CN101088300B

CN101088300B - 分布式微微小区移动性

Info

Publication number: CN101088300B
Application number: CN2005800445413A
Authority: CN
Inventors: G·里德内尔; J·林德斯科格; R·沃瑟
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2004-12-22
Filing date: 2005-01-14
Publication date: 2012-07-04
Anticipated expiration: 2025-01-14
Also published as: EP1829391A1; EP1829391B1; JP2008526069A; CN101088300A; ATE521205T1; US20100031314A1; WO2006067643A1; JP4648405B2

Abstract

一种包括规定预认证区域(PAA)的多个接入点(AP)的系统(PAA-BSS)，该系统传送关于预认证区域(PAA)的接入点的频率列表和关于接入点的相对位置的信息给在系统之前寻求预认证的移动站。一种准备移动站在接入点之间进行切换的方法，其中该移动站与规定预认证区域(PAA)的预定组的接入点(PAA-BSS)中的第一接入点进行联系(11，21，31)，移动站在该组(PAA-BSS)的至少一个优势接入点之前认证(12，22，32)自己，在所述优势接入点之前一旦被接受认证，则该移动站接收包括属于该组(PAA-BSS)的接入点的频率列表(14，24，34)的响应。

Description

分布式微微小区移动性

技术领域

本发明属于用于微微小区系统的无线无线电接入技术领域。更具具体地，本发明涉及用于IEEE 802.11MAC层的移动性增强领域和利用后者的系统和方法。

背景技术

近年来，用于WLAN IEEE 802.11的当前标准在广泛普及客户方面已经获得成功，其目的是使用无线接入替换有线的以太网局域网。当前采用的标准802.11b，使用的是2.4GHz的非授权频带。在撰写该申请时，预见如果当前的采用率继续下去，则2.4GHz频带上的频谱不久就将不够用了，并且将出现到5GHz和802.11a的移植。802.11a规范在PHY层使用OFDM信令并且使用更高的PHY速率。IEEE 802.11MAC层和MAC管理对于802.11中规定的所有PHY层是共同的。

移动宽带无线接入(MBWA)的IEEE 802.16研究组致力于速度高达200km/h以上的快速移动车辆的无线电接入。在制定IEEE 802.16中的移动接入新协议时，发现支持(leverage)IEEE 802.11WLAN的成功配置是有益的。然而，IEEE 802.11系统的典型范围被限于100m，由此快速移动车辆将在很短的时间内穿过多个小区。

802.11移动性协议不适合于配置为具有高度移动性的蜂窝系统。802.11系统具有平坦且分布式结构。在LAN级上使用专有协议，接入点都被相互连接并且可以能够相互通信。在802.11系统中，仅当移动站通过读取其信标检测到存在新接入点时，由移动站发起接入点之间的切换(HO)。

在GSM中，已知这样的安排，即其中微微小区被分布在宏小区的范围内，也称作伞状小区。无线电网络参数被设置使得快速移动移动站将逼近大的伞状小区并且将不位于微微小区，由此避免了过多的切换。

现有技术文档WO 98/35511显示了沿着铁路安装的无线电电话系统，由此火车上的移动电话沿着铁轨从基站切换到基站。在移动电话和基站之间的一个信道上的呼叫的建立促使系统在下一基站保留同一信道，由此准备要被实现的呼叫切换程序。

根据802.11 MAC，提供了管理预认证。该预认证选项允许移动站在给定的接入点之前被联系和认证，并且允许随后移动站在其他给定的接入点之前被预认证同时与第一接入点联系以便方便更平滑的期望的切换。根据IEEE出版社1999年出版的B.O’hara和A.Petrick编著的“802.112手册(802.112Handbook)”，可以选择从一个接入点到另一个接入点通过分布式系统DS传播移动站的认证，避免需要多于一个的单个初始认证。

