ДЕЦЕНТРАЛИЗОВАННАЯ ИНФОРМАЦИОННО-ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННАЯ СЕТЬ С ИДЕНТИФИКАЦИЕЙ ЭЛЕМЕНТОВ ПО ИХ МЕСТОПОЛОЖЕНИЮ, КОММУТИРУЕМЫЙ КАНАЛ СВЯЗИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ РАБОТЫ ТАКОЙ СЕТИ Российский патент 2011 года по МПК H04W40/20 H04W8/26 H04W84/18 

Предшествующий уровень техники настоящего изобретения

Телекоммуникационные технологии интенсивно применяются для предоставления персональных услуг связи, включая такие сервисы, как SMS, MMS, голосовая сотовая связь и доступ в Интернет. Предоставление услуг связи производится с использованием персональных мобильных устройств (далее - МУ или устройство), мобильность которых обеспечивается за счет приема и передачи информации в широковещательном диапазоне электромагнитных волн. Наиболее распространенными мобильными устройствами связи являются сотовые телефоны и компьютеры с возможностью беспроводного соединения, и также к ним следует причислять точки доступа беспроводной сети.

Современные системы связи являются централизованными. Например, так устроена городская телефонная сеть, где коммутация абонентов происходит на АТС. Схема организации мобильных систем связи включает базовые станции, которые получают и передают сигналы на МУ, и коммутационный центр, обеспечивающий передачу информации между базовыми станциями (сотами). Такая организация сетей требует обслуживания централизованного оборудования, которое осуществляется операторами связи или провайдерами услуг доступа к Интернет.

В настоящее время сохраняется тенденция к снижению стоимости МУ, следствием чего является увеличение количества их пользователей. Сотовые телефоны есть практически у всего населения больших городов, поэтому плотность МУ, т.е. их количество на единицу площади города, сравнима с высокой плотностью заселенности мегаполисов.

В основе изобретения лежит широко известный способ организации связи посредством одноранговых сетей. Одноранговые сети являются децентрализованными, то есть они могут формироваться без базовых станций, серверов и проч. Такие сети известны в области телекоммуникаций как пиринговые сети, от английского термина peer - равноправный.

Пиринговые сети предлагались в различных вариантах для организации мобильной связи. Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является разработка компании TerraNet. Согласно технологии TerraNet каждая мобильная трубка может сама становиться узлом сети, расширяя, таким образом, зону покрытия всей системы.

Необходимо отметить, что способ передачи радиовещательного сигнала от одного мобильного устройства к другому уже внедрен. Для этого в современных устройствах применяются технологии BlueTooth, коммуникация по инфракрасному порту, беспроводные сети WiFi и WiMAX. Однако коммутация мобильных устройств происходит в составе централизованной сети, в которой идентификатор устройству присваивается центральным сервером. Примером такого сервера является DHCP-сервер в сети Интернет.

В силу равноправия всех элементов пиринговой сети существует возможность возникновения конфликта, когда два устройства назначили себе одинаковый идентификатор. Тогда передача цифровых данных от одного устройства к другому невозможна, также невозможно различить абонентов, устройства которых имеют одинаковый номер. В международной патентной публикации WO 2005/032058, лежащей в основе технологии TerraNet, описан способ решения конфликтов такого рода в пиринговой сети. При соединении двух и более устройств они обмениваются информацией о своих идентификаторах, и если несколько идентификаторов одинаковые, то соответствующим устройствам предлагается сменить их на другие.

В данном изобретении раскрывается другой способ присвоения идентификаторов для устройств пиринговой сети, отличие которого заключается в том, что этот способ не может привести к возникновению идентификационных конфликтов, и, соответственно, не требуется производить обмен информацией между элементами сети для разрешения этих конфликтов. Способ заключается в том, что идентификатор устройства в сети формируется не самоназначением случайного числа, а заключает в себе информацию о координатах месторасположения устройства в определенный момент времени. Конфликты не могут возникнуть по причине того, что два устройства в один и тот же момент времени не могут физически занимать одну и ту же точку пространства.

Краткое описание чертежа

На чертеже представлены способы идентификации устройств в децентрализованных информационно-телекоммуникационных сетях, предназначенных для мобильной связи:

(а) Технология «TerraNet»: способ согласно международной патентной публикации WO 2005/032058 заключается в том, что устройства обмениваются информацией для разрешения конфликта, заключающегося в присваивании двум устройствам одного и того же идентификатора 01.

(б) Технология согласно настоящему изобретению: система идентификации согласно изобретению не допускает конфликтов, поскольку каждый идентификатор содержит сведения о времени (10:45) и расположении каждого устройства в координатах на местности (3b и 2с).

Раскрытие настоящего изобретения

На чертеже приведено раскрытие изобретения в сравнении с ближайшим аналогом. Исходно два устройства расположены вне зоны доступа радиовещательного сигнала друг друга. Согласно способу, описанному в международной патентной публикации WO 2005/032058, каждое из устройств самостоятельно назначает себе идентификатор, причем, как показано на чертеже, это может быть одинаковый идентификатор, например, равный 01. Если устройства оказываются в зоне доступа друг друга, они обмениваются информацией о своих идентификаторах. Установив, что имеется конфликт (поскольку у обоих устройств одинаковый идентификатор), одно из устройств меняет свой идентификатор на 02 и теперь оба устройства могут сосуществовать в одной сети.

