CN102647793B - 独立wimax系统和方法 - Google Patents

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Abstract

一种独立WIMAX系统和方法。公开了具有与多个客户端设备(CPE)通信的基站的基于WiMAX的系统。基站获得和存储与每个CPE的MAC地址相对应的信息。来自一个CPE的消息可以被发送到基站，并且然后使用在基站中存储的MAC地址来发送到另一CPE。每个CPE可以发起上行链路多播消息，用于传输到不止一个CPE。当基站接收上行链路多播消息时，基站将多播消息广播到在多播消息中标识的所有CPE，包括发起CPE。当发起CPE将该多播消息识别为它发起的消息时，发起CPE丢弃该多播消息。可以使用允许将多播消息传送到特定CPE组的组标识符来将CPE分组成虚拟局域网(VLAN)。可以将具有MAC地址的电子设备连接到每个CPE，并且连接到相同CPE的不同电子设备可以是不同VLAN的一部分。

Description

独立WIMAX系统和方法
技术领域
本发明涉及无线网络。更具体地说，本发明涉及实现全球微波接入互操作性(WiMAX)标准的无线网络。
背景技术
无线网络是常见类型的计算机网络，其包含能够无线地通信的两个或更多设备。无线设备的普及已经随着移动电话和其他类型的个人和消费性电子产品(即智能电话、写字板、上网本、膝上型计算机和其他无线电子设备)的采用而指数地增长。
无线联网的增长与WiFiTM，基于电气和电子工程师协会(IEEE)802.11标准的系列的无线局域网(无线LAN/WLAN)协议的系列的采用并行增长。Wi-FiTM的采用已经允许在不需要布设电缆的情况下经济地部署LAN，从而降低成本和增加灵活性。此外，高采用已经增加了对无线数据的欲望并且随着增加的速度和容量而产生了更快网络的市场。
全球微波接入互操作性(WiMAX)是由WiMAX论坛介绍的下一代无线协议。WiMAX指的是特定类型的互操作性IEEE802.16标准系列，将其通过引用的方式合并于此。WiMAX提供增加的速度和利用Wi-FiTM的WLAN的提高的范围，并且支持固定的、游动的和移动部署。此外，公司已经采用该标准来跨越大的地理区域提供移动宽带以及与诸如全球移动通信系统(GSM)和码分多址(CDMA)的第三代移动技术竞争。WiMAX经常被视为当前由电缆或数字订户线路(DSL)服务的最后一公里互联网接入的经济替代。WiMAX网络中的灵活带宽分配和多个嵌入型服务质量支持允许包括高速互联网接入、IP语音(VoIP)和视频呼叫、多媒体聊天和移动娱乐的部署。
IEEE 802.16系列标准为多个无线通信标准提供空中接口，但不一定定义标准的WiMAX网络。然而，WiMAX论坛的网络工作组(NWG)已经使用作为空中接口的IEEE 802.16e-2005来标识用于WiMAX的端对端需求、架构和协议的标准集。根据WiMAX标准，可以将整个网络逻辑上划分成三个部分：客户端设备(CPE)、接入服务网络(ASN)和网络运营中心(NOC)。
客户端设备(CPE)是由终端用户用来接入WiMAX网络的设备。在固定部署中，CPE可以是用来通过标准固定或无线LAN(例如使用Wi-FiTM)为用户提供对WiMAX网络的接入的WiMAX接入点。在其他实施例中，CPE可以是移动电话、计算设备等等，能够当在基站的范围中时直接接入WiMAX网络。
网络运营中心(NOC)提供对互联网、应用服务供应商(ASP)、其他公共网络和公司网络的连接。根据常规WiMAX网络，NOC还包括支持对设备、用户和特定服务的认证的认证、授权和记帐(AAA)服务器。NOC还提供QoS和安全性的用户策略管理，并且NOC还负责IP地址管理，支持不同NSP之间的漫游、ASN之间的位置管理，以及ASN之间的移动性和漫游。由于至少部分地开发WiMAX来支持下一代移动设备时，所以在一些实现中，NOC还能够经由网关与公共交换电话网(PSTN)和第三代合作伙伴项目(3GPP/3GPP2)通信，以及将运营支持系统(OSS)和业务支持系统(BSS)集成在NOC环境中。
在现有技术的WiMAX架构中，隔离了ASN与CPE和NOC两者间的通信。在订户侧，ASN可操作用于使用基站与CPE通信。在网络侧，NOC和ASN之间的通信通过ASN网关(ASNGW)发生。经由基站在ASN处从CPE接收到的数据将被传递到ASNGW，用于正确消息转发。现有技术设备的ASNGW可以与NOC通信以检索消息转发指令。由于ASN可以覆盖大的地理区域，所以可以将多个基站分组在单一ASN内，一个或多个ASNGW管理和跟踪几个基站当中的、可能产生不可预测的等待时间的数据流。
WiMAX标准支持频分双工(FDD)和时分双工(TDD)，尽管基于IEEE802.16e技术的广泛部署的WiMAX版本1仅支持TDD作为双工模式。在任何情况下，对数据传输不对称的移动互联网设备，可以更好地定位TDD。
TDD在应用时分复用(TDM)的通信链路上提供全双工通信。该实现形式比利用FDD的实现形式更简单且更便宜，因为用于TDD实现的收发器设计不太复杂并且因此更便宜。BS和CPE之间的上行链路和下行链路数据率由分配复发时隙的调度算法来管理。来自BS的出站传输在寻址帧中被广播。然后，每个CPE可以选载(pick-off)寻址于它的那些帧。因此，基于负载使用可以优化在单一通信链路上的业务的动态分配。换句话说，当业务负载波动时，可以从特定CPE添加或取走容量。
在常规WiMAX网络中，基站(BS)将控制对信道的接入。希望将入站传送到BS的用户必须首先在基于竞争的接入信道上发送请求。然后，由使用传输许可的系统的BS来分配使用入站业务信道的专有许可。
