技术领域

本发明涉及数据通信领域，特别是一种利用通用型WLAN访问点(AP) 构建可延展的、灵活的WLAN网络的方法。

                         背景技术

随着个人通信业务的发展，针对固定用户宽带接入业务的要求，多项 宽带接入技术已被开发。由WAP、GPRS、WLAN等技术带动的无线因特网已 全面启动，而且其增长速度将远远超过当年的有线因特网。现在，人们对 无线因特网带宽需求的进一步提高，宽带固定无线接入技术正日益被人们 所关注。

无线局域网(Wireless LAN，以下简称WLAN)是90年代计算机网络与 无线通信技术相结合的产物，它提供了使用无线多址信道的一种有效方法 来支持计算机之间的通信，并为通信的移动化、个人化和多媒体应用提供 了潜在的手段。随着个人数据通信的发展，功能强大的便携式数据终端以 及多媒体终端的广泛应用，为了实现任何人在任何时间、任何地点均能实 现数据通信的目标，要求传统的计算机网络由有线向无线，由固定向移动， 由单一业务向多媒体发展，更进一步推动了WLAN的发展。

无论是在机场、酒店、学校，还是餐厅、咖啡厅那些用户相对稠密， 且流动性较高的场所，传统的有线网络难以满足移动用户的接入需求。只 有无线局域网技术能够适应这样的应用场所。

鉴于无线局域网(Wireless LAN)如此迅猛的增长势头，IEEE(国际电 子电气工程师协会)制定了全球第一个无线局域网标准IEEE802.11，并又相 继推出了802.11b和802.11a、802.11g三个新标准。这些标准定义了使用 2.4GHz频段及5.8GHz频段的无线局域网设备能够向客户提供11Mbps至 54Mbps的接入速度，802.11系列标准具备了高速、频段和频道多样性、距 离有限且可以控制等技术特性。WLAN产品在为客户提供接入服务时，每一 个无线访问点(AP)必须下接有线网络，这使得布线的工作量及铺设成本 增加，整个无线网络的延展性能不佳。当前，WLAN的“自由”特性给业务 的运营带来了以下问题：

·不同热点分属不同的业务提供商，导致用户在不同热点接入时，要 分别向多家业务提供商申请业务，分别结算；

·频点不受管制，热点建设类似“圈地运动”，一家运营商难以对客 户经常逗留的热点做到全面覆盖；

·不同业务运营商支持的业务属性、接入认证方式也不一样，不同的 热点可能要配置不同的客户端软件。可以说，WLAN市场目前处于一种高度 分割的状态，在迈向成熟市场的过程中，需要解决不同业务提供商之间的 漫游，以及为用户提供服务套餐的能力问题。在这一进程中，城域范围的 无线网状网(Mesh WLAN)机制就应运而生。由于无线网状网(Mesh WLAN) 网本身结构简单灵活，将WLAN的易用性和高速度带给用户，蜂窝型网 络，可靠性高，不需要往每个节点铺设昂贵的专线，多节点相互配合，可 以达到覆盖面积和传输速率倍增的效果。然而，无线网状网本身是非标准 的，一个公司的产品于另一个公司产品之间是不具备互通性的。而且它的 AP与AP之间的无线路由占用系统的带宽资源较大，增加了系统的延时。

                       发明内容

本发明运用通用型的AP组建无线网络可以缓解上述问题，这里所提出 的组网方法是对现有的具有不同传输特性的无线局域网(WLAN)接入点 (Access Point，简称AP)进行有机的组合，以构建大覆盖面积的，可延 展的无线局域网系统，此网络系统能为移动和固定用户提供语音，数据及 流媒体(streaming media)等多项业务的无线接入服务。

通用型AP是指符合IEEE802.11系列协议的无限网络产品，包括AP、 无线网卡等等，本发明的特征是采用通用型无线网络产品构建一个蜂窝小 区，每一个蜂窝小区由一个AP基本组合对构成。多个类似蜂窝的小区结构 实现城域覆盖，蜂窝小区之间的AP组合对类型可以各不相同，按照各自小 区的容量和带宽需求来具体配置。同时，在各个蜂窝小区之间，依靠合理 的频率规划，可以达到信号、带宽的最大稳定度，为了优化网络，基本AP 对之间可以采用集成或外置天线的方式，做到覆盖区域的最大化(盲区最 小化)。