发明内容

需要一种机制用于微微小区无线电网络中快速移动的移动站的更有效的移动性，特别是在公路和铁路应用中MBWA配置的情况。

本发明的第一个目的是阐述用于增加预定义小区之间的切换速度的方法和系统。

该方法由本发明公开的一种准备移动站在接入点之间进行切换的方法、以及一种准备移动站以便在接入点之间进行切换的设备来完成。

按照本发明的一种准备移动站以便在接入点之间进行切换的方法，该方法包括步骤：

移动站与规定预认证区域的预定的接入点组中的接入点进行联系，

移动站在所述预定的接入点组中的所述接入点之前认证自己，

一旦所述接入点之前的认证被接受，则该移动站接收包括属于该组的接入点的频率列表的响应，

从移动站向所述接入点发出预认证请求，

将预认证请求从所述接入点反射到所述预定的接入点组中的所有其他接入点，

经所述接入点从所有其他接入点接收预认证响应。

按照本发明的一种准备移动站以便在接入点之间进行切换的设备，该设备包括：

用于使得所述移动站与规定预认证区域的预定接入点组中的接入点进行联系的装置，

用于使得所述移动站在所述预定接入点组中的所述接入点之前认证所述移动站的装置，

用于在至少一个接入点之前的认证被接受时，使得所述移动站接收包括属于该组的接入点的频率列表的响应的装置，

用于从移动站向所述接入点发出预认证请求的装置，

用于将预认证请求从所述接入点反射到在预定接入点组中的所有其他接入点的装置，

用于经所述接入点从所有其他接入点接收预认证响应的装置。

第二个目的是阐述增加邻近分布的小区之间的切换速度。

根据本发明的一个方面，已经阐述了用于MBWA无线电接入的IEEE 802.11移动性协议的扩展。然而，这里提出的思想通用于任何微微小区无线电网络，并且可能甚至更适合于HiperLAN2 WLAN，假定如别处所建议的，PHY层被修改成MBWA-PHY。

另外的好处将从本发明的下面具体描述中变的显而易见。

附图说明

图1示出了根据本发明的系统的第一实施例，

图2示出了根据本发明的系统的第二实施例，

图3公开了根据本发明的第一实施例的时序图，

图4公开了根据本发明的第二实施例的时序图，

图5公开了根据本发明的第二实施例的可选时序图，并且

图6示出了沿着运输路线安排接入点的典型方式。

具体实施方式

根据本发明的一个优选实施例，考虑了基于IEEE 802.16MBWA并且使用类似802.11的接入点AP沿着高速公路或铁路的一个微微小区配置。对于这样的应用，每个接入点将通常被安装在覆盖100m范围的高速公路的一侧，因此每100m具有一个接入点以便覆盖高速公路的一部分。沿着高速公路移动的车辆与最近的接入点进行通信。当移动到下一个接入点覆盖区域(微微小区)时，移动站必须首先确定已经发生小区改变，找到该新接入点的频率并且与新接入点重新联系。802.11中规定的接入点发现和重新联系机制将花费一些时间，因为对于快速切换来说它不是最佳的。实际上，802.11 PHY不打算用于快速移动的移动站(与MBWA相反)。

对于沿着上面应用的高速公路或铁路移动的移动站，在许多情况下仅有“一条路可走”。换言之，存在一定的期望即移动站将被切换到给定“下一个出现的”接入点。根据本发明，不需要要求移动站发起HO。固定网络侧可以另外沿着行进路径发起和准备HO给一组小区。以这样的方式，一组接入点可以事先通过在彼此之间发信号而无需与移动站本身进行通信来预认证移动站。

在下文中，预认证区域PAA是包含移动站将以已知顺序访问的多个接入点的线性或其他连续结构。在更一般的情况下，预认证区域可以包含接入点的任何网络而无需任何特定的地理关系。其他有关情况可以是预认证区域包含子网、建筑物、公司或任何事物中的所有接入点。然而，这些情况可能对于HO优化没有关系，因为在建筑物内部走动几乎不在高速下进行。

本发明的第一实施例

在图1中，已经示出了网络的第一实施例。该网络包括在提供互联网接入的分布式系统DS上彼此连接的多个接入点AP3，AP4，AP5…AP6。根据本发明，上面的接入点形成预认证区域PAA，并且该接入点可以有利于规定部分重叠的邻近覆盖，其可能被安排使得沿着公路或铁路。接入点AP10，其不是PAA区域的一部分，可能也被提供并且连接到该分布式系统。系统节点MSYS可能根据本发明也被提供用于认证目的。

根据本发明的第一实施例，预认证区域PAA包括一组非等级接入点，如图1中所示，但没有MSYS节点。每个接入点构成朝向互联网的网关。接入点此外依靠也称作骨干网络的分布式系统彼此相连。

