Данное изобретение в общем случае касается портативных телефонов и, в частности, способа проверки пригодности линии связи между связным устройством и аппаратурой предоставления разрешений в частности.
Беспроводная телефонная система обычно состоит из портативной беспроводной микротелефонной трубки и беспроводной базовой станции, связанной с системой телефонной компании телефонными кабельными линиями. Беспроводная базовая станция имеет присвоенный ей номер кабельной телефонной системы, который позволяет пользователю размещать и принимать вызовы, используя портативную беспроводную микротелефонную трубку, в ограниченном диапазоне беспроводной базовой станции, например в пределах дома. Однако из-за ограниченности диапазона портативная беспроводная микротелефонная трубка обеспечивает пользователю относительно локальную радиотелефонную связь.
Радиотелефонная связь за пределами диапазона беспроводной телефонной системы может также предоставляется пользователю через сотовую телефонную систему. Сотовая телефонная система обычно включает в себя сотовые абонентские устройства (мобильные или портативные) и сотовые базовые станции, связанные с кабельной телефонной системой через одну или несколько сотовых коммуникационных схем. Каждое сотовое абонентское устройство имеет присвоенный ему сотовый телефонный номер, позволяющий пользователю размещать и принимать вызовы в обширном диапазоне сотовых базовых станций, например в крупных городах. Однако стоимость пользования сотовой телефонной службой гораздо выше стоимости беспроводной телефонной службы.
На фигуре показана беспроводная система связи, включающая портативный сотовый беспроводный радиотелефон (РСС), РСС выполнен с возможностью устанавливать связь с обычной сотовой радиотелефонной системой, содержащей множество сотовых базовых станций, микросотовой базовой станцией или беспроводной базовой станцией, которая обеспечивает для пользователя РСС связь частной телефонной линии с телефонной сетью. Беспроводная система связи использует аппаратуру предоставления разрешений и маршрутизации вызовов для передачи информации о маршрутизации вызова на телефонную коммутационную систему. Таким образом, коммутационная система автоматически маршрутизирует телефонные вызовы между сотовой, микросотовой и беспроводной системами. Аппаратура предоставления разрешений и маршрутизации вызовов также предоставляет разрешение беспроводной базовой станции 115 на использование каналов. Однако существуют проблемы как для оператора телефонной сети, так и для пользователя РСС. В частности, оператор телефонной сети должен быть уверен, что пользователь РСС не осуществляет несанкционированный доступ к службе системы, доступ к которой ему не разрешен. Аналогично, пользователь РСС должен быть уверен, что сотовая система, доступ к которой осуществляется, не является несанкционированной системой (то есть системой, созданной оператором, незаконно использующим спектр).
Таким образом, существует необходимость в способе проверки пригодности линии связи между беспроводной базовой станцией и аппаратурой предоставления разрешений и маршрутизации вызовов, чтобы гарантировать, что данному РСС разрешено работать в данной системе связи, а аппаратуре предоставления разрешений и маршрутизации вызовов разрешено распределять спектр данной системы связи.
Фиг. 1 изображает блок-схему рабочей конфигурации для портативного радиотелефона, в которой доступ к нескольким системам, включая сотовую и беспроводную систему, может осуществляться одним и тем же портативным радиотелефоном;
фиг. 2 - блок-схему аппаратуры предоставления разрешений и маршрутизации вызовов (ACRE);
фиг. 3 - схематическую карту, изображающую типичное расположение зон действия беспроводной, сотовой и микросотовой систем;
фиг. 4 - блок-схему беспроводной базовой станции, в которой может бать реализовано данное изобретение;
фиг. 5 - блок-схему портативного радиотелефона, в котором может быть реализовано данное изобретение;
фиг. 6 - временную диаграмму процесса сканирования системы, который может быть реализован в портативном радиотелефоне, изображенном на фиг. 5;
фиг. 7 - временную диаграмму последовательности регистрационного сообщения;
фиг. 8 - последовательность операций, которую может использовать беспроводная базовая станция, изображенная на фиг. 4, для определения, какой канал использовать для связи с радиотелефоном, изображенным на фиг. 5;
фиг. 9 - последовательность операций, которую может выполнять беспроводная базовая станция, изображенная на фиг. 4, в комбинации с последовательностью операций, показанной на фиг. 10, для определения, какой из каналов отвечает минимальным критериям канала;
фиг. 10 - последовательность операций, которую может выполнять беспроводная базовая станция, изображенная на фиг. 4, в комбинации с последовательностью операций, показанной на фиг. 9, чтобы определить, какой из каналов отвечает минимальным критериям канала;
фиг. 11 - последовательность операций, которую может выполнять беспроводная базовая станция, изображенная на фиг. 4, для определения, какой канал имеет оптимальное качество;
фиг. 12 - упрощенный график сотового спектра;
фиг. 13 - последовательность операций, которую может выполнять беспроводная базовая станция, изображенная на фиг. 4, после инициализации;
фиг. 14 - последовательность операций, которую может выполнять беспроводная базовая станция, изображенная на фиг. 4, после инициализации;
фиг. 15 - общая блок-схема процесса аутентификации беспроводной базовой станции и ACRE;
фиг. 16 - последовательность операций процесса аутентификации беспроводной базовой станции;
фиг. 17 - последовательность операций процесса выработки результата аутентификации беспроводной базовой станции, показанного этапами 626 и 631 на фиг. 16;
фиг. 18 - последовательность операций процесса аутентификации ACRE;
фиг. 19 - последовательность операций процесса выработки результата аутентификации ACRE, показанного этапами 666 и 667 на фиг. 18;
фиг. 20 - последовательность операций процесса обновления ключа сопряжения с кабельной системой (WIKEY);
фиг. 21 - протокол передачи сигналов между беспроводной базовой станцией и ACRE.
Предложенный способ используется для подтверждения права на использование линии связи в коммуникационной системе. В частности, данным способом подтверждается право на использование линии связи между беспроводной базовой станцией и аппаратурой предоставления разрешений и маршрутизации вызовов посредством аутентификации беспроводной базовой станции для связи с аппаратурой предоставления разрешений и аутентификации аппаратуры предоставления разрешений для связи с беспроводной базовой станцией. В предпочтительном варианте этап аутентификации беспроводной базовой станции базируется на первом произвольном числе, выработанном в аппаратуре предоставления разрешений, а этап аутентификации аппаратуры предоставления разрешений базируется на втором произвольном числе, выработанном в беспроводной базовой станции. Линия связи между беспроводной базовой станцией и аппаратурой предоставления разрешений выделяется в том случае, если аутентифицированы и беспроводная базовая станция и аппаратура предоставления разрешений.
