СПОСОБ, ПРОМЕЖУТОЧНАЯ СТАНЦИЯ И ЦЕНТРАЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО УПРАВЛЕНИЯ ДЛЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ С КОММУТАЦИЕЙ ПАКЕТОВ В САМООРГАНИЗУЮЩЕЙСЯ СЕТИ РАДИОСВЯЗИ Российский патент 2009 года по МПК H04L12/28 

Изобретение относится к способу передачи данных в самоорганизующейся сети радиосвязи согласно родовому понятию пункта 1, промежуточной станции согласно пункту 8, а также к центральному устройству управления по пункту 9.

Известно, что станции локальной сети (LAN), как правило, связаны друг с другом посредством кабеля. Однако подобные сети во все возрастающей мере заменяются или, по меньшей мере, дополняются сетями радиосвязи, которые функционируют, например, согласно стандарту WLAN (IEEE 802.11).

Подобные сети радиосвязи в принципе могут разделяться по типу применяемого способа множественного доступа на децентрализованные сети, например сеть, использующую Функцию распределенной координации (DCF) согласно IEEE 802.11, и централизованные сети, например сети, сформированные согласно стандартам Hiperlan/2 или Bluetooth.

В централизованной сети в области обеспечения связи (кластере) предусмотрено центральное устройство управления (центральный контроллер), которое регулирует доступ станций, находящихся в области обеспечения связи, к ресурсам (среде передачи). Например, как показано на фиг. 1, передача данных со стороны станции в кластере осуществляется только после того, как станция посредством центрального контроллера будет проинформирована о ресурсах, которые должны использоваться, причем согласно стандарту Hiperlan/2 это осуществляется таким образом, что все станции, которым желательно осуществлять передачу, сначала посылают так называемый запрос о ресурсах (RR) центральному контроллеру, который для разрешения передачи данных в пределах определенного согласно радиоинтерфейсу кадра передачи передает сообщение предоставления ресурса (RG) на соответствующую станцию. Собственные передачи данных указываются центральным контроллером также с помощью соответствующего сообщения RG в том же кадре МАС (управления доступом к среде). Сообщения RG содержат согласно стандарту Hiperlan/2 контрольную информацию для передачи данных. Для обоих случаев это, по существу, идентификация передатчиков и приемников, идентификация соединения, число и тип транспортных каналов, момент времени начала передачи, а также тип схемы кодирования и модуляции, подлежащей применению на физическом уровне. Сообщения предоставления ресурса (RG) посылаются центральным контроллером в начале МАС-кадров посредством так называемого «канала кадров» (FCH).

Из публикации J.Habetha, M.Nadler, Concept of a wireless centralised multihop ad hoc network, “Proc. European Wireless, Dresden, Sept. 2000” известно, что централизованная сеть стандарта Hiperlan/2 состоит из множества кластеров, каждый из которых соответственно содержит центральный контроллер. Это расширение сети от одного кластера ко множеству кластеров, так же определяемое, как многокластерная сеть, выполняется таким образом, что центральные контроллеры независимо друг от друга управляют доступом к среде передачи, что достигается за счет коэффициента повторного использования, большего, чем 1, причем термином «коэффициент повторного использования» обозначается расстояние между областями обеспечения радиосвязи, в которых используемые ресурсы, то есть, в общем случае, предоставленные в распоряжение частоты, повторяются.

В варианте вышеописанной системы центральным устройствам управления кластеров, вместо различных частот, также могут выделяться в качестве распределяемых ресурсов неперекрывающиеся периодические временные интервалы на одной единственной частоте.

При этом является предпочтительным разделить ширину полосы передачи на возможно меньшее количество ресурсов, что может быть реализовано за счет максимально возможных расстояний между центральными контроллерами. Для этого предпочтительным образом на основе указанного расстояния для обмена данными между каждыми двумя соседними областями обеспечения радиосвязи необходимы промежуточные станции (пересылающие узлы), которые находятся в зоне перекрытия областей обеспечения связи и поэтому могут соотноситься с двумя кластерами.

Недостатком в описанных выше сетях является то, что для передачи данных между двумя удаленными кластерами используется множество промежуточных станций, а также центральных контроллеров, и на это затрачиваются их ресурсы, к тому же вследствие способа распределения ресурсов для участвующих промежуточных станций имеет место задержка, как можно видеть из потока данных, представленного на фиг. 1.