根据国家无线电管理委员会对2.4～2.4835GHz频段及5.725～ 5.825GHz频段的规定，本发明将这两组频段作为组建可延伸WLAN网络的传 输频段。由于在这两个频段传播的信号不会相互干扰，这样使得工作在这 两个频段上的无线访问点(AP)能够在一种网络中同时工作。

例如：本发明可以使用5.8GHz频段作为AP之间的连接使用频段 (5.725-5.825GHz由于输出功率高，适于建筑物之间或室外环境的无线应 用)，而将2.4GHz频段作为与最终客户设备通信频段(作为覆盖客户使用)。

发明详述：

本发明所述的无线访问点的工作于双模方式，(具备两个独立的、工作 于不同频段的收发信模块)，根据不同的接入环境选择双模的工作频段，灵 活选择2.4GHz、5.8GHz频段，例如可以充分利用5.8GHz频段适应室外高 带宽传输的特性，将此频段主要作为骨干传输使用，或者是背靠背中继使 用，继而利用成熟的2.4GHz频段AP配合无线网卡来覆盖最终用户。

除了工作在双模方式的无线访问点以外，本发明还充分利用了全向方 式或定向方式工作的天线，原则上骨干数据传输采用定向天线连接，最终 用户覆盖性质的传输可以采用灵活的定向天线和全向天线交替使用。

对于担负骨干数据传输任务的AP而言(例如以5.8GHz频段作为汇聚 频段、2.4GHz频段作为覆盖频段)，它一方面向下连接有线的以太网交接机 或是路由器接口，同时它用无线电波把数据传向远端的5.8GHzAP，此5.8GHz 的信号被还原成基带信号后，将被2.4GHz载波发送给覆盖区内的无线网卡 用户。每一个双模AP都具备检查所接受数据包是否正确的能力，即只接收 具有正确无线网络地址的数据包，或者根据基于数据包所规定的IP地址， 并根据AP路由表或根据基于该数据包所规定的IP地址并根据远端路由器 路由表的内容将其转发到该远端路由器所属的以太网，如果路由表的内容 与数据包的IP地址不匹配，则丢弃该数据包。

对多个基本组合对构建而成的WLAN子网而言，对无线网络的管理最简 便的方法是利用外接路由器进行管理，这台外接的路由器连在负责骨干中 继用的AP端，它知道所有的远程覆盖用户的AP，就好像骨干网上的一台路 由器的功能一样。用这种方式，当在增加或删除一个覆盖用户的AP时，只 有两个路由表被更新，一个是属于外部路由器的路由表，一个是属于那个 远端覆盖用户的AP所连接的骨干中继用的AP路由表。

另外一种方式是，在各中心骨干中继用的AP的路由表中配置与它连接 的远端覆盖用户的AP的路由，这种方式最好用在远端覆盖用户的AP增减 不频繁的情形之下，或者，整个无线网络的规模比较小，在这种情况下， 只需将骨干中继用的AP端(以太接口)用以太网集线器相连。

本发明的中心思想是：建立有限个数的AP基本组合对，用AP基本组 合对来延伸无线网络。所述方案将WLAN的易用性和高速度带给用户， 可靠性高，不需要往每个节点铺设昂贵的专线，多节点相互配合，可以达 到覆盖面积和传输速率倍增的效果，而且采用的是标准的兼容性高的网络 设备，因此是一种灵活的构建可延展的WLAN网络的方法。

                        附图说明

图1为本发明组网拓扑示意图；图2为AP I全向对用户，加定向上连 双模工作模式图；图3为AP II定向对用户加定向上连的双模图工作模式图； 图4为APIII定向点对点汇聚图工作模式图；图5为基本组合对A AP I-- APIII拓扑示意图；图6为基本组合对B AP II--APIII拓扑示意图；图7为基 本组合对C AP I--AP II拓扑示意图；图8为基本组合对D AP I--AP I拓 扑示意图；图9为基本组合对E AP II--AP II拓扑示意图；图10为用三个 基本组合对B覆盖单个楼宇的WLAN实施例示意图；图11为用三个组合对A 或者三个组合对D覆盖大面积开阔地带的WLAN实施例示意图；图12为组 合集之间自由组合应用实施例示意图；图13为工作在两个不同频段上的AP 的工作原理图，图14为工作在两个不同频段上的AP的工作原理图。