Обобщенная блок-схема применения данного изобретения изображена на фиг 1. Портативный сотовый беспроводной радиотелефон (РСС) 101 выполнен с возможностью установления связи с традиционной сотовой радиотелефонной системой 103, содержащей множество сотовых базовых станций 105, 107, расположенных в различных географических районах, но обеспечивающей зону действия радиотелефона в обширном географическом регионе. Сотовые базовые станции связаны со станцией управления 109, которая обеспечивает координацию множества сотовых базовых станций, включая переброс между абонентским сотовым мобильным и портативным оборудованием, и обеспечивает коммутацию вызовов и связь с телефонной сетью общего пользования (ниже именуемой TELCO) 111.
РCС 101 также имеет возможность устанавливать связь с микросотовой базовой станцией 113, которая представляет собой сотовую дополнительную ячейку, имеющую меньшую мощность и ограниченные возможности, но обеспечивающую общественную радиотелефонную службу для отдельных зон, таких как торговые комплексы, аэропорты, и т. д. Микросотовая базовая станция 13 подсоединена к кабельной телефонной системе TELCO 111, так что вызовы могут размещаться в TELCO.
РСС 101 также имеет возможность устанавливать связь и размещать радиотелефонные вызовы через беспроводную базовую станцию 115, которая обеспечивает частную телефонную линию связи с TELCO 111 для пользователя РСС 101. Беспроводная система связи использует аппаратуру предоставления разрешений и маршрутизации вызовов (ACRE) 117 для передачи информации о маршрутизации вызова на телефонную коммутационную систему. Таким образом, коммутационная система автоматически маршрутизирует телефонные вызовы между сотовой, микросотовой и беспроводной системами. ACRE 117 также предоставляет разрешение беспроводной базовой станции 115 на использование каналов. ACRE 117 может являться частью TELCO 111 или может быть автономным устройством. Как уже указывалось, беспроводная базовая станция 115 вместе с РСС 101 обеспечивают радиослужбу в ограниченном диапазоне, известную как беспроводная телефонная служба. Такая служба получила широкое распространение, причем ею обычно используется несколько радиочастотных каналов в диапазонах ОВЧ (очень высокой частоты) и УВЧ (ультравысокой частоты).
Рассматриваемая радиотелефонная служба призвана обеспечить пользователя радиотелефона связью в любой точке США по минимальной цене. Ожидается также, что радиотелефонная служба должна обеспечиваться портативным устройством, по возможности компактным и недорогим. РСС 101 имеет особую конфигурацию, отвечающую данным требованиям. Кроме того, беспроводная базовая станция 115 выполнена с возможностью обеспечения телефонной связи с домашней телефонной линией абонента, когда РСС 101 пользователя находится в пределах радиочастотного диапазона беспроводной базовой станции 115.
На фиг. 2 изображена блок-схема ACRE 117. ACRE 117 подсоединена к TELCO 111 через устройство сопряжения 202. Устройство сопряжения 202 контролирует и форматирует сообщения между TELCO 111 и процессором 204. Процессор 204 в совокупности с управлявшим программируемым ЗУ 206 является мозгом ACRE 117 и исполняет функции предоставления разрешений и аутентификации, а также обеспечивает информацию о маршрутизации вызовов. Абонентская база данных 208 содержит данные, необходимые процессору 204 для выполнения задач, перечисленных выше. ACRE 117 может быть отдельной от TELCO 111, как показано на фиг. 2, или может быть частью TELCO 111, обычно частью коммутационного оборудования. Если ACRE 117 является частью TELCO 111, тогда ACRE 117 может обойтись без устройства сопряжения 202. Кроме того, функции ACRE могут выполнять имеющейся на TELCO аппаратурой. И наконец, согласно некоторым аспектам данного изобретения ACRE может выполнять только функции аутентификации и может считаться аутентификационным устройством. Хотя в последующем описании используется термин ACRE, следует понимать, что он может также означать аппаратуру предоставления разрешения в зависимости от способа реализации.
На фиг. 3 изображено типовое расположение зон действия беспроводной, микросотовой и сотовой систем. Зона действия беспроводной системы является наименьшей и находится внутри микросотовой системы. Микросотовая система имеет промежуточную зону действия и располагается в сотовой системе. Зона действия каждой системы может зависеть от числа базовых станций в каждой системе, но не ограничена им, от высоты антенны каждой базовой станции и уровня мощности, используемого каждой системой. Пользователь портативного радиотелефона может перемещаться между разными зонами действия. Портативный радиотелефон может переключаться с одной системы на другую в зависимости от его местонахождения, наличия системы и выбора пользователя, а также от других аспектов.
Зоны действия систем не ограничены конкретным расположением, изображенным на фиг. 3. Одна зона действия может быть независимой от другой или может частично перекрывать одну или несколько других зон действия.
Беспроводная базовая станция 115, по существу, является субминиатюрной сотовой системой, обеспечивающей один канал передачи сигналов, который передает исходящие блоки данных аналогично обычному сотовому каналу передачи исходящих сигналов и принимает запросы на обслуживание от удаленного устройства, такого как РСС 101. Правильным запросам на обслуживание выделяется канал тональной частоты (через управляющий канал) на той же или второй радиочастоте, на который РСС 101 получил команду настроиться для своего телефонного вызова.
