，確定水平越區切換是可能的，且該過程返回到圖12的等待步驟1202。
圖16更詳細地描述了圖12的第二決策步驟1210。在WLAN警告步驟1208(圖12)之後，該過程前進到自動越區切換許可檢查1602。在本發明的一個實施例中，該過程由圖10的多網絡管理器組件1006實現。在本發明的一個實施例中，同樣是圖10中的策略管理器組件1010配置多網絡管理器組件1006以在到達無線網絡小區邊界的情況下執行自動垂直越區切換。在本實施例中，通過了自動越區切換許可檢查1602，且該過程前進到自動垂直越區切換等待步驟1604。在本發明的另一實施例中，策略管理器組件1010即使在達到無線網絡小區邊界的情況下也做出垂直越區切換決策。在本實施例中，未通過自動越區切換許可檢查1602，且該過程返回到圖12的等待步驟1202。
自動垂直越區切換等待步驟1604的目的與圖12的等待步驟1202的目的相同，但是使該過程緊密地集中於即將到來的垂直越區切換。在經過了步驟1604的等待時間(例如，0.1秒)之後，該過程前進到步驟1606，其中對接近無線網絡小區邊界的無線網絡接口的接收信號強度進行採樣。該過程然後前進到反向無線網絡警告閾值測試1608。在步驟1608，將採樣的接收信號強度與為該無線網絡接口配置的無線網絡警告閾值S1進行比較。如果採樣的接收信號強度大於無線網絡警告閾值S1，則中止即將到來的垂直越區切換，且該過程返回到圖12的等待步驟1202。否則，該過程前進到等待越區切換超時檢查1610。
在步驟1610，確定自從最後一次執行步驟1602以來經過了多少時間。如果經過了太多時間來等待啟動自動垂直越區切換(例如，5秒)，則中止即將到來的垂直越區切換，且該過程返回返回到圖12的等待步驟1202。否則，該過程前進到最小操作信號強度測試1612。在步驟1612，將採樣的接收信號強度與為該無線網絡接口配置的接收最小操作信號強度S2進行比較。如果接收信號強度跌到最小操作信號強度S2以下，則該過程返回到圖12的步驟1212，其中啟動垂直越區切換。否則，無線網絡接口仍能夠在這一接收信號強度級別提供服務，並且為了儘可能久地保留在高服務質量的無線網絡內(即，WLAN)，該過程返回到自動垂直越區切換等待步驟1604。
此處所述的所有參考，包括出版物、專利申請以及專利，都通過引用結合於此，其意義與每一參考個別且特定地被指明為通過引用結合於此且在此整體陳述的意義是相同的。
描述本發明的上下文中(尤其是所附權利要求書的上下文中)術語「一」、「一個」和「該」和類似對象的使用被解釋為覆蓋單數和複數，除非此處另外指明或與上下文明顯牴觸。術語「由……組成」、「具有」、「包括」和「包含」被解釋為開埠的術語(即，意味著「包括」但不限於)，除非另外註明。此處值範圍的敘述僅旨在用作個別地參考落入該範圍內的每一單獨值的速記方法，並且每一單獨值被結合進本說明書中，如同它在此處單獨敘述一樣。此處所描述的所有方法可以用任何適合的順序來執行，除非在此指明或與上下文明顯牴觸。此處所提供的任何和所有示例或示例性語言(例如，「諸如」)的使用僅旨在更好地闡明本發明，並且不對本發明的範圍施加限制，除非另外要求保護。說明書中沒有一種語言應當被解釋為表示任何未要求保護的元素對於實現本發明是必需的。
此處描述了本發明的較佳實施例，包括發明人已知可用於實現本發明的最佳模式。在閱讀了以上描述之後，本領域的普通技術人員可以清楚那些較佳實施例的變體。發明人期望技術人員能夠在適當時採樣這些變體，並且發明人預期本發明能夠以此處所具體描述的方式之外的方式來實現。因此，本發明包括適用法律所準許的所附權利要求書中所述的主題的所有修改及其等效技術方案。此外，其所有可能變體中上述的元素的任一組合也由本發明包含在內，除非此處另外指明或明顯與上下文牴觸。
權利要求
1.一種計算機實現的方法，包括周期性地獲取在第一類無線網絡的無線網絡接口處接收到的無線網絡信號強度的信號強度樣值；對所接收的信號強度樣值進行離散傅立葉變換；以及如果所接收的信號強度樣值的離散傅立葉變換的基本項的虛部為負，且小於傅立葉域閾值，則確定在所述第一類無線網絡的無線網絡接口處接收到的信號強度正在下降。
2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於，還包括，如果在所述第一類無線網絡的無線網絡接口處接收到的信號強度被確定為正在降低，且所述第一類無線網絡的無線網絡接口處所接收的信號強度的樣值的算術平均值小於一最小操作信號強度閾值，則啟動從所述第一類無線網絡到第二類無線網絡的垂直越區切換。
3.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述第一類無線網絡包括無線區域網。
4.如權利要求3所述的方法，其特徵在於，所述第二類無線網絡包括無線廣域網。
5.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，所述第二類無線網絡包括無線廣域網。
6.如權利要求2所述的方法，其特徵在於，還包括，如果所述第一類無線網絡中計算的無線網絡服務質量度量大於所述第二類無線網絡中所觀察的無線網絡服務質量，則確定從所述第二類無線網絡到所述第一類無線網絡的垂直越區切換是合乎需要的。