                     具体实施方式

按照上述方案，本发明将通用型AP进行如下分类：

AP I：全向对用户，加定向上连双模(内含工作在不同频段的两套收 发机)AP(如AP I全向对用户，加定向上连双模图案图2示)。

此AP是双模收发信机，内置2.4GHz和5.8GHz收发模块，使用其中一 个频段配以全向天线覆盖最终用户。使用另一个频段配以定向天线上连基 站(通过交换机或者是路由器与有线网络互联的AP)

AP II：定向对用户加定向上连的双模(内含工作在不同频段的两套收 发机)AP(如AP II定向对用户加定向上连的双模图图3示)。

此AP是双模收发信机，内置2.4GHz和5.8GHz收发模块，2.4GHz收发 模块以定向天线覆盖最终用户。5.8GHz收发模块以定向天线上连基站(通 过交换机或者是路由器与有线网络互联的AP) APIII：定向点对点汇聚用，内含单个或者多个与双模AP上连用收发机工作 频段相匹配的收发机，此种AP具备以太网络接口，遵循IEEE802.3协议(如 APIII定向点对点汇聚用图图4示)。

按照前述方案，本发明将通用型AP分成如下基本组合对：

基本组合对A：AP I--APII(如图5AP I--APIII示) API使用一个频段配以全向天线覆盖最终用户，全向天线覆盖范围内的最 终用户通过支持802.11协议的无线网卡就可以享受到网络接入服务。API 的另一个频段配以定向天线向上集联到汇聚用的APIII。此时由API传来的 信号可以接入有线网络，也可以通过APIII的另一个收发信机传送到下一 个无线网络。

基本组合对B：APII--APIII(如图6APII-APIII示)

APII使用一个频段配以的定向天线覆盖某一个指定的区域，指定区域 内的最终用户通过支持802.11协议的无线网卡就可以享受到网络接入服 务，同时，APII的另一个频段配以定向天线连接至汇聚用的APIII，此时 由APII传来的信号可以接入有线网络，也可以通过APIII的另一个收发信 机传送到下一个无线网络。

基本组合对C：AP I--AP II(如图7AP I--AP II示)

API使用一个频段配以的全向天线覆盖最终用户，全向天线覆盖范围内 的最终用户通过支持802.11协议的无线网卡就可以享受到网络接入服务。 API的另一个频段配以定向天线连接到APII，APII收到API发来的信号后， 通过另一个频段将信号转发到下一个无线网络。

基本组合对D：AP I--AP I(如图8AP I--AP I示)

两个API使用一个频段配以的全向天线覆盖最终用户，全向天线覆盖 范围内的最终用户通过支持802.11协议的无线网卡就可以享受到网络接入 服务。两个API使用另一个频段配以定向天线互相连接，使得两个无线网 络之间能够互相通信。

基本组合对E：AP II--AP II(如图9AP II--AP II示)

两个APII使用同一个频段使得彼此之间能够进行通信，同时，两个APII 使用另一个频段连接不同的无线网络。这样一来，两个不同的无线网络可 以通过两个APII的连接建立起无线通信。利用数个不同合基本组合对的组 合可构架针对不同情况的WLAN网络。

各基本组合对之间的通信原理：

当一个AP，AP I(或者是AP II)要将一个或多个数据包发往用于骨干 传输的APIII时，它要先在信道上发出一个“占用请求”信号，因为信道被 分成若干时隙，这些时隙由所有的覆盖用AP(AP I或者是AP II)所共享， 有可能有多个覆盖用AP在同一时隙上发射(碰撞)，其结果是或者覆盖用 AP中的一个得以占用信道发射数据，或者是覆盖用AP都没有成功地入网。 如果覆盖用AP没有收到允许发射数据包的请求应答，它将继续重发信道占 用请求。信道的时隙数目要保证覆盖用AP在出现碰撞时不会长时间地被阻 塞。

当用于骨干传输的APIII收到来自覆盖用AP的占用请求后，将其加入到 一个轮询表中，APIII以循环的方式轮询轮询表中的覆盖用AP的占用请求， 当覆盖用AP收到信道上的用于骨干传输的APIII的轮询请求后，它在信道上 发射一个数据包来应答这个请求。

