CN1572092A - 高密度无线电接入系统 - Google Patents

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CN1572092A
CN1572092A CNA028206770A CN02820677A CN1572092A CN 1572092 A CN1572092 A CN 1572092A CN A028206770 A CNA028206770 A CN A028206770A CN 02820677 A CN02820677 A CN 02820677A CN 1572092 A CN1572092 A CN 1572092A
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L·O·约翰松
D·E·卡尔松
R·J·格塞尔
B·O·罗德里克
W·E·小沃森
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Abstract

本发明提供一种高密度的无线电接入系统，包括：接入点控制器，具有主连接处理器和扇区服务质量处理器；可通信地耦合到接入点控制器的一个或多个多链路控制器；可通信地耦合到每个多链路控制器的一个或多个无线电收发信机；可通信地耦合到每个多链路控制器的一个或多个收发信机的组合器；和可通信地耦合到组合器的全向天线。本发明提供资源的不对称分配、资源的动态分配、多扇区内的负载平衡、高密度环境和QoS调整以及每个小区、每个扇区和每个系统的分类化。

Description

高密度无线电接入系统
技术领域
本发明一般涉及通信领域，尤其涉及高密度无线电接入系统。
背景技术
运动和娱乐场所在手持无线技术方面通常未被提供完善的服务。即使娱乐是并将继续是在移动互联网上发送的最大量的内容，这一直是事实，在美国，运动和娱乐的收入数额庞大并相当稳定，将来也是这样。这些场所不能被提供完善服务的原因在于，向较旧的设备添加高密度无线电接入系统的成本以及安装大量接入点的复杂性，而这些接入点是向参加运动和娱乐活动的众多群众提供服务所必需的。此外，高密度无线电接入点将仅在固定公用接入网络(“PAN”)或微微网络环境内工作。因此，未很好地建立在大型动态室内/室外场所中接入点的使用。而且，也没有完全解决在这样的接入网络内大量手持式设备的动态移动问题。
因此，需要一种可升级、经济并支持在距离(覆盖区域)和密度方面灵活的超大型无线多媒体网络的高密度无线电接入系统。此外，需要这样一种系统，它使新类型的接入点和服务器能够使用无线电技术动态地建立、组织和管理大型特设室内和室外网络。
发明内容
本发明提供一种可升级、经济并支持在距离(覆盖区域)和密度方面灵活的，诸如BluetoothTM(蓝牙)的超大型无线多媒体网络的高密度无线电接入系统。本发明还使新类型的接入点和服务器能够使用无线电技术动态地建立、组织和管理大型特设室内和室外网络。尽管本发明可应用于任意一种特设无线电接入系统，但是将参考使用短距离无线射频(RF)通信应用所用的蓝牙通信技术的大型运动和娱乐活动来描述本发明。在www.Bluetooth.com或www.Bluetooth.net上可以找到蓝牙规范。蓝牙网络可以提供比2.5代无线网络和某些第三代无线网络更高速度的吞吐量。此外，蓝牙比第三代无线或802.11无线的基础设施更节省成本。因此，本发明的启动成本很低，并易于安装、维护、即插即用和扩容。本发明提供能够执行来自任一活动移动设备的交互式语音和数据通信的标准化、低功率和高速无线接口。
本发明允许技术能力通常较差的大型场所向使用手持式无线设备的大型活动的观众提供下述先进的多媒体技术业务中的一些或全部：数字编码视频或音频广播、特殊现场数字编码视频馈送、广播通知、活动食品和/或商品的销售、即时消息、实时统计、浏览专用万维网入口、地图和定位助理以及语音通信。本发明提供了一种经济的方式使球队、活动、体育场、竞技场或其它设施能够以独特的经济方式将这些先进的多媒体技术业务发送给活动的参与者。因此，本发明简化了后勤部署，并提供了更经济的诸如蓝牙的短距离无线解决方案的实现方式。
用户使用诸如蜂窝电话、智能电话、袖珍个人计算机(“PPC”)或个人数字助理(“PDA”)等无线设备来处理来自诸如蓝牙的短距离无线链路的先进数字编码多媒体数据。典型的手持式设备最好将具有话音能力和简单的液晶显示器(“LCD”)。使用这些设备向设施/球队/活动的所有者提供设备租用/销售的附加收入、促进球队/活动的商品推销、推进特许、互联网销售、刺激门票和商品销售、新的高技术实验以及其它设施业务的便利。本发明还可以提供PSTN/PLMN业务和公用无线话音和数据业务。本发明提供资源的不对称分配和资源的动态分配。
此外，本发明提供一种高密度的无线电接入系统，它包括：一个接入点控制器，它具有主连接处理器和扇区服务质量处理器；可通信地耦合到接入点控制器的一个或多个多链路控制器；可通信地耦合到每个多链路控制器的一个或多个无线电收发信机；可通信地耦合到每个多链路控制器的一个或多个收发信机的组合器；和可通信地耦合到组合器的全向天线。本发明还包括下述服务质量(QoS)的首创性：多扇区高密度环境内的负载平衡以及每个小区、每个扇区和每个系统的QoS均匀化和QoS分类。本发明提供一种新的接入点，它具有：(1)动态无线电覆盖能力；(2)到用户的最佳吞吐量等级(维持最大数据速率)；(3)适合于用户移动和密度；(4)可变主干联网能力。