7.一種其上具有用於執行權利要求1所述的方法的計算機可執行指令的計算機可讀介質。
8.一種計算機實現的方法，包括周期性地獲取第一類無線網絡的無線網絡接口處接收到的無線網絡信號強度的樣值；當所述樣值指示所接收的信號強度跌至一無線網絡警告閾值之下時，密集地獲取所述第一類無線網絡的無線網絡接口處接收到的無線網絡信號強度的樣值；如果所述密集接收的信號強度樣值的算術平均值低於所述無線網絡警告閾值，則對所述密集接收的信號強度樣值進行離散傅立葉變換；以及如果所述密集接收的信號強度樣值的離散傅立葉變換的基本項的虛部為負，且小於一傅立葉域閾值，則確定所述第一類無線網絡的無線網絡接口處接收到的信號強度正在下降。
9.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，還包括，如果所述第一類無線網絡的無線網絡接口處接收到的信號強度正在下降，則生成一無線網絡警告。
10.如權利要求8所述的方法，其特徵在於，還包括，如果確定所述第一類無線網絡的無線網絡接口處接收到的信號強度正在下降，且周期性採樣指示所述第一類無線網絡的無線網絡接口處接收到的信號強度跌至一最小操作信號強度閾值以下，則確定從所述第一類無線網絡到第二類無線網絡的垂直越區切換是合乎需要的。
11.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述第一類無線網絡包括提供相對較高服務質量的無線區域網。
12.如權利要求11所述的方法，其特徵在於，所述第二類無線網絡包括提供相對較低服務質量的無線廣域網。
13.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，所述第二類無線網絡包括提供相對較低服務質量的無線廣域網。
14.如權利要求10所述的方法，其特徵在於，還包括，如果所述第一類無線網絡中所計算的無線網絡服務質量度量大於所述第二類無線網絡中所觀察的無線網絡服務質量，則確定從所述第二類無線網絡到所述第一類無線網絡的垂直越區切換是合乎需要的。
15.一種其上具有用於執行權利要求8所述的方法的計算機可執行指令的計算機可讀介質。
16.一種計算機實現的方法，包括周期性地獲取第一類無線網絡的無線網絡接口處接收到的無線網絡信號強度的樣值；以及如果在一時間周期內所接收的信號強度樣值的每一個小於當前最小操作信號強度閾值，則降低所述第一類無線網絡的無線網絡接口的最小操作信號強度閾值。
17.如權利要求16所述的方法，其特徵在於，所述最小操作信號強度閾值被降低到所述時間周期內採樣的最大接收信號強度。
18.如權利要求16所述的方法，其特徵在於，還包括將所述第一類無線網絡的無線網絡接口的無線網絡警告閾值設為所述第一類無線網絡的無線網絡接口的新的最小操作信號強度閾值之上的可配置容限。
19.如權利要求18所述的方法，其特徵在於，還包括當所述周期性採樣指示所接收的信號強度跌至所述第一類無線網絡的無線網絡接口的無線網絡警告閾值之下時，對所述第一類無線網絡的無線網絡接口處接收到的無線網絡信號強度進行密集採樣；如果所述密集接收的信號強度樣值的算術平均值低於所述第一類無線網絡的無線網絡接口的無線網絡警告閾值，則對所述密集接收的信號強度樣值進行離散傅立葉變換；以及如果所述密集接收的信號強度樣值的離散傅立葉變換的基本項的虛部為負，且小於傅立葉域閾值，則確定所述第一類無線網絡的無線網絡接口處接收的信號強度正在下降。
20.如權利要求19所述的方法，其特徵在於，還包括，如果確定所述第一類無線網絡的無線網絡接口處接收的信號強度正在下降，且所述周期性採樣指示所述第一類無線網絡的無線網絡接口處接收的信號強度跌至所述第一類無線網絡的無線網絡接口的最小操作信號強度閾值之下，則啟動從所述第一類無線網絡到第二類無線網絡的垂直越區切換。
21.如權利要求20所述的方法，其特徵在於，還包括，如果所述第一類無線網絡中的所計算的無線網絡服務質量度量大於所述第二類無線網絡中所觀察的無線網絡服務質量，則啟動從所述第二類無線網絡到所述第一類無線網絡的垂直越區切換。
22.一種其上具有用於執行權利要求16所述的方法的計算機可執行指令的計算機可讀介質。
全文摘要
一種用於不同類型無線網絡之間的改進的垂直越區切換的系統和方法。使用網絡分配矢量佔用率和分組衝突概率作為服務質量度量，使得垂直越區切換可以被延遲到實際上對服務質量有益之後。用基於傅立葉的技術結合自適應地確定的最小操作信號強度閾值來實現垂直越區切換情形中的改進的無線網絡小區邊界檢測。改進的無線網絡小區邊界檢測使得從高服務質量的網絡的垂直越區切換可以被儘可能長地延遲。垂直越區切換情形中實用的無線網絡服務質量度量和改進的無線網絡小區邊界檢測一起降低了不必要的垂直越區切換的速率，使得在無線網絡類型之間漫遊的移動計算設備能夠經歷更高的總體服務質量。
文檔編號H04J7/00GK1771682SQ200480009353
公開日2006年5月10日 申請日期2004年1月29日 優先權日2003年2月28日
發明者Z·郭, Q·張, R·姚, W·朱 申請人:微軟公司