多播是一对多分发的形式。与广播类似，多播允许源将消息同时传送到许多接收机。然而，广播和多播之间的不同在于多播可以将接收机库限制到被标识为接收机组的一部分的那些接收机。
多播用于需要将消息从单一传输源发送到许多接收机的情形中。不是单独地封装用于每个单独接收机的消息，利用多播的传输源可以一次发送消息。用于多播的常见应用包括部署流媒体，诸如互联网无线电和电视节目。
然而，现有的WiMAX网络经受必须由接入网管理和从接入网络路由任何CPE至CPE多播传输，即使是对于相同基站后的CPE。
发明内容
因此，本发明的目的是至少部分地克服现有技术的一些缺点。因此，本发明的目的是提供一种改进型的基于WiMAX的系统和方法，该系统和方法独立地减少消息传输等待时间并且促进由发起CPE启动的多播传输并且广播到所有CPE或预定义CPE组。
因此，在其一个方面中，本发明属于一种无线通信系统，包括：多个客户端设备(CPE)，用于使用时分复用(TDM)以第一通信标准发送和接收无线信号，每个CPE具有唯一MAC地址；基站，具有无线端口，用于以第一通信标准和使用TDM向多个CPE中的每个发送和接收无线信号，所述基站其中存储了包含多个CPE中的每个的MAC地址的查找表；其中，多个CPE中的任何一个能够将多播消息上行链路到基站，以便发送到CPE；以及其中，响应于接收到上行链路多播消息，基站将下行链路多播消息发送到将它们的MAC地址存储在查找表中并且在上行链路多播消息中标识的CPE。
本发明的另一方面属于一种使用时分复用以第一通信标准在多个客户端设备(CPE)之间无线地传送多播消息的方法，所述CPE中的每个具有唯一MAC地址，所述方法包括：从多个CPE的发起CPE，向基站发送上行链路多播消息，所述基站具有无线端口，用于以第一通信标准和使用TDM向多个CPE中的每个发送和接收无线信号，所述基站其中还存储包含多个CPE中的每个的MAC地址的查找表；在基站接收上行链路多播消息；在基站，使用在基站存储的查找表将上行链路多播消息转换成下行链路多播传送消息；以及通过基站，将下行链路多播消息传送到将它们的MAC地址存储在查找表中并且在上行链路多播消息中标识的CPE。
因此，本发明的至少一个方面的一个优点是能减少端对端等待时间的基站。通过将属于客户端设备(CPE)的信息存储在基站，基站能将从一个CPE接收到的无线业务重新定向到第二CPE，而不必采取将消息转发到网络运营中心(NOC)和/或接入网或者另外接收附加路由信息。用这种方式，能够将从第一CPE接收到的消息立即重传到第二CPE，而不使用路由器，从而减少端对端等待时间和网络资源。
在本发明的另一方面中，本发明提供CPE可以在WiMAX网络上上行链路多播消息。用这种方式，单独CPE可以接入一对多通信信道，允许当上传到WiMAX基站时，通过将消息指示为多播消息来将消息多播到其他CPE。然后，使用在基站存储的信息通过基站将标记为多播消息的消息转发到适当的多播组。
在另一方面中，基站将多播消息传送到指定组中的所有CPE，包括启动多播消息的CPE。当发起CPE将多播消息识别为它所发起的消息时，发起CPE将丢弃该多播消息。这提高了无线系统的整体效率并且减少了带宽和处理时间。
本发明的另一优点是以简单和成本有效方式在WiMAX网络的终端用户当中形成虚拟局域网的能力。通过接入在基站内存储的信息，基站能够将消息重新路由到VLAN成员，而不必采取IP隧传(tunneling)或其他更复杂技术。用这种方式，VLAN的接入和安全性可以由基站简单和有效地管理。可以将CPE在逻辑上分组成单个广播域。此外，广播业务可以仅限制于特定VLAN成员，导致增加的安全性和减少到其他网络的业务。
一旦阅读下面详细的描述和图示了本发明和本发明的优选实施例的附图，则本发明的另外的方面将变得显而易见。
附图说明
在附图中，附图图示了本发明的实施例：
图1是根据本发明的实施例的无线通信系统的网络图；
图2是根据本发明的实施例的基站的消息路由行为的示意性图示；
图3是根据本发明的实施例的基站的查找表；
图4是图示根据本发明的实施例的网络帧的封装的网络分组图；
图5A是根据本发明的实施例的基站的路由图；
图5B是根据本发明的另外的实施例的基站的路由图；
图6A是根据本发明的实施例的用于无线通信系统的网络拓扑的图示；
图6B是根据本发明的另一实施例的用于无线通信系统的网络拓扑的图示；
图6C是根据本发明的另一实施例的用于无线通信系统的网络拓扑的图示；以及
图7是根据本发明的实施例的用于在多个CPE之间无线传送多播消息的方法。
具体实施方式
通过参考本附图，可以理解本发明的优选实施例及其优点。在本附图中，相同的标记用于附图的相同和相应的部件。
通过参考本附图，可以理解本发明的优选实施例及其优点。在本附图中，相同的标记用于附图的相同和相应的部件。
如图1所示，本发明的一个实施例涉及通常由附图标记100表示的无线通信系统，具有基站10和一个或多个客户端设备(CPE)30。基站10可以通过网络路由器或交换机20进一步连接到由附图标记23表示的回程网络。
基站10通过包含时分复用(TDM)组织方案的第一通信标准无线地与CPE 30中的每个通信。例如，第一通信标准可以包括基于IEEE802.16(WiMAX)标准系列的无线通信标准。更优选地，第一通信标准可以基于由802.16-2009修正(IEEE802.16E)定义的IEEE 802.16标准。通过引用的方式将IEEE 802.16标准系列整体合并于此。
在至少一个实施例中，CPE 30可以是例如由CPE“C”30表示的终端用户设备。例如，CPE“C”30可以是在WiMAX通信信道上与基站10直接通信的移动设备、计算机等等。