На фиг. 4 изображен основной способ использования беспроводной базовой станции. Обычный передатчик 301 и обычный приемник 303, предназначенные для использования в диапазоне частот 869-894 МГц в 824-849 МГц соответственно, используемые для обычного сотового обслуживания, подсоединены к обычной антенне 305 через антенный переключатель 307. Выходная мощность передатчика 301 ограничена приблизительно 6 мВт, так что помехи для других служб и других беспроводных станций сведены к минимуму. Выбор частоты канала осуществляется синтезатором частот 309, управляемым логическим устройством 311. В логическом устройстве 311 имеется микропроцессор 313, например, модели 68НС11, выпускаемой фирмой Моторола, или аналогичный микропроцессор, подсоединенный к серийным запоминающим устройствам 315, в которых хранятся операционная программа микропроцессора, идентификация базы (BID) и сведения о потребителе, а также другие характеристики. Принимаемые и передаваемые данные кодируются/декодируются и передаются между приемником 303, передатчиком 301 и микропроцессором 313 аппаратным средством сопряжения передачи сигналов 317. Команды микропроцессора передаются и выполняются управляющим аппаратным средством 319. Сопряжение с домашней кабельной телефонной линией абонента обычно осуществляется через устройство сопряжения 321 TELCO. Питание поступает из обычной сети переменного тока и имеет резервные батареи (все вместе показано как питание 323).
РСС 101 представляет собой портативный радиотелефонный приемопередатчик, блок-схема которого изображена на фиг. 5. Портативный радиоприемник 401, способный принимать частоты в диапазоне 869-894 МГц, и портативный передатчик 403, способный вести передачу на малой мощности (приблизительно 6 мВт в предпочтительном варианте) на частотах 824-849 МГц, подсоединены к антенне 405 РСС 101 через антенный переключатель 407. Микропроцессор 409 определяет, какой конкретный радиочастотный канал может использоваться передатчиком 403 и приемником 401, и передает эту информацию на синтезатор частот 411 через устройство сопряжения 413. Сигналы данных, принимаемые приемником 401, декодируются и передаются на микропроцессор 409 схемой сопряжения 413, и сигналы данных, подлежащие передаче передатчиком 403, вырабатываются микропроцессором 409 и формируются устройством сопряжения 413 перед их передачей передатчиком 403. Рабочий режим передатчика 403 и приемника 401 включается или выключается устройством сопряжения 413. Устройство сопряжения также управляет светоизлучающими диодами 415 и 417, которые используются для информирования пользователя, какую систему принимает в текущий момент РСС 101. Регулировкой звука абонента, выхода микрофона и входа громкоговорителя управляет схема обработки звука 419.
В предпочтительном варианте выполнения микропроцессором 409 является микропроцессор модели 68НС11, выпускаемый фирмой Моторола, и он выполняет необходимые функции обработки под управлением программ, хранящихся в обычном ПЗУ 421. Отличительные признаки РСС 101 хранятся в ЭППЗУ 423 (а также могут храниться в микропроцессоре, в бортовом ЭППЗУ) и включают присвоенный номер (NAM), необходимый для работы в обычной сотовой системе, и идентификацию базы (BID), необходимую для работы с персональной беспроводной базовой станцией абонента.
Передатчик 403 РCС 101 обладает способностью передавать полный диапазон выходной мощности, который требуется для работы в обычной сотовой системе. Данный диапазон выходной мощности состоит из шести установок значений выходной мощности, от высокого уровня выходной мощности приблизительно 6000 мВт до низкого уровня выходной мощности 6 мВт. Данные шесть установок выходной мощности включаются, когда РСС 101 работает в режиме сотовой системы.
Согласно предпочтительному варианту выполнения предлагаемого изобретения один и тот же РСС 101 совместим как с беспроводной, так и с сотовой телефонной системой 103. Это достигается за счет обеспечения возможности РСС 101 работать в беспроводной и в сотовой телефонной системе 103, используя только частоты сотовой телефонной связи.
Конструкция данного радиотелефона обладает преимуществами, удовлетворяющими потребности абонента. РСС 101 в совокупности с беспроводной базовой станцией 115 может автоматически направлять через ACRE 117 входящий вызов телефонной системе, в которой размещен данный РСС 101, не причиняя неудобства пользователю. TELCO 14 в совокупности c ACRE 117 может автоматически направлять входящий вызов на РСС 101, не причиняя неудобства пользователю.
Приоритет, предоставляемый РСС 101, заключается в том, что беспроводная базовая станция 115 является первым желательным маршрутом для вызова телефона абонента, а обычная сотовая (или микросотовая) система выбирается во вторую очередь, при этом процесс реализации данного приоритета изображен на фиг. 6. На фиг. 6 показано, как приемник 401 РСС принимает каналы передачи исходящих сигналов или группу каналов передачи сигналов, передаваемых от сотовой системы, беспроводной системы и микросотовой системы во временном масштабе. Эта схема помогает понять отличительный признак данного изобретения, заключавшийся в приоритетном сканировании.
Приемник 401 РСС может контролировать (431) поток исходящих сообщений, передаваемый из канала передачи сигналов сотовой системы (который был выбран из множества каналов сотовой передачи сигналов традиционным способом). В соответствующее время приемник 401 РСС получает команду от своего микропроцессора 409 настроиться на частоту или одну из частот, используемых беспроводной базовой станцией 115 как канал передачи сигналов. Приемник 401 РСС сканирует (433) канал или каналы передачи исходящих сигналов беспроводной базовой станции в течение временя t2. Если качество принимаемого потока сигнальных данных не удовлетворительное, приемник 401 РСС возвращается к ранее выбранному каналу передачи сигналов сотовой системы 103. Он остается настроенным на канал передачи сигналов 435 в течение времени t1, пока не предпримет другую попытку сканирования канала передачи сигналов одной из альтернативных систем. Соотношение t1 и t2 таково, что сотовое сообщение о поисковом вызове (т.е. радиотелефонном вызове или другом переданном требовании), повторяющееся традиционно с паузами 5 сек, не будет пропущено, так как приемник 401 РСС сканировал альтернативную систему во время обоих периодов передачи сотового сообщения о поисковом вызове. Время t1 должно быть больше суммы паузы между двумя поисковыми вызовами и типичным временем передачи двух поисковых вызовов. Время t2 должно быть меньше времени между двумя поисковыми вызовами. Если длительность паузы 5 сек, а типичное время передачи поискового вызова 185,2 мсек, t1 должно быть больше 5,3704 сек, a t2 должно быть меньше 5 сек. После контролирования канала передачи сигналов сотовой системы в течение времени t1 приемник 401 РCС может получить команду настроиться на канал или последовательно на каналы передачи сигналов микросотовой системы, как показано позицией 437. Если подходящий канал передачи сигналов в микросотовой системе не обнаружен во время сканирования каналов передачи сигналов на заданных частотах, приемник 401 РСС перенастраивается на канал передачи сигналов сотовой системы, как показано позицией 439.