Изобретение заключается в том, что заранее или, как показано на чертеже, в момент перекрывания зон доступа (например, в 10 часов 45 мин.), происходит определение месторасположения устройств на местности. Время во всех рассматриваемых случаях обозначает время суток и дату идентификации, либо универсальное синхронизированное время сети. Первое устройство фиксирует в 10:45 свою координату 3b, а второе в то же время - координату 2с. (Синхронизация по времени используется для примера, так же для примера указаны координаты на плоскости, тогда как в реальности должны применяться координаты в трехмерном пространстве.) Идентификатор каждого устройства включает время и место проведения идентификации. Поскольку два (или более) устройства, очевидно, не могут занимать одно физическое пространство в одно и то же время, то идентификаторы по определению являются различными и устройства могут сразу осуществлять коммуникацию.

Составляющий сущность изобретения способ идентификации МУ обладает преимуществом при коммутации каналов связи в мобильной пиринговой сети. Каждое из МУ отслеживает свои перемещения и при существенном (более чем зона покрытия) изменении своего месторасположения транслирует в сеть свой новый идентификатор. Другие устройства в сети обновляют локальные базы данных, содержащие информацию о месторасположении других устройств. Тогда при возникновении необходимости соединения одного абонента с другим в формируемый канал связи включаются те устройства, которые расположены по направлению от одного абонента к другому. За счет этого сокращается количество служебных пакетов, передаваемых между устройствами в пиринговой сети при коммутации.

Устройство связи, способное работать как элемент пиринговой сети, включает стандартные для систем цифровой связи компоненты (приемо-передающий модуль, декодер, маршрутизатор, процессор, таймер и т.п.) и дополнительные программные и (или) аппаратные средства для привязки к местности. Привязка может осуществляться в относительных координатах, путем взятия пеленга от двух или более устройств, расположенных в зоне доступа идентифицирующегося устройства. При наличии в устройстве модуля системы навигации привязка к местности осуществляется автономно.

С использованием МУ, описание которых дано выше, при условии, что плотность таких устройств в определенном районе превышает предел, определяемый дальностью устойчивого приема/передачи радиосигнала, можно формировать автономные мобильные сети связи. Такие сети децентрализованы, то есть они не нуждаются в услугах оператора связи, поскольку вместо стационарных базовых станций и соединяющей их коммутационной системы в качестве ретрансляторов сигнала используются сами МУ. Сигнал передается от одного МУ устройства к другому по направлению от вызывающего абонента к вызываемому. Направление определяется за счет того, что известно относительное географическое расположение всех абонентов мобильной сети. За счет этого при распространении сигнала выбирается абонент-ретранслятор, который находится в зоне доступа транслирующего МУ и при этом может при ретрансляции расширить эту зону по направлению к принимающему МУ.

Местоположение абонента может определяться динамическими координатами, привязка к которым осуществляется через короткие интервалы времени с использованием систем спутниковой навигации типа ГЛОНАСС или GPS, или статическими координатами, где привязка осуществлена единожды. Динамическая привязка на местности, например, может использоваться для МУ типа мобильных телефонов, КПК и ноутбуков, а статическая - для точек доступа WiFi/WiMAX.

Установленный канал связи между абонентами является динамическим. Если абонентское устройство, участвующее в канале связи, изменяет свои координаты и приближается к границе устойчивого приема, то производится переключение на альтернативный ретранслятор, находящийся в более оптимальном месте. Кроме того, для обеспечения пропускной способности канала возможно параллельное задействование нескольких ретрансляторов либо на всем протяжении канала, либо на участках «проблемного» прохождения информационных пакетов.

Переключение между МУ-ретрансляторами в рамках одного канала связи осуществляется также для распределения нагрузки по энергозатратам между абонентами сети. Например, после снижения уровня зарядки элементов питания персонального МУ ниже определенного уровня устройство блокирует вызовы на обслуживание каналов связи.

Изобретение предназначено для расширения сферы применения мобильной связи за счет формирования пиринговых сетей. При этом совместимые с пиринговыми сетями устройства связи могут сочетать в себе функции обыкновенного сотового телефона и функции для работы в децентрализованном режиме связи. При невозможности установить соединение в пиринговой сети устройство устанавливает его в сети сотовой связи через оператора. Такое сочетание позволяет снизить нагрузку на операторов сотовой связи и обеспечить локальные коммуникационные каналы в людных местах, например в супермаркетах, на стадионах, в автомобильных пробках, во время праздничных поздравлений, когда повышенная нагрузка на каналы связи сотовых операторов приводит к сбою в сети, и т.п.

Примеры осуществления настоящего изобретения

Пример 1

В качестве МУ применяется сотовый телефон, поддерживающий GPS, с установленным специальным программным обеспечением. Вызывающий абонент производит SMS-запрос на вызываемый телефон через оператора сотовой связи. На вызываемом телефоне производится GPS-привязка к местности и координаты передаются вызывающему абонентскому устройству.