Лежащая в основе изобретения задача заключается в том, чтобы создать способ, который обеспечивает возможность эффективного обмена данными в самоорганизующейся многокластерной сети.

Эта задача, исходя из способа передачи данных в самоорганизующейся сети радиосвязи, согласно родовому понятию пункта 1 формулы изобретения решается его отличительными признаками, промежуточной станцией с признаками пункта 8 формулы изобретения и центральным устройством управления с признаками пункта 9.

В соответствующем изобретению способе передачи данных с коммутацией пакетов в самоорганизующейся сети радиосвязи с, по меньшей мере, одной первой и одной второй областью обеспечения радиосвязи, а также с, по меньшей мере, одним мобильным коммуникационным устройством на каждую область обеспечения радиосвязи, причем в первой области обеспечения радиосвязи - первое устройство, и во второй области обеспечения радиосвязи - второе устройство для центрального управления предоставлением каналов передачи, относящихся к соответствующей области обеспечения радиосвязи, и мобильное коммуникационное устройство как в первой, так и во второй области обеспечения радиосвязи приводятся в действие как промежуточная станция для маршрутизации данных, исходящих из первой области обеспечения радиосвязи, во вторую область обеспечения радиосвязи, маршрутизация осуществляется таким образом, что посредством первого центрального устройства управления предоставленные в распоряжение первой области обеспечения радиосвязи каналы передачи управляются как для передачи данных между первым центральным устройством управления и промежуточной станцией, так и для передачи данных между промежуточной станцией и вторым центральным устройством управления.

За счет соответствующего изобретению способа это приводит к тому, что задержка передачи пакетов данных, вызываемая маршрутизацией, минимизируется. Наряду с другими действиями соответствующего изобретению способа, промежуточные станции допускают более простое управление. К тому же, в противоположность способу, известному из предшествующего уровня техники, пакет, передаваемый в удаленную область обеспечения радиосвязи, должен, соответственно, только однократно обрабатываться планировщиком пакетов центрального устройства управления. Так как первое центральное устройство управления управляет распределением ресурсов как для (частичной) передачи пакета данных к промежуточной станции, так и для (частичной) передачи к следующему в пределах достижимости устройству управления, то число запросов и ответов для выделения ресурсов сокращается, так что имеющиеся ресурсы используются более эффективным образом. Также реализуется дополнительная концентрация функций в центральном устройстве управления, вследствие чего коммуникационные оконечные устройства, используемые в качестве промежуточных станций, освобождаются от дополнительных затрат и должны обеспечивать меньше комплексных функций.

Предпочтительным образом дополнительно добавленная контрольная информация передается по отдельному каналу передачи, в частности по каналу FCH, если гарантировано, что второе управляющее устройство может принимать канал FCH первого управляющего устройства. Тем самым отпадает необходимость в добавлении содержания к маршрутизируемым данным. К тому же для участия в передаче привлекается существенно меньше промежуточных станций, так как контрольная информация может декодироваться непосредственно принимающим центральным устройством управления. Подобные каналы управления могут иметь более надежное кодирование в отношении ошибок передачи, например, в соответствии с двухуровневой фазовой манипуляцией (BPSK), так что передаваемая по этим каналам управления контрольная информация может приниматься на большей дальности действия. В этом случае, в принципе, и полезные данные могли бы также надежным образом непосредственно, без промежуточной станции, передаваться от первого ко второму устройству управления. При применении промежуточной станции может, однако, обеспечиваться по отношению к занимаемым сетевым ресурсам более эффективная передача, если за счет подразделения на две передачи на обоих участках может применяться более высококачественное кодирование и модуляция, чем при прямой передаче.

Альтернативным образом промежуточная станция добавляет к маршрутизируемым данным контрольную информацию для второго центрального устройства управления в случае, если канал FCH со стороны второго устройства управления не может приниматься. Это имеет преимущество особенно тогда, когда второе центральное устройство управления не находится на дальности действия первого центрального устройства управления. В этом случае контрольная информация, добавленная к данным, может маршрутизироваться промежуточной станцией и декодироваться вторым центральным устройством управления. Тем самым второе устройство управления получает дополнительную информацию о данных, маршрутизируемых промежуточной станцией, позволяющую ей декодировать данные и осуществлять безошибочный прием.