在替代实施例中，CPE 30可以被视为例如由图1中的CPE“A”和“B”所示的无线接入点。CPE 30可以可操作用于使基站10与经由本地路由器或层2(L2)交换机(例如路由器/L2交换机40)连接到CPE 30的一个或多个电子设备共享通信信道。此外，路由器/L2交换机40可以在诸如IEEE 802.3(以太网)、IEEE 802.1(WiFi)、802.1Q、BluetoothTM、其他802.15无线PAN标准等等的不同通信标准的一个上，与电子设备50有线或无线通信。在优选实施例中，基站10可以连接到充当无线接入点的CPE 30，在WiFi或以太网连接上，与一个或多个关联移动设备、计算设备、打印机等等共享在WiMAX中实现的通信信道。可以在通信信道上通过CPE30来路由通过电子设备50与互联网或其他网络资源的连接，并且经基站10路由到互联网。
基站10可以进一步连接到另外的网络资源(未示出)，通过网络路由器或交换机20连接到回程网络23。在一些实施例中，基站10通过有线端口13连接到路由器20。而其他标准是可能的，可以在IEEE802.3(以太网)和IEEE 802.1Q(VLAN标记)标准上发生与网络路由器20以及与其他网络资源的连接。
现在参考图2，基站10可操作用于经由在通信信道上发送的消息120来了解CPE 30和电子设备50。当通过CPE 30，或经由CPE30由电子设备50将消息120发送到基站10时，基站10通过其唯一媒体接入控制(MAC)地址320s来标识单独CPE 30或电子设备50。基站10将该信息存储在查找表12中。例如，当通过基站10从CPE 30或网络路由器20发送消息120时，记录发送器或源的MAC地址320s并将其放到在基站10上存储的查找表12中。
然后，基站10可操作用于将消息120发送或转发到由消息120中的目的地MAC地址320d标识的预期接收者。由基站10接收到的消息120可以作为单播消息120、多播消息122和广播消息发送到可接入基站10的无线通信系统100的多个CPE 30和电子设备50中的一个或多个。
单播消息121的目的地是特定CPE 30或电子设备50。单播消息121的发起者可以包括用于指定单播消息的接收者的诸如目的地MAC地址320d的唯一标识符。
多播消息122的目的地是可接入基站10的CPE 30和电子设备50的子集。基站10可以包括组标识符330或对其起作用，或包括有多播消息122和/或在基站10上存储的VLAN，以将多播消息122转发到适当的接收者。在这种情况下，代替单一目的地MAC地址320d，多播消息122可以具有多个目的地MAC地址320d，或标识查找表12中的一组设备50的组标识符330。
也称为广播泛洪的多播消息将消息转发到可接入基站10的所有CPE 30和电子设备50。基站10可以基于在基站10，诸如在查找表12上存储的信息来转发上行链路广播消息。
现在参考图3，在一个优选实施例中描述了查找表12。应当理解，其他查找表是可能的，以及在此的查找表12的描述和结构不应当被解释为限制性的。
在优选实施例中，查找表12存储在基站10内。可以由基站10引用以便确定如何转发接收到的消息120。在一些实施例中，基站10可以基于在查找表12内存储的信息，根据来自消息的发起者(即，CPE 30或电子设备50)，或其接收者的信息，对接收到的消息120起作用。
在查找表12内存储的信息可以包括允许基站10有效地转发消息120而不要求来自网络路由器120的另外的信息所必需的不同字段。例如，查找表120可以包括跟踪利用基站10转发消息120的不同设备30、50的索引310。然后，不同设备30、50可以与它们相应的MAC地址320和组标识符330相关联，在一个优选实施例中，可能是虚拟局域网(VLAN)。此外，如果设备是与CPE 30相关联的电子设备50，则查找表120也可以将电子设备50与其设备MAC地址320和相关联的CPEMAC地址350相关联。
每个设备30、50可以作为单独的设备条目302存储在查找表12中。例如，与索引1相关联的设备条目302A具有00:1D:60:FE:F3:36的设备MAC地址。此外，设备条目302A与标识为“200”的组标识符330(或VLAN)以及00:13:D5::01:5A的CPE MAC地址350相关联。
其他设备条目302B、302C存储专用于特定设备的信息。如果设备不具有用于在查找表12内存储的字段的值(例如用于设备条目302C的关联CPE MAC地址350，因为那一条目302C可以是用于网络侧20的路由器)，则CPE字段350可以保持空白或者另外标识为不具有存储值。
接口字段360可以存储基站10和设备条目302之间的关系。例如，基站10可以存储基站10和特定设备条目302B之间的关系在无线通信标准上(在接口字段360上指示为“RF”)。其他网络接口指示器是可能的，诸如“网络”意指在网络23上，以及“局部”意指源自基站10本身的分组，诸如管理分组。
其他字段也可以由查找表12存储，诸如老化时间字段340等等。老化时间字段340可以更新自从在其查找表12中存储的特定设备接收消息120以来，基站10已经运行多久。在一些实施例中，如果在特定老化时间340内未从特定设备30、50接收到新消息120，则基站10可以从查找表120清除设备条目302。如上所述，可以在查找表12中存储任意数目的字段，以提高基站10的效率和转发能力。