Если сканирование каналов передачи сигналов (441) беспроводной базовой станции 115 приводит к обнаружению потока передачи сигналов данных, отвечающего определению требованиям, приемник 401 РСС продолжает контролировать данный канал передачи сигналов беспроводной базовой системы. Приемник 401 РСС остается на этом канале передачи сигналов беспроводной базовой станции без повторного сканирования другой системы до тех пор, пока РСС 101 не сможет принимать сигнал, передаваемый беспроводной базовой станцией непрерывно в течение 5 сек.
Эффект данного процесса приоритета состоит в предоставлении приоритета беспроводной базовой станции 115 на РСС 101. После обнаружения канала передачи сигналов беспроводной базовой станции 115 РСС 101 остается настроенный на данный канал. Таким образом, когда РСС 101 первоначально настраивается на сотовую систему, он будет автоматически переключаться на беспроводную базовую станцию, когда к ней будет возможен доступ. Как только приемник 401 РСС найдет канал передачи сигналов базовой станции, он остается настроенным на этот канал. При первой настройке приемопередатчика РСС его первое сканирование каналов передачи сигналов является восстановлением канала или каналов беспроводной базовой станции 115. Конечно пользователь может блокировать иерархию автоматического приоритетного сканирования, введя код блокировки в РСС 101. Таким образом, пользователь может вызвать сканирование каналов передачи сигналов только сотовой системы, только беспроводной системы, только микросотовой системы или комбинации этих систем. Пользователь также может инициировать вызов с единичным обходом на систему по своему выбору.
Когда контролируется определенный канал передачи сигналов какой-либо системы, пользователю приемопередатчика РСС предоставляется визуальная индикация. В предпочтительном варианте выполнения индикатором служит набор светоизлучащих диодов (LED) 415, 417, один из которых светится особым образом, показывая, на какую систему настроен приемопередатчик РСС. Могут использоваться другие альтернативные индикаторы для передачи той же самой информации. Например, идентификатор системы может появляться на цифровом дисплее РСС 101, или же может использоваться пульсирующий символ (имеющий разные скорости импульсов). Тем не менее, данная индикация позволяет пользователю определить, в какой системе он находится, и решить, желает ли он закончить радиотелефонный вызов в данной системе.
Чтобы установить связь PCC 101 с беспроводной базовой станцией 115, необходимо получить разрешение на использование конкретного канала. Разрешение необходимо, так как Федеральная комиссия связи (далее ФКС) требует, чтобы фирмы, распределяющие сотовые спектры, осуществляли контроль за своими передатчиками. Беспроводная базовая станция 115 запрограммирована на периодическое обновление своих разрешений. С этой целью персональная базовая станция 115 инициирует телефонный вызов к ACRE 117. ACRE 117 отвечает сообщением о соединении 501 (см. фиг. 7), содержащем первое произвольное число, которое будет использоваться в процессе аутентификации. Беспроводная базовая станция 115 отвечает сообщением об аутентификации 504. Сообщение об аутентификации 504 содержит идентификацию беспроводной базовой станции, первый результат аутентификации, рассчитанный с использованием данного первого произвольного числа, и второе произвольное число. ACRE 117 отвечает сообщением о предоставлении разрешения и аутентификации 506, содержащим второй результат аутентификации, рассчитанный с использованием второго произвольного числа, и информацию, описывающую, на каких каналах беспроводная базовая станция 115 может устанавливать связь с PCC 101. Беспроводная базовая станция 115 отвечает сообщением о регистрации 507, содержащим мобильный идентификационный номер PCC 101. Сообщение о регистрации 507 передается только в том случае, когда PCC 101 находится в диапазоне беспроводной базовой станции 115. Сообщение о регистрации 507 информирует ACRE 117 о том, чтобы вызовы к PCC 101 направлялись на беспроводную базовую станцию 115. ACRE 117 отвечает передачей сообщения о подтверждении регистрации 508 на беспроводную базовую станцию 115, в котором беспроводная базовая станция 115 информируется о приеме сообщения о регистрации 507. Затем беспроводная базовая станция 115 отвечает сообщением о разъединении 509, свидетельствующим об успешном завершении последовательности сообщения о предоставлении разрешения.
На фиг. 8 беспроводная базовая станция 115 определяет, какой из разрешенных каналов использовать для связи с PCC 101. В блоке 510 сообщение о предоставлении разрешения 506 принято беспроводной базовой станцией 115. Затем беспроводная базовая станция 115 выбирает группу санкционированных каналов из информации, содержащейся в сообщении о предоставлении разрешения 506, как показано блоком 512. После этого беспроводная базовая станция 115 устанавливает связь только на тех каналах, которые разрешено использовать и которые отвечают критериям канала, как показано блоком 514. Процесс определения, удовлетворяет ли канал критериям качества, описан со ссылкой на фиг. 9-11.
Тестирование критериев качества канала, показанное блоком 514, может производиться несколькими способами. Например, могут быть установлены минимальные критерии канала, и только канал, отвечающий этим минимальным критериям, будет использоваться для связи. Такой способ реализации более детально проиллюстрирован на фиг. 9 и 10. Другой способ определения критериев качества канала состоит в установлении связи только по каналу, имеющему оптимальное качество. Этот способ изображен на фиг. 11.
На фиг. 9 и 10 показан один из способов реализации процесса определения, соответствует ли канал минимальным критериям канала. Процесс начинается с блока 520. В блоке 522 измеряется мощность помехи. Эта мощность сигнала помехи сравнивается с пороговым значением или максимальной силой сигнала в блоке 524. Если мощность сигнала превышает максимум, то таймер, связанный с данным каналом, запускается или устанавливается в исходное состояние (блок 526) и выбирается следующий канал в блоке 528. Если максимальная сила сигнала не была превышена в блоке 524, в блоке 528 выбирается следующий канал. При этом в блоке 522 начинается обработка для следующего канала. С помощью данного процесса можно определить, сколько времени прошло с тех пор, как был превышен максимальный уровень помехи для каждого канала.