Этот способ действия, состоящий в добавлении контрольной информации к каналам полезных данных, также может использоваться с дополнительным расширением. Например, возможен вариант осуществления, при котором, если вследствие увеличения расстояния между первым центральным устройством управления и вторым центральным устройством управления или из-за других воздействий прием канала FCH ухудшается, то первое центральное устройство управления указывает промежуточной станции на необходимость маршрутизации сообщения RG по каналу полезных данных или в случае улучшения условий приема вновь отменяет это указание.

Предпочтительным образом контрольная информация сообщения RG, описывающего передачу (за исключением момента времени передачи), добавляется к маршрутизируемым данным. Тем самым определяется приемник маршрутизируемых данных. Кроме того, включаются, например, указания относительно кодирования данных, которые обеспечивают согласованное декодирование.

Передача данных может, например, не завершаться в области обеспечения радиосвязи второго центрального устройства управления, а эта область обеспечения радиосвязи может представлять собой только звено в цепи соединения областей обеспечения радиосвязи, ведущей к приемнику данных. В таком случае соответствующий изобретению способ действий соответственно повторяется, так что реализуется каскадное взаимодействие вплоть до места назначения передаваемых данных.

Посредством соответствующей изобретению промежуточной станции обеспечиваются средства для осуществления вышеописанного способа, так что обеспечивается возможность реализации способа для построения усовершенствованной коммуникационной системы.

Посредством соответствующего изобретению центрального устройства управления обеспечиваются средства для осуществления вышеописанного способа, так что обеспечивается возможность реализации способа для построения усовершенствованной коммуникационной системы.

Другие преимущества и признаки изобретения поясняются далее со ссылками на чертежи, на которых представлено следующее:

Фиг. 1 - поток данных согласно уровню техники,

Фиг. 2А - центральные устройства управления ССх и ССу находятся в пределах взаимной дальности действия (случай А),

Фиг. 2B - центральные устройства управления ССх и ССу находятся за пределами взаимной дальности действия (случай В),

Фиг. 3А - зависимость действия формируемого заявленным способом процесса передачи сигналов для конфигурации, представленной на фиг. 2а,

Фиг. 3B - зависимость действия формируемого заявленным способом процесса передачи сигналов для конфигурации, представленной на фиг. 2b.

На фиг. 1 представлен поток данных при управлении доступом к среде передачи в том виде, как он реализуется согласно уровню техники. Можно видеть, что для маршрутизации данных DATA посылается последовательность пакетов данных RR, RG для распределения ресурсов. Это вызывает задержку маршрутизации данных DATA и к тому же занимает ресурсы на передачу полезных данных.

На фиг. 2А показана модель возможной архитектуры беспроводной коммуникационной системы в том виде, как она применяется для сетей, известных из уровня техники, и используется в способе, соответствующем изобретению. Показано первое центральное устройство управления ССХ, промежуточная станция FNX, а также второе центральное устройство управления CCY. Кроме того, можно видеть первую область обеспечения радиосвязи, которая обслуживается первым центральным устройством управления ССХ, в также вторую область обеспечения радиосвязи, которая обслуживается вторым центральным устройством управления CCY, причем для первой и второй центральных областей обеспечения радиосвязи создается дальность действия, на которой может производиться обмен полезными данными с мобильными оконечными устройствами, которые могут быть реализованы, в том числе с использованием определенного типа модуляции или кодирования, например 16QAM (квадратурной амплитудной модуляции).

Кроме того, можно видеть третью область обеспечения радиосвязи, а также четвертую область обеспечения радиосвязи, для которых создается увеличенная дальность действия, по сравнению с дальностями действия первой области обеспечения радиосвязи и второй области обеспечения радиосвязи, за счет типа модуляции, применяемого для передачи данных управления, например BPSK.

В показанном варианте осуществления можно видеть, что центральные устройства управления ССХ, CCY относительно передачи данных управления находятся соответственно на дальности действия соответствующего другого устройства управления. Предусмотренный для передачи данных управления канал BPSK, обозначенный согласно рассматриваемому примеру выполнения как FCH, может в соответствии с изобретением использоваться таким образом, что контрольная информация, например адрес приемника и формат маршрутизируемых данных, непосредственно передаются от первого центрального устройства управления ССХ ко второму центральному устройству управления CCY, а также в обратном направлении. От второго центрального устройства управления CCY может затем инициироваться последующая маршрутизация к (не показанному на чертеже) третьему центральному устройству управления. За счет такого последовательного друг за другом включения (каскадирования) этапов маршрутизации, соответствующего заявленному способу, могут перекрываться даже очень большие расстояния. Так как контрольная информация передается непосредственно на участвующие в передаче устройства управления, соответствующие принимающие участие промежуточные станции могут эксплуатироваться без существенных изменений согласно заявленному способу, и, в основном, центр тяжести согласований, требуемых в рамках реализации способа, приходится на центральные устройства управления.