现在参考图4，根据本发明的一个实施例，基站10可在以太网汇聚子层(以太网-CS)模式中操作。在图4所示的通常由附图标记400示出的配置中，支持非IP协议。在该模式中，按第一通信标准(即WiMAX组标准，诸如，优选的是IEEE 802.16E)封装在基站10接收到的、用于传送到与特定CPE 30相关联的电子设备50的消息，以及在CPE 30接收到的、用于经由基站10在网络上传输的消息，用于在通常由附图标记402表示的无线通信信道上传输。
在以太网-CS模式中，基站10或CPE 30均不应答地址解析协议(ARP)请求，而是将所有业务传递到其预期接收者。此外，基站10，以及CPE30，如果充当接入点的话，则可操作用于获悉来自以太网头部420的所有呼入分组的源MAC地址。然后，如上所述，基站10可以将源MAC地址信息存储在其查找表12中。
现在参考图5A，基站10可以可操作用于充当在配置500中示意性示出的L2交换机。尽管基站10在单一RF接口上从CPE 30发送和接收消息(例如，根据时分双工或频分双工)，但是基站10可以将每个CPE 30与例如标识为Lport1、Lport2、Lport3、Lport4、Lport5的逻辑端口501相关联。逻辑端口501可以用来提供与CPE 30的无线电连接性。每个逻辑端口Lport1、Lport2、Lport3、Lport4、Lport5可以具有例如，对每个CPE 30，标识为Lcon1、Lcon2的多个逻辑连接520，用来在空中转发业务。每个逻辑连接Lcon1、Lcon2可以具有不同的服务质量(QoS)，以便使得基站10能够使用所共享的空气媒介来维持不同应用间的优先级，在这种情况下，空气媒介是通常由附图标记402标识的射频(RF)接口。例如，对由无线通信系统100负责的特定类型的应用，诸如对实时多媒体应用和要求固定比特率或延迟敏感的其他应用，可以要求不同的QoS。
当基站10从RF接口或网络接口接收消息时，基站10标识呼入分组的源MAC地址320。如果MAC地址对基站10来说是未知的，则基站10可操作用于在将消息转发到其预期目标之前，在查找表12中创建用于与源MAC地址相关联的设备的新条目。因此，基站10用标识在第一通信标准中接收和发送消息的CPE的MAC地址来填充查找表12。如果源MAC地址已经包括在查找表12内，则基站10可以转发消息而不创建新条目。然而，在一些实施例中，基站可以首先验证和/或更新与已知MAC地址相关联的一个或多个字段，例如，更新老化时间字段340。
回到图4中所示的例子，可以由电子设备50将IP分组发送到CPE30，用于传输到基站10。从转发的观点看，CPE 30封装整个以太网帧以及使用由附图标记401表示的IEEE802.16E无线接口将其发送到基站10。一旦基站10已经接收到该消息，则基站10剥离802.16E头部，并且然后，根据在以太网头部402中提供的目的地MAC地址和所封装的消息401中的IP头部430将该帧转发到网络或另一CPE(未示出)。
在基站10，每个呼入分组在转发前，必须相对于查找表12进行校验。如果目的地MAC地址在查找表12中，则基站10将根据目的地MAC地址来转发分组。如果目的地MAC地址不在查找表12中或分组是广播分组，则基站10将通过网络路由器20对所有CPE 30和/或网络23执行分组的广播泛洪。该行为与L2交换机的行为类似。其可以在第一通信标准的TMD方案中有效地实现，以便节省短空中下载(OTA)资源。
在优选实施例中，基站10具有关于调度的两个主要功能。这些包括判定在其他之前，服务了哪一逻辑端口LPORT510，以及将发出多少业务。可以使用多种机制来完成基站10中的业务优先化。在优选实施例中，基站10使用两个可能机制。第一机制涉及严格优先级。在该机制中，在任何低优先级业务前，服务最高优先级业务。基于用于CPE 30中的每个的逻辑端口510和逻辑连接520来给出优先级。在第二机制中，可以使用加权费用优先级。在该机制中，根据给予不同逻辑端口510的权重，相对地共享射频接口402上的带宽。例如，如果在特定逻辑端口上具有两个逻辑连接，一个具有权重2以及另一个具有权重1，则第一个可以具有可用带宽的三分之二，以及第二个可以具有可用带宽的三分之一。由逻辑连接520定义的承诺信息速率(CIR)和最大信息速率(MIR)来确定在每个逻辑端口510的每个逻辑连接520上发送可多少业务。
在多播连接的情况下，每个多播连接具有可配置业务优先级。因此，对每个VLAN通信，可以使业务的优先级高于其他VLAN业务。也可以使其优先级高于单播下行链路业务。
图5B示出了本发明的另一优选实施例。如图5B所示，系统100的配置505具有向CPE30发送和接收数据的基站10。在一种情况下，CPE1通过第一逻辑端口Lport1向基站10发送广播分组550。然后，复制广播分组550并且作为分组551广播回来。应当注意，因为CPE利用所共享的射频接口402，以保持带宽低以及增加系统的效率，所以对每个CPE，该分组没有被复制N-1次，以便除非发起的那个。相反，将所复制的返回广播分组551在广播连接上一次发送到所有CPE 30。然后，发起CPE 30(在这种情况下，是CPE1)负有丢弃所返回的分组551的义务。这例如通过紧跟CPE1的图5B中的附图标记552标识的X来示意性地图示。将一个返回分组同时传送到所有CPE并且然后使发起CPE意识到它是分组550的发起者并且丢弃该返回分组551的这种有效处理节省了基站10的处理时间，并且还节省了共享射频接口502上的带宽。该发起CPE简单地丢弃返回分组551，以便避免错误学习或过期学习，并且由此缺少通信。与共享接口402上的带宽的增加以及还与基站10的处理时间的减少相比，发起CPE 30的递增的附加处理较少。