Вызывающее абонентское устройство определяет в пределах доступа другие МУ, запрашивает их координаты и выбирает то, которое расположено ближе по направлению к вызываемому абоненту. Установленное МУ включается в режим ретрансляции и осуществляет поиск следующего МУ в направлении вызываемого абонента и так до тех пор, пока не будет достигнут вызываемый абонент. По достижении абонента устанавливается канал передачи данных, по которому через цепочку МУ, работающих как ретрансляторы, осуществляется дуплексная передача GSM пакетов.

Пример 2

В качестве МУ применяется ноутбук с возможностью подсоединения к беспроводным сетям WiFi. При необходимости соединения с Интернет МУ определяет координаты своего месторасположения, а также из хранящейся на МУ базы данных загружает координаты ближайшей точки доступа в Интернет. Среди находящихся в зоне доступа других устройств устанавливается устройство, позволяющее расширить канал связи в направлении точки доступа. Найденное в зоне доступа устройство получает информацию о координате точки доступа и соединяется со следующим устройством, расположенным по направлению к этой точке, и так до тех пор, пока не будет произведена коммутация. По установленному каналу осуществляется двунаправленная передача данных по протоколу IP. При необходимости повышения пропускной способности доступа аналогичным способом формируется параллельный канал.

Пример 3

Элементом пиринговой сети является сотовый телефон с возможностью передачи текстовых сообщений SMS на другой сотовый телефон напрямую, без участия оператора. МУ сканирует зону доступа через задаваемые пользователем интервалы времени (5-10 мин) и при определении в зоне другого МУ передает ему свою идентификационную информацию. Принимающее МУ вносит эту информацию в свою базу данных и передает ее далее - таким образом в сети постоянно обновляются сведения о месторасположении всех элементов. При посыле SMS сообщения оно начинает передаваться от устройства к устройству в направлении адресата. Если одно из устройств не видит в зоне доступа других устройств, расположенных ближе по направлению к адресату («обрыв» канала связи), то информация об этом передается другим близлежащим устройствам или тем устройствам, которые за время ретрансляции сообщения существенно изменили свое месторасположение по направлению к адресату (например, устройства расположены в движущемся автомобиле). Когда одно из МУ устройств «несущее» сообщение со статусом «не доставлено» достигает точки устойчивого приема элемента сети, расположенного ближе к адресату, то цепочка ретрансляции возобновляется.

Изобретение относится к технике связи в одноранговых децентрализованных сетях. Предложены одноранговая мобильная информационно-коммуникационная сеть, канал связи и устройство, являющееся элементом указанной сети. Элементы сети имеют функцию самоидентификации. Идентификатор элемента сети содержит сведения о расположении этого элемента в координатах на местности и времени определения этих координат. Коммутация в канале связи происходит в направлении от месторасположения одного элемента сети к другому на основании идентификационной информации сети. Технический результат заключается в предотвращении возникновения идентификационных конфликтов в сети. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Одноранговая мобильная информационно-телекоммуникационная сеть, состоящая из элементов, в которой идентификатор элемента сети содержит сведения о расположении каждого элемента в координатах на местности и времени определения этих координат.

2. Сеть по п.1, элементами которой являются мобильные устройства, работающие в режиме терминала связи или ретранслятора в составе канала связи.

3. Сеть по п.1, в которой идентификатор элемента сети включает координату элемента и время определения этой координаты согласно системе измерения времени в сети.

4. Сеть по п.1, в которой синхронизация по времени производится по универсальному времени сети.

5. Сеть по п.1, где месторасположение элемента определяется с использованием системы навигации.

6. Сеть по п.1, где месторасположение элементов определяется взятием пеленга от других элементов сети.

7. Сеть по п.1, где сведения об идентификаторах одного и более элементов сети хранятся в оперативном запоминающем устройстве мобильного средства связи.

8. Сеть по п.1, в которой распространяются информационные пакеты, содержащие сведения об идентификаторах элементов сети или сведения об изменении этих идентификаторов.

9. Сеть по п.1, в которой сведения об идентификаторах элементов сети содержатся в базах данных элементов сети.

10. Сеть по п.2, в которой одно мобильное устройство обслуживает в режиме коммутации или ретрансляции несколько каналов связи.

11. Канал связи, коммутация которого происходит в направлении от месторасположения одного абонента к другому на основании идентификационной информации элементов сети, содержащей сведения об их местоположении, отличающийся тем, что в состав передаваемой абонентам идентификационной информации включено время проведения идентификации.

12. Канал связи по п.11, в процессе поддержания которого осуществляется динамическая маршрутизация информационных пакетов с переключением от одного элемента сети к другому.

13. Устройство, являющееся элементом сети по любому из пп.1-10 и характеризующееся функцией самоидентификации путем формирования его идентификатора из сведений о расположении каждого элемента сети в координатах на местности и времени определения этих координат.

14. Устройство по п.13, представляющее собой сотовый телефон.

15. Устройство по любому из пп.13-14, поддерживающее возможность работы в других сетях, в том числе в централизованных сетях сотового типа.