Согласно способу, проиллюстрированному на фиг. 10, данная информация используется для определения, какие каналы отвечают критериям качества каналов, как того требует блок 514 на фиг. 8. Алгоритм начинается с блока 530. Затем определяется, превышают ли показания таймера канала время блока или равны ему (блок 532). В случае положительного ответа данный отвечает критериям качества канала в блоке 534 и предоставляется для связи между беспроводной базовой станцией 115 и РСС 101. В случае отрицательного ответа канал блокируется (блок 536) и не предоставляется для связи между беспроводной базовой станцией 115 и РСС 101. Процесс начинается для следующего канала в блоке 538.
Для специалистов в данной области представляется очевидным, что можно внести множество изменений в данный способ, не выходя за рамки объема изобретения. Такие модификации могут включать измерение коэффициента ошибок в битах (BER) для канала в блоке 522 на фиг. 9, и определение, не превышает ли она максимально допустимый BER. Можно измерять и другие параметры, например уровень принимаемого сигнала, или их комбинацию. Также можно установить на нуль время блока в блоке 532 на фиг. 10, чтобы канал только незамедлительно соответствовал тесту блока 524 на фиг. 9.
На фиг. 11 показан алгоритм выбора лучшего канала, начинающийся с блока 540. Затем в блоке 542 измеряется качество канала и сохраняется для всех каналов. Этой мерой может быть уровень помехи, BER или сила принятого сигнала, либо некая их комбинация. В блоке 544 выбирается канал с оптимальным качеством. Выбранный канал будет оптимальным каналом и каналом, по которому беспроводная базовая станция 115 будет устанавливать связь с РСС 101. Затем процесс повторяется, начиная с блока 542.
Беспроводная базовая станция 115 может выбирать между алгоритмом минимальных критериев качества канала, изображенным на фиг. 9 и 10, и алгоритмом выбора лучшего канала, изображенным на фиг. 11, на основании информации, содержащейся в сообщении о предоставлении разрешения и аутентификации 506. В одном варианте реализации предпочтителен алгоритм минимальных критериев качества канала, когда санкционированные каналы используются и другими службами, кроме беспроводной, в то время как алгоритм выбора лучшего канала предпочтителен, когда санкционированные каналы используются только для беспроводной службы.
Одним из существенных признаков беспроводной базовой станции 115 является то, что она выполнена с возможностью работать на трех каналах, которые не используются совместно с сотовой системой связи. Это отражено на фиг. 12, где показана полоса частот 560 или сотовый диапазон, который предоставляется ФКС службе, выделенный ВКС для сотовой системы. ФКС также определяет каналы 562 (сотовые каналы) в диапазоне, в котором может происходить сотовая связь. Эта группа каналов оставляет некоторую часть диапазона частот 560 не присвоенной какому-либо каналу. Беспроводная базовая станция 115 использует эту не присвоенную частоту 564 для определения трех не используемых совместно каналов, - двух на нижнем конце спектра и одного на верхнем конце спектра, по которым беспроводная базовая станция 115 может устанавливать связь с РСС 101. Эти три канала могут использоваться беспроводной базовой станцией 115, когда ни один из каналов не отвечает минимальным критериям канала, как показано на фиг. 9 и 10. Эти каналы можно также использовать, если ни на один из каналов не было представлено разрешение, как на фиг. 8.
Проблема может возникнуть после первоначального включения питания беспроводной базовой станции 115, использующей алгоритм минимальных критериев канала, при котором канал должен отвечать критериям в течение установленного периода времени до предоставления его для использования. Проблема возникает после первоначального включения питания или любой инициализации, когда группа санкционированных каналов внезапно меняется. В этом случае невозможно установить, превысил ли канал минимальные критерии канала либо как долго он превышал минимальные критерии канала. Следовательно, при включении питания следует полагать, что либо все каналы удовлетворяют критериям, требуемым в блоке 514 на фиг. 8, либо ни один из каналов не отвечает критериям, требуемым в блоке 514, в течение установленного периода времени. Эти два предположения изображены на фиг. 13 и 14. На фиг. 13 включение питания происходит в блоке 570. Затем таймеры всех каналов устанавливаются в исходное положение в блоке 572. После этого принимается сообщение о предоставлении разрешения в блоке 574, которое соответствует блоку 510 на фиг. 8. Поскольку таймеры устанавливаются в исходное состояние, ни один из каналов не превышает время блока в блоке 532 на фиг. 10 в течение по меньшей мере периода, равного времени блока. Таким образом, на фиг. 13 предполагается, что ни один из каналов не отвечает критериям канала после включения питания.
На фиг. 14 показано первоначальное включение питания беспроводной базовой станции 115 в блоке 576. Первоначальное включение питания может быть заменено любой инициализацией, как было описано ранее со ссылкой на фиг. 13. Затем базовая станция 115 принимает сообщение о предоставлении разрешения в блоке 578. После этого все таймеры каналов устанавливаются на время блока в блоке 580. Следовательно, предполагается, что каналы после включения питания беспроводной базовой станции отвечают критериям канала в течение требуемого времени, как показано в блоке 532 на фиг. 10.
На фиг. 15 изображен процесс аутентификации беспроводной базовой станции 115 и ACRE 117. Процесс аутентификации начинается с операции 602. Согласно предложенному способу, ACRE аутентифицирует беспроводную базовую станцию для работы в системе связи на этапе 603 после инициации вызова, и беспроводная базовая станция отдельно аутентифицирует ACRE для работы в системе связи на этапе 604. На первом этапе 605 начинается процесс аутентификации беспроводной базовой станции. Если беспроводная базовая станция не аутентифицирована на этапе 606, процесс аутентификации заканчивается на этапе 606. Если беспроводная базовая станция аутентифицирована на этапе 606, на этапе 610 начинается процесс аутентификации ACRE. Если ACRE не аутентифицирована на этапе 612, процесс аутентификации заканчивается на этапе 614. Однако если ACRE аутентифицирована, линия связи включается на этапе 614. На этапе 615 может быть факультативно обновлен ключ сопряжения с кабельной линией (WIKEY), который используется в процессе аутентификации как для беспроводной базовой станции, так и для ACRE. Использование WIKEY в процессе аутентификации для беспроводной базовой станции и ACRE будет более детально описано со ссылкой на фиг. 16-20.