此外，尽管该方法可以与广播消息一起使用，但是其也可以与指定包括发起CPE的一组CPE的多播消息一起使用，诸如在公共的VLAN中。因此，在图5B中所示的实施例被视为非限制性的，以及在不同VLAN中可应用于到CPE 30或连接到CPE的设备50的多播消息。还理解到，尽管图5B中的发起设备示为CPE 30，但本发明不限于这一点，以及连接到CPE 30的设备(未示出)也可能已经发起分组550。
现在参考图6A、图6B和图6C，根据至少三种拓扑600A、600B和600C描绘了无线通信系统100。本实施例中的网络拓扑600A、600B和600C不应当解释为限制性的。在图6A中，系统100具有连接到一个或多个CPE 30的基站10；描绘为30A、30B、30C和30D的单独CPE 30的拓扑601。每个CPE 30A、30B、30C和30D具有与之相关联的至少一个电子设备50。如上所述，描绘为50A、50B、50C和50D的电子设备50的每个的MAC地址以及它们关联的CPE 30存储在基站10中的查找表12内。此外，基站10还可以存储组标识符信息，诸如虚拟局域网(VLAN)信息。在一些实施例中，组标识符330可以存储在包含MAC地址信息的查找表12内，也存储在基站10中。
当从任何电子设备50A发送通常由附图标记650m表示的消息时，如果基站10识别出预期接收者(多个)以及具有在查找表12内存储的信息，则基站10可操作用于将该消息650m转发到其预期目标，而不接入网络路由器20。如果基站10识别出预期接收者是在网络侧上，则基站10可以将消息650m转发到网络路由器20以执行路由。如果未识别出消息的接收者，则基站10可以基于在图5B中描述的机制朝路由器20和剩余的CPE泛洪该分组。图6A、6B和6C描绘了根据本发明的至少一些方面的各种形式的路由。应当理解，其他实施例是可能的，并且本实施例不解释为限制性的。
举例来说，图6A图示了在至少一个实施例中无线通信系统100的网络拓扑600A。与CPE 30A相关联的电子设备50A可操作用于将单播消息发送到与CPE 30B相关联的电子设备50B。电子设备50A首先在诸如以太网连接的第二通信标准上将基于IP的消息发送到路由器/L2交换机40A。然后，路由器/L2交换机40A将该消息转发到CPE 30A。一旦接收到，则发起CPE 30A封装该消息的所有以太网帧以及将单播消息上行链接到包括目标电子设备50B的MAC地址的基站10。然后，基站10剥去无线头部，在优选实施例中，是802.16E头部，以及转发该消息。如果基站10从其查找表12识别出预期目标(电子设备50B)与CPE 30B相关联，则基站10通过发送下行链路单播消息来将该消息转发到CPE 30B，而没有接入网络路由器20。基站10引用查找表12来定位交换信息并且重新封装该消息。再简单地参考图3中的查找表12，基站10可操作用于定位用于电子设备50B的设备条目302B，并且然后定位相关联的CPE MAC地址350，用于转发该消息。一旦接收到，则在第二通信标准中，在本实施例中是以太网，接收者CPE 30B剥去无线头部以及将该消息经由路由器/L2交换机40B转发到预期电子设备50B。
现在参考图7，根据本发明的至少一个实施例，图示了用于在多个CPE 30之间无线地传送多播消息的方法700。参考图6A，基于组标识符，该方法使用无线通信系统100来将上行链路多播消息发送到基站10，在无线通信系统100中，目的地是CPE 30的子集。每个CPE30具有唯一MAC地址并且CPE 30和基站10可操作用于无线端口上使用包含时分复用的第一通信标准来通信。基站10和CPE 30可操作用于基于如由诸如WiMAX标准组的第一通信标准定义的TMD方案，利用无线接口402来彼此发送和接收无线信号。
在框710，发起CPE 30可操作用于将上行链路多播消息发送到基站10，以便发送到其他CPE 30。例如，在图6A中，通常由附图标记650m表示的上行链路多播消息作为多播消息被发送到虚拟局域网的成员或其他CPE分组。在一些实施例中，如图6A所示，可以由发起电子设备50a来发送多播消息650m，发起电子设备50a可操作用于将上行链路多播消息发送到基站10以经由基站10发送到其他电子设备50(或CPE 30)。
上行链路多播消息650m可以包括标识接收上行链路多播消息的一组CPE的组标识符。在图6A中，与两个CPE 30A、30B相关联的电子设备50a和50b共享组标识符VLAN 10，并且与两个不同CPE30C、30D相关联的电子设备50C、50D共享组标识符VLAN20。
在框720中，基站10可操作用于接收上行链路多播消息。在利用TMD方案的第一通信信道上接收该消息。
响应于接收到上行链路多播消息，在框730中，基站10可操作用于使用在基站10存储的查找表12将上行链路多播消息650m转换成下行链路多播消息。如前所述，基站10可操作用于存储组标识符330，诸如VLAN，用于唯一地标识一组CEP 30和/或一组设备50。基站10可以使用该组标识符330，用于确定将该上行链路多播消息转发到何处。如果来自给定电子设备50a及其关联CPE 30a的消息被多播到其关联的VLAN(即VLAN 10)，则基站10能够基于在查找表12内包含的信息将组标识符330与该组标识符330关联的特定CPE 30和电子设备50相关联。
在框740，基站10将下行链路多播消息传送到CPE 30，其中，每个CPE 30具有在查找表12中存储的MAC地址。基站10将创建多播服务流，其将该消息发送到所标识的CPE 30和/或在多播消息650m中标识的电子设备50。如果多播消息标识出诸如VLAN 10的VLAN中的所有电子设备50，则将多播服务流固有地创建为基站10中的VLAN的一部分。