在图3中，示出了属于本发明的第一实施例的时序图。应当理解，典型接入点AP5和AP4是预认证区域的一部分，其可以包括许多更多的接入点(未示出)。

移动站STA1移动到预认证区域PAA，并且寻求在所遇到的接入点AP5之前执行联系11和认证12的传统步骤。与接入点的认证可以基于已知有线对等加密(WEP)认证方案或者基于提供更高级安全性的可替换方案。

在步骤13中，移动站STA1发出Group_Req消息13，根据本发明向接入点表明移动站能够并且对执行预认证PA有兴趣。Group_req消息的发出对于来自更高层软件的输入是有条件的，例如根据移动站是否移动或者是否可以希望在预定速率之上移动。

作为响应，在步骤14中，移动站接收到包括属于预认证区域PAA中的接入点的频率列表的Group_res消息。如果预认证区域PAA构成了小区的线性分布，则该频率列表优选地以对应该组中的地理索引位置的顺序来安排。以这样的方式，移动站可以限制其预期的搜索用于寻找两个邻近顺序号的频率，在这种情况下，为AP6和AP4。应当看到，移动站不能一定希望获得与预认证区域PAA中的外部接入点之一的初始接触。如果移动站移动得太快或者如果接入点的通信情况是拥塞的，就是这样的情况。而且，一旦建立了行进方向，则移动站仅需要在一个频率之后扫描。方向天线可以还被安排使得第一PAA组指向一个方向并且第二PAA组指向另一个方向。

在步骤15中，预认证请求从移动站发出到它已经被联系的接入点。在步骤16中，预认证请求在预认证区域PAA中从这个接入点到所有其他接入点被反射。

随后，在步骤17中，从所有有关接入点通过相关接入点接收预认证响应。应当看到，所有内部接入点业务在骨干网上以正常的BSS方式进行传递。

当移动站已经移动到下一个接入点的范围时，在这个情况下为AP4，移动站现在可以立即扫描AP4使用的频率并且执行联系而无需随后的认证，因为该移动站被预认证。

本发明的第二实施例

在本发明的第二实施例中，PA结构是分级的，指的是耦合由预认证区域中的AP组成的BSS的系统节点MSYS提供到互联网的接入。在图2中，提供了根据本发明的网络的第二实施例。该网络不同于图1中所示的网络，在于系统节点是到互联网接入网络的网关。图4示出了属于本发明的第二实施例的时序图。

在这个实施例中，MSYS任务是执行进入预认证区域的移动站的独家认证或者提供移动站的附加认证。如果对于给定移动站该认证被通过，则提供该移动站接入。

分别在步骤21和步骤22中，完成向第一遇到的接入点在这个情况下为AP5的联系的传统步骤。步骤22-在该接入点之前移动站认证自己-是可选的。

随后，在步骤23中，相关接入点AP5寻求在网关节点MSYS之前认证移动站STA1。

如果认证成功，移动站被允许接入到互联网。此外，MSYS使用组响应信号响应移动站-步骤23-表示在预认证区域中的剩余接入点之前它处于预认证移动站的过程之中。在步骤24中，组响应信号包括如上所述的预认证区域的所有成员的频率列表并且具有如上所述的同样效果。

接下来，在步骤25和26中，网关节点发出预认证请求给预认证区域PAA中的剩余接入点。那些接入点是使用任选预认证响应信号27接受响应。

基于这个结果，MSYS可以任选地依靠预认证指示信号27通知移动站该移动站已经预认证了哪些接入点。移动站可以由此修正其寻求切换候选者的努力，即省略了寻求接入点的频率，通过该接入点频率没有预认证移动站。

当移动站已经移动到下一个接入点时，在这个例子中为AP4，移动站准备用于仅要求联系的处理步骤(步骤28)的快速切换。

本发明的第三实施例

这个实施例，类似于上面的实施例，包括控制接入到互联网的网关节点，如图2所示。图5示出了本发明的第三实施例的时序图。

在这个实施例中，在预认证区域PAA的接入点之前没有任何认证。

在步骤32中的所述联系之后，在步骤33中，移动站与网关节点MSYS进行认证。消息通过分布式系统在相关接入点和网关节点之间传送。

移动站然后发出组请求消息34，发信号通知对正在为预认证区域PAA中的其他接入点预认证感兴趣的网关节点。该移动站可以避免发出请求，如果其由上层程序所确定的话，例如作为移动站在包括其他接入点而且该接入点不是预认证区域的一部分的局部区域中是静止或者移动的结果。