Хотя процесс аутентификации на фиг. 15 показывает, что за процессом аутентификации беспроводной базовой станции следует процесс аутентификации ACRE, следует понимать, что эти процессы могут происходить в обратном порядке или одновременно. Например, как показано на фиг. 7, процессы аутентификации происходят одновременно, при этом сообщение об аутентификации 504 на фиг. 7 может включать в себя результат аутентификации беспроводной базовой станции, полученный на этапе 606, а также запрос на аутентификацию ACRE на этапе 610.
На фиг. 16 показан процесс аутентификации беспроводной базовой станции. На этапе 622 ACRE передает запрос на аутентификацию беспроводной базовой станции на беспроводную базовую станцию. Запрос на аутентификацию беспроводной базовой станции может быть включен в сообщение о соединении 502 общего протокола передачи сигналов, показанного на фиг. 7. Беспроводная базовая станция принимает запрос на аутентификацию на этапе 624. На этапе 626 беспроводная базовая станция вырабатывает результат аутентификации беспроводной базовой станции. На этапе 628 беспроводная базовая станция передает ответ об аутентификации, содержащий результат для беспроводной базовой станции, на ACRE. Ответ о аутентификацией принимается на ACRE на этапе 630. Ответ об аутентификации может быть включен в сообщение об аутентификации 504 (на фиг. 7) и предпочтительно содержит информацию о беспроводной базовой станции, такую как идентификацию беспроводной базовой станции, особым образом ассоциированную с данной базовой станцией. Однако для специалиста в данной области представляется очевидным, что идентификация беспроводной базовой станции может быть уже предусмотрена в ACRE или может быть передана как отдельное сообщение в другое время. На этапе 631 ACRE независимо вырабатывает результат идентификации беспроводной базовой станции. Процесс выработки результата аутентификации беспроводной базовой станции на этапах 626 и 631 подробно описан со ссылкой на фиг. 17.
На этапе 633 ACRE определяет, соответствует ли результат аутентификации, выработанный беспроводной базовой станцией, результату аутентификации беспроводной базовой станции, выработанному ACRE. Если указанные результаты аутентификации равны, на этапе 634 подтверждается, что беспроводная базовая станция имеет право на использование линии связи. Однако, если результаты аутентификации не равны, на этапе 636 определяется, что беспроводная базовая станция не имеет права на использование линии связи. Процесс аутентификации беспроводной базовой станции заканчивается на этапе 638.
На фиг. 17 детально показан предпочтительный процесс выработки результата аутентификации беспроводной базовой станции (показанный в общем случае этапами 626 и 631 на фиг. 16). Для выработки результата аутентификации необходимы входные данные 640, включающие в себя RANDACRE 642 (произвольное число, выработанное ACRE), идентификацию беспроводной базовой станции (CBSID) 644, телефонный номер ACRE 646 и ключ сопряжения с кабельной линией (WIKEY) 648. Предпочтительно в процедуре сигнатуры разрешения 650 использовались входные данные 640 для выработки результата 652 аутентификации беспроводной базовой станции. Для данной процедуры сигнатуры разрешения могут быть использованы различные алгоритмы, если только данный алгоритм затрудняет определение WIKEY 648 на основании набора значений RANDACRE 642, CBSID 644, телефонного номера ACRE 646 и результата аутентификации беспроводной базовой станции 652. Это возможно, поскольку WIKEY, имеющий предпочтительно длину 64 бита, имеет значительно большее число возможных комбинаций, чем результат аутентификации беспроводной базовой станции, который предпочтительно имеет длину 18 бит. Иными словами, существует большое число значений WIKEY которые будут давать один и тот же результат аутентификации беспроводной базовой станции на основании набора значений RANDACRE, CBSID и телефонного номера ACRE.
Описанная выше характеристика процедуры сигнатуры разрешения является актуальной, поскольку специалист, владеющий информацией WIKEY 648, CBSID 644, ассоциированным с данным WIKEY, по процедуре сигнатуры разрешения 650, может создать несанкционированное устройство. Поскольку процедура сигнатуры разрешения 650 может быть раскрыта несанкционированным пользователем и неудобно менять этот алгоритм в беспроводных базовых станциях, которые уже были распространены, WIKEY 648 является основным средством защиты. Следовательно, конфиденциальность данного числа должна быть защищена алгоритмом.
На фиг. 18 показан процесс аутентификации ACRE. На этапе 662 беспроводная базовая станция передает запрос на аутентификацию ACRE на ACRE. Запрос на аутентификацию ACRE может быть включен, например, в сообщение об аутентификации 504, изображенное на фиг. 7, или может быть передан как отдельное сообщение. Запрос на аутентификацию принимается ACRE на этане 664. На этапе 666 беспроводная базовая станция и на этапе 667 ACRE независимо вырабатывают результат аутентификацию ACRE. Выработка результата аутентификации ACRE будет подробно описана со ссылкой на фиг. 19. На этапе 668 ACRE передает ответ с аутентификацией, содержащий результат аутентификации ACRE, выработанный ACRE. Ответ с аутентификацией может быть включен в сообщение о предоставлении разрешения и аутентификации 596, изображенное на фиг. 8. Ответ с аутентификацией принимается беспроводной базовой станцией на этапе 669. На этапе 670 беспроводная базовая станция определяет, равен ли выработанный ACRE результат аутентификации ACRE результату аутентификации ACRE, выработанному беспроводной базовой станцией. Если эти результаты аутентификации равны, на этапе 672 подтверждается правомочность ACRE. Однако, если результаты аутентификации ACRE не совпадают, на этапе 674 определяется, что ACRE не имеет права использовать линию связи. Процесс аутентификации ACRE завершается на этапе 676.
На фиг. 19 показано, как в процедуре сигнатуры разрешения 692 используются входные данные 680 для выработки результата аутентификации ACRE 694. Указанные входные данные включают в себя произвольное число RANDCBS 682, CBSID 684, телефонный номер ACRE 686 и WIKEY 690. Процедура сигнатуры разрешения 692 выполняется аналогично процедуре сигнатуры разрешения 650, изображенной на фиг. 17, и имеет такие же характеристики.