在一些实施例中，在无线通信系统100中，将下行链路多播消息发送到所有CPE30，包括发起CPE。在其他实施例中，将下行链路消息发送到与基站10关联的或登记到基站10的单个CPE 30或所有CPE30的子集。应理解到，尽管参考从设备50a发起的多播消息650m来给出例子，但是如果多播消息650m从CPE 30发起，如图5B所示，则本发明将同样地工作。
在基站上存储的查找表12包含与基站10关联的或登记到基站10的每个CPE 30的MAC地址。当上行链路消息的目的地是登记到基站10不止一个CPE 30时，根据时分复用方案，可以在单一信息中发送下行链路消息。例如，可以在分配给预期CPE 30组的单一TMD时隙中发送下行链路消息，诸如在此所述的多播服务流。该组CPE 30可以分配到由与第一通信标准(即WiMAX标准组)关联的调度算法提供的时隙。包含第一通信信道的TDM功能性的这样的方法允许基站10在减少端对端等待时间的情况下有效地发送多播消息。
在一些实施例中，在发起CPE 30A或电子设备50A正将多播消息发送到其不是成员的VLAN的成员的情况下(例如，电子设备50C，VLAN 20的一部分)，基站10可以不将消息自动地转发到其预期接收者，即使其已经具有在查找表12内存储的交换信息。相反，基站10可以将该消息转发到路由器20。该特征可以增强效率和安全性，因为基站10能够在相同广播域内有效地转发消息，而同时隔离网络的不同部分(VLAN)。用这种方式，基站10充当L2交换机，并且将不同VLAN隔离成不同广播域。此外，图5A和5B中所示的并且与特定CPE 30通信的每个逻辑端口LPORT 510可以是特定VLAN的一部分。换句话说，当与具有连接到图5A的CPE1和CPE3的设备50的VLAN通信时，例如，该基站可以基于在查找表12中存储的组标识符330和关联的CPE MAC地址350而在LPORT1和LPORT3两者上通信，以便减少带宽和处理时间。
现在参考图6B，图6B图示了拓扑600B，可以由通常由图3中的附图标记330表示的组标识符来组织与一个或多个CPE 30关联的电子设备50，而与他们如何连接到网络无关。例如，电子设备50A、50B、50C、50D可以是不同组标识符330的一部分，图6B中示为不同VLAN10和20的一部分，即使它们经由相同CPE 30A、30B连接到基站10。
因此，尽管在一些实施例中，根据相关联的CPE 30可以隔离用于特定组标识符330的电子设备50，但不要求此。在一个实施例中，与基站10范围中或连接到基站的每个CPE 30关联的每个电子设备50可以与相同组标识符330相关联。此外，CPE 30可以具有与电子设备50关联的、与CPE 30关联的一个、多个或无组标识符330。与无线通信系统100关联的每个CPE 30可以具有用于与那一特定CPE 30关联的一组电子设备50的不同组标识符。在CPE 30和电子设备50之间共享的组标识符的不同组合是可能的。
例如，在图6B中，示出了另一网络拓扑600B，具有都与相同CPE30A相关联的与VLAN10关联的电子设备50A和与VLAN 20关联的电子设备50B。类似地，与VLAN 20关联的电子设备50C以及与VLAN10关联的电子设备50D都与相同CPE 30B关联。与其他CPE 30(未示出)关联的其他电子设备50(未示出)也可以与VLAN 10或VLAN20相关联。
电子设备50可操作用于将多播消息发送到一组电子设备50(或CPE 30)，即使通过唯一地标识电子设备50(或CPE 30)的组，或通过使用相关联的组标识符330，电子设备50不与相同CPE30关联。组中的CPE 30的任何一个可操作用于指定CPE 30或电子设备50的组，以便通过将相应的组标识符330放在上行链路多播消息中来接收多播消息650。
当由与CPE 30A关联的电子设备50A发送上行链路多播消息650时，在第一通信信道上，上行链路多播消息650由CPE 30A发送到基站10。发起电子设备50A或CPE 30A可以通过将相应的组标识符330放在上行链路多播消息中来指定CPE 30的组以接收多播消息。在框750中，基站10可以将下行链路多播消息传送到由组标识符330标识的CPE 30的组。
基站可以在单个信息突发中发送下行链路多播消息，包括发送到初始发送该上行链路多播消息的CPE 30A或电子设备50A。单个信息突发可以发生在单一TMD时隙上。在其他实施例中，单个信息突发可以发生在多个连续时隙上。在任何情况下，下行链路多播消息650同时被发送到CPE并且基于组标识符同时由适当的接收者CPE来接收。
如图7所示，在框760中，当发送上行链路多播消息的发起CPE 30a或电子设备50a识别出该下行链路多播消息对应于其发送的上行链路多播消息时，发起CPE 30A或电子设备50A可以丢弃所接收到的下行链路多播消息。用这种方式，发起CPE 30可操作用于将多播消息650发送到由消息650中的组标识符33标识的整个组，并且基站10可以在单个信息突发或TMD时隙中发送下行链路多播消息，而不必对下行链路消息做任何修改。相反，可以将消息发送到整个CPE组，并且发起CPE可操作用于识别其已经从基站10接收到的消息对应于其发送的上行链路多播消息650并且采取适当的措施。例如，发起CPE可以丢弃下行链路多播消息，如图5B所示，并且如上所述，以及在图7的框760中所示出的。换句话说，基站10将创建多播服务流来将下行链路消息发送到图6A中的VLAN 10中的所有设备50和CPE 30，包括发起设备50a，因为这节省了处理时间和带宽。然后，发起设备50a将识别出所接收到的下行链路消息对应于所发送的上行链路多播消息650m，并且忽略或丢弃下行链路消息，如上参考图5B所述并且在图7中的框750和760中示出。应理解到，尽管参考从设备50a发出的多播消息650m给出了例子，但如果多播消息650m源自CPE 30，则本发明也同样地工作，如参考图7。