例如：覆盖单个楼宇的WLAN用三个基本组合对B(如图10示)

假如一幢楼宇的三个侧面的用户需要网络覆盖时，可以使用三个定向 对用户的APII，这三个APII又和具备下接有线网络的APIII相连，使得楼 宇的三个侧面的用户能够通过无线网卡接入到由APIII提供的有线网络中 去。

覆盖大面积开阔地带用三个组合对A或者三个组合对D(如图11示)。 对于不适宜布线的面积较大的开阔地而言，通过若干个APIII与API的连 接，使得在全向天线覆盖下的客户很容易的接入专网或者是因特网。

更多例子：组合集之间可继续自由组合(如图12示)。各个组合对之 间的交叉使用，使得无线组网区域能够无限延伸，甚至通过交换机路由器 等设备，建立城域范围的无线网络。

同频干扰的控制：

以2.4GHz频段为例说明，根据我国无线电频率划分规定及频谱使用情 况，2.4GHz频段(2.4-2.4835GHz)，共划分了13个子信道，每个信道 占有高达22MHz的带宽，并可在2.4GHz频带下同时拥有3个完全独占的子 信道，因此可将相互干扰减至最小，利用这些频段来作为多蜂窝覆盖是最 合适的。在每一个子信道内，依据11位随机码元对各基站用户进行编码分 址。各用户使用正交或接近正交的扩频编码，各用户的源信号能被复合到 同一个无线发射信道中，实现频道复用。

在这13个频道中，仅有三个频道是完全不覆盖的，如果两个接入点的 覆盖范围互相影响，同时他们使用了互相覆盖的频段，这会造成它们在信 号传输时的互相干扰，从而降低了它们各自网络的性能和效率。

充分利用同一WLAN频段上存在多个无重叠信道，及多个最少频带重叠 信道。在相邻区域尽可能安排使用无重叠频道或者最少量的重叠频道。

图13为2.4-2.4835GHz频道分布图。由图13可以得知，无重叠信 道子集为(1，6，11)，(2，7，12)，(3，8，13)，(4，9)，(5，10)

利用方向性天线控制覆盖面积的大小及方向：

组网者可以自主地给每个类型的AP使用定向或者是全向型的天线，为 每个基本组合对构建的无线网络给定覆盖范围。

全向天线的覆盖范围为30°至120°方位。适合为类似开阔地形的区域提 供覆盖。加入带低增益全向天线的AP能够覆盖较近的终端用户。

对于作骨干汇聚和覆盖最终用户的AP而言，使用扇型、碟式的定向天 线通常能增加电波传输距离，达到较远的终端，但是不能调节传播EIRP的 限制。国家对传播EIRP有限制，安装的天线必须交替使用发射功率和增益， 这样在骨干汇聚点使用扇型天线就会减小传输距离，任何时候使用定向天 线都会减小不同无线网络之间的交叉干扰。这是一般的方式，即使这样不 会有电波传输距离上的收益。

基本组合对中发射机传输半径的控制

在实际应用中，上连发射机传输半径应与覆盖用户发射机传输半径适 当匹配，以平衡覆盖面积和盲区面积。

可调整的参数有：

发射功率

接收灵敏度

天线增益

上连及覆盖用户的工作频段

多个由若干组合对构成的WLAN子网，可以用有线以太(Ethernet)交 换机或者路由器(Router)连接实现子网间路由，进一步构成更大的WLAN 网。

以上是对本发明中关于运用通用型WLAN访问点组合方式及工作原理的 介绍。发明此组网办法的意义在于它使得WLAN网成为更自主更灵活的为最 终用户提供多业务的一种有效手段，而非仅仅是作为类似于现在圈地式抢 占客户的一种手段。这样就为建设WLAN网点的运营商开拓了一个巨大的宽 带接入市场，而且由于WLAN网本身具有结构简单灵活，适于新一代网络发 展方向等特点，作为一种新兴的宽带接入技术，将会非常具有竞争力。

虽然对本发明的介绍是以目前技术考虑最为实际的方法出发而作出 的，但是这里需要明确指出的是，所发明的组网方法不应仅仅限于这里所 介绍的功能部分，本发明所作出的声明在最大程度上包含任何不背离本发 明所涉及的设计思想和技术原则的变动和改进。