В процедуре выработки WIKEY 708, показанной на фиг. 20, используются входные данные 696 для выработки нового WIKEY 710. Входные данные для этого алгоритма включают в себя произвольное число RADWlKEY 698, резерв 702, CBSID 704 и WIKEY 706. Процедура выработки WIKEY 708 выполняется аналогично процедуре сигнатуры разрешения 650 (показанной на фиг. 17) и имеет те же характеристики для выработки нового WIKEY. Хотя необходимо, чтобы эти алгоритмы имели одинаковые характеристики с процедурой сигнатуры разрешения 650, они не обязательно должны совпадать.
Процедура выработки WIKEY 708 единственная в своем роде, поскольку в ней используется первоначальное значение WIKEY 706 в комбинации с произвольным числом RANDWIKEY 698 для выработки нового значения WIKEY 710. Если некое лицо получает значение WIKEY, ACRE сможет выработать новый WIKEY при следующем телефонном вызове. Поскольку указанному лицу не удастся подучить RANDWIKEY 698 во время этого вызова, будет чрезвычайно затруднительно определить новое значение WIKEY на основании первоначального значения WIKEY. Это дает большое преимущество, делая бесполезным первоначальное значение WIKEY для целей создания несанкционированной беспроводной базовой станции.
На фиг. 21 показан предпочтительный протокол передачи сигналов для связи между беспроводной базовой станцией и ACRE. Для простоты сигналы будут описаны со ссылкой на сообщения, показанные в общем протоколе передачи сигналов, изображенном на фиг. 7. Однако перед описанием некоторых конкретных сообщений, подлежащих передаче, будет описан общий протокол прямой передачи сигналов от ACRE к беспроводной базовой станции и протокол обратной передачи сигналов от беспроводной базовой станции к ACRE. В частности, на фиг. 21-1 показан формат прямой передачи сигналов. Сигнал от ACRE к беспроводной базовой станции включает предупредительное (barker) поле 720, поле типа прямого сообщения 722, после длины сообщения 724, поле данных 726 и поле циклического избыточного кода (CRC) 728. Поскольку поля 720, 722, 724 и 728 включены во все сигналы, передаваемые от ACRE к базовой станции, только после данных 726 будет описано в ссылке на конкретные сообщения, передаваемые от ACRE к беспроводной базовой станции. На фиг. 21-2 показан в целом формат обратной передачи сигналов. В частности, сигналы, передаваемые от беспроводной базовой станции на ACRE, включают поле типа обратного сообщения 780, поле длины сообщения 732, поле данных 784 и поле CRC 736. Поскольку все сообщения, передаваемые от беспроводной базовой станции на ACRE, включают поля 730, 732 и 736, только поле данных 734 будет описано в ссылке на конкретные сигналы от беспроводной базовой станции к ACRE.
После описания общего формата передачи сигналов в прямом и обратном направлении будут описаны поля данных конкретных сигналов. На фиг. 21-3 изображено поле данных предпочтительного сообщения о соединении 502, передаваемого от ACRE к беспроводной базовой станции. Предпочтительное сообщение о соединении содержит поле версии протокола 738, в котором указана версия протокола спецификации сопряжения с кабельной линией, которая поддерживается данной ACRE и которая будет использоваться беспроводной базовой станцией для определения уровня поддержки, обеспечиваемого ACRE. Сообщение о соединении предпочтительно включает в себя поле сообщения о местонахождении 740, которое определяет, должна ли беспроводная базовая станция указывать свое местонахождение передачей факультативного параметра, содержащего факультативный параметр телефонного номера беспроводной базовой станции в сообщении об аутентификации данной беспроводной базовой станции (описанном ниже со ссылкой на фиг. 21-6 и 21-7). Сообщение о соединении также включает резервное поле 742 для будущих битов передачи сигналов. И наконец, сообщение о соединении 744 содержит RANDACRE, представляющий собой 33-битное произвольное число, выработанное ACRE (описанное выше со ссылкой на фиг. 17), используемое для выработки результата аутентификации беспроводной базовой станции, описанной ранее.
На фиг. 21-4 изображено поле данных для сообщения об аутентификации 504, показанного на фиг. 7. В частности, сообщение об аутентификации содержит поле идентификации беспроводной базовой станции 746, которое особым образом идентифицирует беспроводную базовую станцию, подключенную к системе связи. Сообщение об аутентификации также имеет резервное поле 748 для будущих битов передачи сигналов. Поле 750 содержит произвольный сигнал беспроводной базовой станции (RANDCBS), выработанный данной беспроводной базовой станцией. Поле RANDCBS используется для выработки результата аутентификации ACRE, как было описано выше для фиг. 19. Поле 752 включает в себя результат аутентификации беспроводной базовой станции, выработанный на этапе 652, изображенном на фиг. 17. Поле 754 является полем счета разрешения. Счет разрешения предпочтительно содержит счетчик с модулем 64, используемый для подсчета числа последовательных разрешений. И наконец, поле 756 предназначено для факультативных параметров. Один из примеров факультативных параметров показан на фиг. 21-5, который включает поле 758 для типа параметра, поле 764 длины параметра и поле 762 для передачи номера телефона беспроводной базовой станции.
На фиг. 21-6 показано поле данных для сообщения об аутентификации и предоставлении разрешения (изображенное как сообщение 506 на фиг. 7). В частности, сообщение о предоставлении разрешения и аутентификации содержит поле результата аутентификации ACRE 764, выработанное на этапе 694, показанном на фиг. 19. Этот результат аутентификации ACRE сравнивается с результатом аутентификации ACRE, выработанным беспроводной базовой станцией, для определения, санкционирована ли работа данной ACRE в данной системе связи. Имеется также поле разрешения на использование, показывающее, разрешено ли данной беспроводной базовой станции использовать спектр, например выделенный сотовый спектр. Имеется также поле использования спектра 768, показывающее, используется ли спектр, выделенный в поле распределения каналов 778, данной сотовой системой. Если данный спектр используется данной сотовой системой, беспроводная базовая станция не будет использовать канал в случае обнаружения активности на нем. Если этот спектр не используется сотовой системой, беспроводная базовая станция будет использовать тот канал, который дает минимальный уровень помех.