在一些实施例中，CPE 30可以识别出不需要将其已经从基站10接收到的下行链路多播消息转发到与CPE 30关联的任何电子设备50，因为仅与组标识符关联的电子设备50是在第一实例中发送上行链路多播消息的发起电子设备。例如，在图6B中，如果CPE 30a识别出除了与所指定的组标识符VLAN 10关联的发起电子设备50b外，没有附加的电子设备50，则CPE 30a可以可操作用于完全地丢弃下行链路多播消息。替代地，如果存在与指定的组标识符VLAN 10关联的、与CPE30a关联的不止一个电子设备50，则CPE 30a可以仅丢弃用于发起电子设备50b的下行链路多播消息，并且将下行链路多播消息转发到非发起电子设备(未示出)。在替代实施例中，CPE 30a可以继续将下行链路多播消息转发到与CPE 30a和组标识符VLAN 10关联的所有电子设备50b，并且允许发起电子设备50b丢弃下行链路多播消息本身。
现在参考图6C，描绘了又一网络拓扑600C，图示了具有与一个或多个CPE 30关联的多个电子设备50的两个基站10。基站10通过诸如符合IEEE 802.3(以太网)系列标准的以太网交换机的网络交换机22来彼此连接。当消息的目的地是与相同组标识符关联的CPE 30或电子设备50时，基站10和网络交换机22能够一起工作以在没有接入路由器20的情况下转发上行链路多播消息。
作为开放系统互连模型(OSI模型)中的层2(L2)设备，网络交换机22可操作用于获悉连接到网络交换机22的物理以太网端口(未示出)的设备的MAC地址。为可支持L2标记的多播业务，无线通信系统100可操作用于定义相关VLAN并且将相关CPE 30与每个VLAN相关联。不要求额外的配置或供应，因为将多播服务流固有地创建为基站10中的VLAN创建的一部分。
此外，不包含或要求信令。一旦根据包含组标识符的所要求的消息帧结构将标记业务识别为多播业务，则重复所标记的业务并且将其发送到预订到VLAN的所有CPE 30。因此，一旦与特定VLAN相关联，则专用于那一VLAN的标记业务将与相关多播服务流相关联。
在未标记消息的情况下，可以在广播连接上将L2消息转发到无线通信系统10内的所有CPE 30。对在多播模式中起作用的无线通信系统100，确保多播消息到达与组标识符关联的每个可能电子设备50或CPE30，具有与组标识符关联的成员的无线通信系统100中的每个CPE 30必须在基站10中存储的查找表12中。替代地，基站10将根本不识别组标识符(即，在查找表12中未索引具有电子设备50或CPE 30的基站10)。用这种方式，当接收上行链路多播消息时，基站10将多播消息正确地转发到具有与组标识符关联的成员的所有基站，或将根本不识别组标识符，并且将采取将上行链路多播消息广播到所有网络设备30、50。接收上行链路多播消息的基站10未索引的任何站点将不接收多播消息。
就在适用法律下专利权人可以充当其自己的词典编纂者的程度来说，由此进一步针对除上述定义的词外在权利要求章节中出现的所有字将具有它们的普通、平常和惯常的含义(其中，如通常由字典和/或技术词典所证实的)，以及将不被视为在该说明书中特殊定义。尽管对“特殊定义”的推理的限制，但在权利要求中使用的词或术语具有不止一个预先确定的含义以及说明书在替代方案间选择是有用的情况下，可以使用说明书来证明适当、普通、平常和惯常的含义(其中，如通常由字典和/或技术词典所证实的)。
应理解到，在整个公开内容以及权利要求中已经参考用于包括客户端设备的各种电子设备的MAC地址。应理解到，MAC地址被用作用于相应的电子设备的唯一标识符。然而，为此目的，本发明不限于MAC地址的使用。相反，任何唯一标识符可以用作唯一地标识CPE和其他电子设备的地址，并且应理解到，为此目的，本发明不限于使用MAC地址。
将理解到，尽管参考本发明的一个或另一个实施例已经描述了本发明的各种特征，但本发明的各种特征和实施例可以组合或结合如在此所述和图示的本发明的其他特征和实施例使用。
尽管本公开已经描述和图示了本发明的某些优选实施例，但是应当理解本发明不限于这些特定实施例。相反，本发明包括所有实施例，它们是在此已经描述和图示的特定实施例和特征的功能、电子或机械等同物。

Claims (23)

1.一种无线通信系统，包括：
多个客户端设备(CPE)，用于使用时分复用(TDM)以第一通信标准发送和接收无线信号，每个CPE具有唯一MAC地址；
基站，具有无线端口，用于以第一通信标准和使用TDM向所述多个CPE中的每个发送和接收无线信号，所述基站其中存储了包含所述多个CPE中的每个的所述MAC地址的查找表以及用于每个CPE的至少一组标识符，所述组标识符唯一地标识一组CPE；
其中，所述多个CPE中的任何一个能够将多播消息上行链路到所述基站，以便发送到所述CPE，其中，所述发起CPE中的任何一个能够通过将相应的组标识符放在所述上行链路多播消息中来指定一组CPE以接收所述多播消息；
其中，响应于接收到所述上行链路多播消息，所述基站将下行链路多播消息发送到将它们的MAC地址存储在所述查找表中并且在所述上行链路多播消息中标识出的所述CPE，以及
其中，至少一个CPE具有与之关联的一个或多个电子设备，并且每个电子设备具有唯一地标识与所述CPE关联的所述电子设备的MAC地址。