网关使用包括用于如上解释目的的所述频率列表的组响应消息35做出响应。

随后，移动站发起预认证请求给MSYS用于在预认证区域PAA中的剩余接入点中以根据移动站的选择的顺序进行预认证。

当移动站在下一个AP即AP4的范围内移动时，可以从事联系并且业务可以立即被传送到网关节点。

另外的实施例

对于上面的所有实施例，优选的是外部的接入点被安排使得它们的天线特性匹配典型业务模式，并且允许快速移动的移动站有足够的时间来执行联系和认证的初始化步骤。例如，外部索引接入点可以具有沿着比如对应高速公路的线性伸展指向的窄波束天线，由此提供长范围接触。提供方向能力的天线在本技术领域是众所周知的技术。

在建立PA区域中，在接入点之间发信号的方法可以是任何专有协议或者标准化IAPP，比如由IEEE 802.11f规定的IAPP。

根据本发明的另外的实施例，接入点是时间同步的，这样使得该移动站可以期望从所期望的下一个出现的接入点发信号以在特定时间出现。在这种情况下，HiperLAN2可以由于更快速的响应和更精确的定时信标(BCCH)而更加适合。

在HiperLAN 2和IEEE 802.11a中，RF载波和符号时钟频率从同一基准振荡器获得。要求振荡器的精度是±20ppm。这意味着即使信标间隔对于接入点(AP)来说是固定的，两个接入点(AP)之间的信标传送之间的定时偏移可以在1秒内变化40us，10个OFDM符号。为了保持信标传送之间的固定偏移，要求某种接入点同步。

同步可以以许多方式来实现。根据本发明，参考时钟可以被有线或无线地从系统节点或从预认证区域PAA中的专用接入点传送到所有接入点。另一种方式是接入点可以收听彼此并且估计到邻近接入点的频率偏移。

信标间隔可以于是被调整到共同的间隔，即信标之间的样值数量不是固定的但是时间是固定的。还有可能调整接入点基准振荡器。然后信标之间的样值数量也是固定的。如果所有接入点的基准振荡器被同步，则信道间隔将是精确的20MHz并且在接入点之间没有频率偏移。因此，移动站将精确地经历对所有接入点即所有信道的同一频率偏移。这个知识可以用于提高移动站的接收机性能。

根据本发明，预认证区域PAA中的中心节点还可以控制接入点之间的信标偏移。这可以减少用于传递关于信标偏移的信息给移动站的开销。例如，如果移动站沿着公路行进，那么它知道下一个接入点与当前接入点相比将具有规定的信标偏移。即，如果移动站在相反方向上行进的话，下一个接入点将总是具有信标偏移+x us或-x us。因此，预认证区域PAA的关于信标间隔和偏移的较少信息必须被传送到移动站。

Claims

1.一种准备移动站以便在接入点之间进行切换的方法，该方法包括步骤：

移动站与规定预认证区域的预定接入点组中的接入点进行联系(11，21，31)，

移动站在所述预定接入点组中的所述接入点之前认证(12，22，32)自己，

一旦所述接入点之前的认证被接受，则该移动站接收包括属于该组的接入点的频率列表(14，24，34)的响应，

从移动站向所述接入点发出预认证请求，

将预认证请求从所述接入点反射到所述预定接入点组中的所有其他接入点，

经所述接入点从所有其他接入点接收预认证响应。

2.根据权利要求1的方法，其中所述频率列表(14，24，34)包括关于预认证区域的接入点相对彼此的相对索引位置的信息。

3.根据权利要求1的方法，其中，一旦在预认证区域中的所述接入点之前被认证，预认证指示(18)被传送给移动站。

4.一种准备移动站以便在接入点之间进行切换的设备，该设备包括：

用于在所述接入点之前的认证被接受时，使得所述移动站接收包括属于该组的接入点的频率列表(14，24，34)的响应的装置，

用于从移动站向所述接入点发出预认证请求的装置，

用于将预认证请求从所述接入点反射到预定接入点组中的所有其他接入点的装置，

5.根据权利要求4的设备，其中所述频率列表包括关于预认证区域的接入点相对彼此的相对索引位置的信息，用于从响应信号决定与该移动站当前联系的接入点的邻近接入点，并且用于把对切换候选接入点的搜索限制到所述邻近接入点。