Альтернативная конфигурация представлена на фиг. 2B. Представленная конфигурация содержит элементы, уже известные из рассмотренной выше конфигурации и обозначенные поэтому теми же ссылочными позициями. Можно видеть, что первое центральное устройство управления ССХ, а также второе центральное устройство управления CCY уже не могут осуществлять связь друг с другом по каналам передачи данных управления. Только промежуточная станция FNX находится, как и прежде, в пределах дальности действия для передачи данных по каналам передачи полезных данных как в направлении первого центрального устройства управления ССХ, так и в направлении второго центрального устройства управления ССХ.

Для описываемой конфигурации предпочтительно, если в соответствии с изобретением контрольная информация RG2 (см. фиг. 2) добавляется к маршрутизируемым данным (показано как случай В на фиг. 2), так что она может декодироваться и оцениваться посредством второго центрального устройства управления CCY, чтобы иметь возможность передавать маршрутизируемые данные в желательное место назначения.

В показанной конфигурации второе центральное устройство управления CCY должно иметь возможность в любой момент времени вне выделенных второму центральному устройству управления CCY временных ресурсов обнаруживать передачу в рамках маршрутизации. Это реализуется посредством специального формата шины. При этом следует обратить внимание на то, что второе центральное устройство управления CCY может принимать данные, маршрутизируемые первым центральным устройством управления ССХ и/или промежуточной станцией FNX, на основе разделения во временной области между областями обеспечения радиосвязи.

Существенный предпочтительный эффект соответствующего изобретению способа иллюстрируется с помощью фиг. 3, где представлен поток данных управления доступом к среде передачи, создаваемый в соответствии с изобретением.

Можно видеть, что маршрутизируемые данные DATA передаются от первого центрального устройства управления ССХ к промежуточной станции FNX и оттуда без задержки ко второму центральному устройству управления CCY. Это обеспечивается за счет того, что по сравнению с вышеописанным известным из уровня техники потоком данных на основе соответствующего изобретению способа отпадает необходимость в пересылаемых в общем случае со сдвигом во времени относительно данных DATA запросов выделения ресурсов.

Это также имеет то преимущество, что имеющиеся ресурсы не расходуются на передачу подобных сообщений.

Также представлено использование ресурсов при маршрутизации согласно заявленному способу. Можно видеть, что маршрутизируемые данные DATA во временном ресурсе области обеспечения радиосвязи, предоставленном первым центральным устройством управления ССХ, доставляются ко второму центральному устройству управления CCY.

Наряду с уже описанными преимуществами за счет этого можно избежать помещения пакетов в очередь ожидания передачи. К тому же промежуточные станции освобождаются от функций IP-маршрутизатора, что ведет к дальнейшему снижению сложности промежуточных станций.