2.如权利要求1所述的系统，其中，在单个信息突发中，所述基站将所述下行链路多播消息发送到将它们的MAC地址存储在所述查找表中的所述CPE。
3.如权利要求1所述的系统，其中，在单个TDM时隙中，所述基站将所述下行链路多播消息发送到将它们的MAC地址存储在所述查找表中的所述CPE。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述基站创建多播服务流以在单个信息突发中将所述下行链路多播消息发送到在所述上行链路多播消息中标识出的所述CPE。
5.如权利要求1所述的系统，其中，在单个信息突发中，所述基站将所述下行链路多播消息传送到将它们的MAC地址存储在查找表中的所有CPE，包括发起所述上行链路多播消息的所述多个CPE中的所述一个。
6.如权利要求5所述的系统，其中，当发送所述上行链路多播消息的所述发起CPE识别出所述下行链路多播消息对应于其发送的所述上行链路多播消息时，所述发起CPE丢弃所接收到的下行链路多播消息。
7.如权利要求1所述的系统，其中，所述基站将所述下行链路多播消息传送到由单个信息突发中的所述组标识符标识的CPE组，包括发起所述上行链路多播消息的所述多个CPE中的所述一个。
8.如权利要求7所述的系统，其中，当所述发起CPE识别出所述下行链路多播消息对应于其发送的所述上行链路多播消息时，所述发起CPE丢弃所接收到的下行链路多播消息。
9.如权利要求1所述的系统，其中，所述基站创建多播服务流以在单个信息突发中将所述下行链路多播消息发送到由相应的组标识符标识的所述CPE。
10.如权利要求1所述的系统，其中，在所述基站中存储的所述查找表进一步包含每个电子设备及其关联CPE的MAC地址。
11.如权利要求1所述的系统，其中，所述电子设备使用从由IEEE802.11、IEEE 802.3和IEEE 802.1Q组成的通信标准的组选择的第二通信标准来与所述CPE通信。
12.如权利要求1所述的系统，其中，与CPE关联的至少一个电子设备具有与同一CPE关联的所述电子设备中的另一电子设备不同的组标识符。
13.如权利要求1所述的系统，其中，所述基站监视在所述无线端口上发送和接收的消息，并且用标识以所述第一通信标准接收和发送消息的CPE的MAC地址来填充所述查找表。
14.如权利要求1所述的系统，其中，所述基站具有第二端口，用于以第二通信标准发送和接收信号；所述第二端口是有线端口；并且
其中，所述基站监视去往和来自有线端口和所述无线端口的消息以便填充所述查找表。
15.如权利要求14所述的系统，其中，所述第二通信标准选自由IEEE802.3(以太网)、IEEE 802.1Q(VLAN标记)组成的有线通信标准的组。
16.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一通信标准符合IEEE802.16标准(WiMAX)。
17.一种使用时分复用以第一通信标准在多个客户端设备(CPE)之间无线地传送多播消息的方法，所述CPE中的每个具有唯一MAC地址，所述方法包括如下步骤：
从所述多个CPE的发起CPE向基站发送上行链路多播消息，所述基站具有无线端口，用于以所述第一通信标准和使用TDM向所述多个CPE中的每个发送和接收无线信号，所述基站在其中存储了包含所述多个CPE中的每个的所述MAC地址的查找表以及用于每个CPE的至少一组标识符，所述组标识符唯一地标识CPE组，其中，所述发起CPE能够指定特定CPE组以通过将相应的组标识符放在所述上行链路多播消息中来接收所述多播消息；
在所述基站接收所述上行链路多播消息；
在所述基站，使用在所述基站存储的所述查找表将所述上行链路多播消息转换成下行链路多播传送消息；以及
通过所述基站，将所述下行链路多播消息传送到将它们的MAC地址存储在所述查找表中并且在所述上行链路多播消息中标识出的所述CPE；
其中，至少一个CPE具有与之关联的一个或多个电子设备，每个电子设备具有唯一地标识与所述CPE关联的所述电子设备的MAC地址。
18.如权利要求17所述的方法，其中，通过所述基站将所述下行链路多播消息传送到所述多个CPE的所述步骤包括：将所述下行链路多播消息传送到将它们的MAC地址存储在所述查找表中的所有CPE，包括所述发起CPE。
19.如权利要求18所述的方法，进一步包括：
在所述发起CPE，识别出所述下行链路多播消息对应于先前由所述发起CPE发送的所述上行链路多播消息；以及
由所述发起CPE丢弃所接收到的下行链路多播消息。
20.如权利要求17所述的方法，进一步包括：
由所述基站监视在所述无线端口上发送和接收的所述消息，以便确定以所述第一通信标准来接收和发送消息的CPE的MAC地址；以及
用标识以所述第一通信标准接收和发送消息的CPE的MAC地址来填充在所述基站存储的所述查找表。
21.如权利要求17所述的方法，其中，所述基站包括用于以第二通信标准来发送和接收信号的有线端口；并且
其中，所述方法进一步包括：
由所述基站监视在所述无线端口和所述有线端口上发送和接收的消息，以便确定以所述第一通信标准来接收和发送消息的所述CPE的所述MAC地址；以及
用标识以所述第一通信标准接收和发送消息的CPE的MAC地址来填充在所述基站存储的所述查找表。
22.如权利要求17所述的方法，其中，与CPE关联的至少一个电子设备具有与同一CPE关联的所述电子设备的另一电子设备不同的组标识符。
23.如权利要求21所述的方法，其中，所述第二通信标准选自由IEEE802.3(以太网)、IEEE 802.1Q(VLAN标记)组成的组。
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