В сообщении о предоставлении разрешения и аутентификации также имеется поле инициации разрешения 772. Поле инициации предоставления разрешения показывает, когда следует инициировать предоставление следующего разрешения. В сообщение о предоставлении разрешения и аутентификации включено и резервное поле 774, за которым следует поле номера начального канала 776. Поле первоначального канала содержит начальный номер канала 10 кГц для сетки распределения каналов. Сетка распределения каналов 778 показывает каналы с частотой 10 кГц, которые разрешено использовать. Каждый бит этой сетки соответствует определенному номеру канала с частотой 10 кГц. Левый бит сетки предпочтительно соответствует каналу с частотой 10 кГц, определенному номером первоначального канала. Правый бит сетки соответствует каналу с частотой 10 кГц, расположенному на 63 канала выше канала с частотой 10 кГц, указанного в поле номера первоначального канала 776.
Сообщение о предоставлении разрешения и аутентификации также содержит некоторое число полей данных, касающихся уровней сигнала. В частности, поле максимального уровня принимаемого беспроводной базовой станцией сигнала 780 показывается максимальный уровень принимаемого сигнала, который разрешено использовать на канале. Если уровень сигнала на канале превышает заданное значение, данный канал не используется беспроводной базовой станцией. Аналогичным образом, поле максимального уровня принимаемого сигнала PCC 782 показывает максимальный уровень мощности сигнала для принимаемых PCC частот. Поле времени блока 784 показывает непрерывное время, в течение которого уровень сигнала канала должен быть меньше или равен максимальному уровню сигнала до использования беспроводной базовой станцией. Максимальный уровень передачи беспроводной базовой станции 786 показывает максимальный уровень мощности, на котором может вести передачу данная беспроводная базовая станция. Аналогично, поле 778 показывает максимальный уровень мощности передачи PCC, допустимый в системе. И наконец, в поле данных для сообщения о предоставлении разрешения и аутентификации включен факультативный параметр 790.
На фиг. 21-7 представлен первый пример факультативного сообщения. Поле данных включает поле типа параметра 792, поле длины параметра 794 и телефонный номер ACRE 796. На фиг. 21-8 показан второй факультативный параметр, который может быть передан. Поле данных для этого факультативного параметра содержит поле типа параметра 798, поле длины параметра 800 и поле RANDWIKEY 802. RANDWIKEY используется для выработки нового WIKEY, как показано на фиг. 20.
На фиг. 21-9 показано сообщение регистрации (сообщение 507 на фиг. 7). Сообщение о регистрации включает в себя поле типа регистрации 804, мобильный идентификационный номер (MIN) 806, электронный номер (ESN) 808 и факультативные параметры 810. На фиг. 21-10 представлен пример факультативного параметра, который может использоваться для маршрутизации множества вызовов к телефонным номерам. В частности, это факультативное поле будет включать в себя поле параметра 812, поле длины параметра 814, поле типа регистрации 816, поле MIN 818 и ESN 820.
Сообщение о подтверждении регистрации 508, изображенное на фиг. 7, может передаваться от ACRE на беспроводную базовую станцию в формате прямой передачи сигналов, показанном на фиг. 21-1, без поля данных. И наконец, на фиг. 21-11 показано сообщение о разъединении 509 (фиг. 7). Предпочтительно, чтобы сообщение о разъединении включало причину разъединения 822.
Несмотря на то, что на фиг. 21 показаны некоторые предпочтительные сигналы, которые могут передаваться между ACRE и беспроводной базовой станцией, и некоторые предпочтительные поля, которые могут быть включены в эти сигналы, фиг. 21 не исчерпывает перечень сигналов, которые можно передавать, или поля, которые можно использовать. Также может изменяться длина в битах разных полей в зависимости от выбора оператора системы.
Предложенный способ удовлетворяет необходимость в подтверждении права на использование линии связи между беспроводной базовой станцией и аппаратурой предоставления разрешений и маршрутизации вызовов, чтобы гарантировать, что данному PCC разрешено работать в данной системе связи (т.е. гарантировать, что пользователь данного PCC не осуществляет несанкционированный доступ к службе системы) и что ACRE разрешено распределять спектр данной системы связи (т.е. что ACRE не создана несанкционированным оператором, нелегально использующим спектр). В частности, данным способом подтверждается право на использование линии связи между беспроводной базовой станцией и аппаратурой предоставления разрешений и маршрутизации вызовов посредством аутентификации беспроводной базовой станции для установления связи с данной аппаратурой выдачи разрешения и аутентификации аппаратуры представления разрешений для установления связи с данной беспроводной базовой станцией. Предпочтительно, этап аутентификации беспроводной базовой станции базируется на первом произвольной числе, выработанном в аппаратуре предоставления разрешений, а этап аутентификации аппаратуры предоставления разрешения базируется на втором произвольном числе, выработанном в беспроводной базовой станции. Линия связи между беспроводной базовой станцией и аппаратурой предоставления разрешений предоставляется в том случае, если были аутентифицированы и беспроводная базовая станция и аппаратура предоставления разрешений.
Предложенный способ используется для проверки пригодности линии связи в коммуникационной системе. В частности, данным способом подтверждается право на использование линии связи между беспроводной базовой станцией и аппаратурой представления разрешений и маршрутизации вызовов посредством аутентификации беспроводной базовой станции для связи с аппаратурой предоставления разрешений и аутентификации аппаратуры предоставления разрешения для связи с беспроводной базовой станцией, в чем и заключается технический результат. В предпочтительном варианте этап аутентификации беспроводной базовой станции базируется на первом произвольном числе, выработанном в аппаратуре предоставления разрешений, а этап аутентификации аппаратуры предоставления разрешения базируется на втором произвольном числе, выработанном в беспроводной базовой станции. Линия связи между беспроводной базовой станцией и аппаратурой предоставления разрешений предоставляется в том случае, если аутентифицированы и беспроводная базовая станция и аппаратура предоставления разрешений. 3 c. и 5 з.п.ф-лы, 21 ил.
| US 5239294 A, 24.08.93 | |||
| US 4799061 A, 17.01.89.US 5150412 A, 22.09.92 | |||
| Способ локальной радиотелефонной связи и система для его осуществления | 1991 |
|
SU1831767A3 |