Изобретение относится к способу передачи данных с коммутацией пакетов в самоорганизующейся сети радиосвязи. Технический результат состоит в эффективном обмене данными. Для этого в способе передачи данных с коммутацией пакетов в самоорганизующейся сети радиосвязи с, по меньшей мере, одной первой и одной второй областью обеспечения радиосвязи, а также с, по меньшей мере, одним мобильным коммуникационным устройством на каждую область обеспечения радиосвязи, причем в первой области обеспечения радиосвязи - первое устройство, а во второй области обеспечения радиосвязи - второе устройство для центрального управления предоставлением каналов передачи, относящихся к соответствующей области обеспечения радиосвязи, и мобильное коммуникационное устройство как в первой, так и во второй области обеспечения радиосвязи приводятся в действие как промежуточная станция для маршрутизации данных, исходящих из первой области обеспечения радиосвязи во вторую область обеспечения радиосвязи, при этом маршрутизация осуществляется таким образом, что каналы передачи, предоставленные в распоряжение посредством первого центрального устройства управления первой области обеспечения радиосвязи, управляются как для передачи данных между первым центральным устройством управления и промежуточной станцией, так и для передачи данных между промежуточной станцией и вторым центральным устройством управления. Кроме того, изобретение относится к промежуточной станции и центральному устройству управления для осуществления способа. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ передачи данных с коммутацией пакетов в самоорганизующейся сети радиосвязи с, по меньшей мере, одной первой и одной второй областью обеспечения радиосвязи, а также с, по меньшей мере, одним мобильным коммуникационным устройством на каждую область обеспечения радиосвязи, причем в первой области обеспечения радиосвязи первое центральное устройство управления и во второй области обеспечения радиосвязи второе центральное устройство управления приводят в действие для центрального управления предоставлением каналов передачи, относящихся к соответствующей области обеспечения радиосвязи, и мобильное коммуникационное устройство, находящееся как в первой, так и во второй области обеспечения радиосвязи, приводят в действие как промежуточную станцию для маршрутизации данных, исходящих из первой области обеспечения радиосвязи во вторую область обеспечения радиосвязи, отличающийся тем, что маршрутизацию осуществляют таким образом, что каналами передачи, предоставленными в распоряжение посредством первого центрального устройства управления первой области обеспечения радиосвязи, управляют как для передачи данных с коммутацией пакетов между первым центральным устройством управления и промежуточной станцией, так и для передачи данных с коммутацией пакетов между промежуточной станцией и вторым центральным устройством управления.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что первое центральное устройство управления дополнительно передает добавленную контрольную информацию по отдельному каналу передачи, в частности, по каналу FCH.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что если канал FCH со стороны второго центрального устройства управления не может приниматься, то промежуточная станция добавляет к маршрутизируемым данным контрольную информацию для второго центрального устройства управления.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что к контрольной информации добавляют, по меньшей мере, адрес второго центрального устройства управления и/или формат маршрутизируемых данных.

5. Способ по любому из пп.2-4, отличающийся тем, что контрольная информация оценивается промежуточной станцией.

6. Способ по любому из пп.2-4, отличающийся тем, что контрольная информация оценивается вторым центральным устройством управления.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что сеть радиосвязи эксплуатируют с централизованным управлением доступом к среде передачи согласно стандартам IEEE802.11, IEEE802.16, Hiperlan/2 или производным от них стандартам.

8. Промежуточная станция для осуществления способа передачи данных с коммутацией пакетов в самоорганизующейся сети радиосвязи с, по меньшей мере, одной первой и одной второй областью обеспечения радиосвязи, а также с, по меньшей мере, одним мобильным коммуникационным устройством на каждую область обеспечения радиосвязи, при котором в первой области обеспечения радиосвязи первое центральное устройство управления и во второй области обеспечения радиосвязи второе центральное устройство управления приводятся в действие для центрального управления предоставлением каналов передачи, относящихся к соответствующей области обеспечения радиосвязи, и мобильное коммуникационное устройство, находящееся как в первой, так и во второй области обеспечения радиосвязи, приводится в действие в качестве промежуточной станции для маршрутизации данных, исходящих из первой области обеспечения радиосвязи во вторую область обеспечения радиосвязи, отличающееся тем, что содержит средство, выполненное таким образом, что каналы передачи, предоставленные в распоряжение посредством первого центрального устройства управления первой области обеспечения радиосвязи, управляются как для передачи данных с коммутацией пакетов между первым центральным устройством управления и промежуточной станцией, так и для передачи данных с коммутацией пакетов между промежуточной станцией и вторым центральным устройством управления.

9. Центральное устройство управления для осуществления способа передачи данных с коммутацией пакетов в самоорганизующейся сети радиосвязи с, по меньшей мере, одной первой и одной второй областью обеспечения радиосвязи, а также с, по меньшей мере, одним мобильным коммуникационным устройством на каждую область обеспечения радиосвязи, при котором в каждой области обеспечения радиосвязи соответствующее центральное устройство управления приводится в действие для центрального управления предоставлением каналов передачи, относящихся к соответствующей области обеспечения радиосвязи, и мобильное коммуникационное устройство, находящееся как в первой, так и во второй области обеспечения радиосвязи, приводится в действие в качестве промежуточной станции для маршрутизации данных, исходящих из первой области обеспечения радиосвязи во вторую область обеспечения радиосвязи, отличающееся тем, что содержит средство, выполненное таким образом, что каналы передачи, предоставленные в распоряжение посредством центрального устройства управления первой области обеспечения радиосвязи, управляются как для передачи данных с коммутацией пакетов между центральным устройством управления первой области обеспечения радиосвязи и промежуточной станцией, так и для передачи данных с коммутацией пакетов между промежуточной станцией и центральным устройством управления второй области обеспечения радиосвязи.