附图说明
通过结合附图参考下述说明书可以更好地理解本发明的上述和其它的优点，在附图中：
图1是根据本发明一种实施例的高密度无线电接入系统的方框图；
图2是根据本发明一种实施例的高密度无线电接入系统的方框图；
图3是图示根据本发明一种实施例的高密度无线电接入系统的硬件平台的方框图；
图4是图示根据本发明一种实施例的高密度无线电接入系统的软件平台的方框图；
图5图示根据本发明一种实施例的接入点的扇区化；
图6A是根据本发明一种实施例的使用定向天线的多链路控制器的方框图；
图6B是根据本发明一种实施例的使用全向天线的多链路控制器的方框图；
图7是根据本发明一种实施例的在多收发信机和基带控制器之间的接口的方框图；
图8是根据现有技术的负载共享方案的方框图；和
图9A和图9B是根据本发明一种实施例的负载共享方案的方框图。
具体实施方式
虽然在下文中详细地讨论了本发明各种实施例的实现和使用，但是显然本发明提供了可以在各种环境下实现的许多种可应用的创造性概念。在此所讨论的具体实施例仅仅说明了实现和使用本发明的具体方式，并不限定本发明的范围。尽管将参考使用短距离无线射频(RF)通信应用所用的蓝牙通信技术的大型运动或娱乐活动的场所来描述本发明，但是本发明也可以应用于任一种特设无线电接入系统。
本发明提供一种可扩容、经济并支持在距离(覆盖区域)和密度方面灵活的，诸如BluetoothTM(蓝牙)的超大型无线多媒体网络的高密度无线电接入系统。本发明还使新类型的接入点和服务器能够使用无线电技术动态地建立、组织和管理大型特设室内和室外网络。在www.Bluetooth.com或www.Bluetooth.net上可以找到蓝牙规范。蓝牙网络可以提供比2.5代无线网络和某些第三代无线网络更高速度的吞吐量。此外，蓝牙比第三代无线或802.11无线的基础设施更节省成本。因此，本发明的启动成本很低，并易于安装、维护、升级和扩容。本发明提供能够执行来自任一激活移动设备的交互式语音和数据通信的标准化、低功率和高速无线接口。
蓝牙无线电设备内置在微型芯片内，并在确保全球通信兼容性的全球可用的频段内工作。蓝牙规范具有三种规定的功率操作等级：覆盖房间内较小个人区域的至多10米的低功率电平；可以覆盖至多100米的中间距离的高功率电平，例如在家中和公共建筑内。内置在每个微型芯片内的软件控制和识别编码，确保仅由其所有者预先设置的那些单元可以相互通信。蓝牙无线技术支持点对点和点对多点的连接。根据当前的规范，最多能够设置七个“从”设备与一个设备内的“主”无线电设备通信。可以建立若干个这样的“微微网络”，并在特设“分散网络”内将它们链接在一起，从而允许在始终灵活的结构内的通信。同一微微网络内的所有设备优先同步，但是在任何时候都可以设置其它设备进入该网络。最好将此拓扑结构描述为灵活的多微微网络的结构。
图1是根据本发明一种实施例的高密度无线电接入系统的方框图。该系统100包括可通信地连接到一个或多个无线电网络交换机104的业务和应用平台102。每个无线电网络交换机104然后可通信地耦合到一个或多个接入点106。每个接入点106可以通过无线通信链路与一个或多个手持式设备108通信。业务和应用平台102处理先进的配置业务、接入管理、数据库、网络性能管理、越区切换管理、定位、以太网连接、网络业务接入、用于PLMN/PSTN接入的网关和代理功能、互联网接入和安全管理。业务和应用平台102包括生产控制模块110、应用服务器112及媒体和内容服务器114。应用服务器112通过应用程序接口(“API”)116可通信地耦合到媒体和内容服务器114。内容提供者馈送118可通信地连接到生产控制110和一个或多个数据库120。类似地，现场提供者馈送122可通信地连接到生产控制110和一个或多个数据库120。应用服务器112可通信地耦合到互联网124。
内容提供者、广告商/赞助商、活动/场所拥有者、活动/球队拥有者、设备提供者和应用/服务提供者全都可以使用本发明来从运动和娱乐活动的参与者身上获益。系统100允许技术能力通常较差的大型场所，例如大会堂、音乐厅、体育场、跑道、竞技场、活动中心、会议中心、购物中心、娱乐场、游乐园、冬季运动场、博物馆、公共场所和高尔夫球场，向使用手持式无线设备108的众多活动参与者提供下述先进的多媒体技术业务中的一些或全部：数字编码视频或音频广播、专用现场数字编码视频反馈、广播通知、活动食品和/或商品的销售、即时消息、实时统计、浏览专用万维网门户、地图和位置助理以及网络内或到/来自PSTN/PLMN网络的话音通信。数字编码视频和音频反馈可以包括即时重放、实况电视、可选视角视频(“helmet cam(头盔式摄像机)”或“catcher-cam(捕捉式摄像机)”或“in-car(车内)”摄像机)或多玩家游戏。手持式设备还可以包括允许用户拍摄数字照片的数字摄像机。本发明能够使球队、活动、体育场、竞技场或其它设施向活动参与者发送这些先进的无线业务。因此，本发明在内容提供者、应用程序开发商、业务提供者、场所拥有者、活动/球队所有者、设备提供者和客户之间提供一条利润链。
用户使用诸如小区电话、智能电话、袖珍个人计算机(PPC)或个人数字助理(PDA)的无线手持设备108来处理来自诸如蓝牙的短距离无线链路的先进数字编码多媒体数据。典型的手持设备108最好具有话音能力和简单的液晶显示器(LCD)。典型的手持设备108还可以接受智能卡或提供双向无线电功能。如果手持设备108已经内置了一个小型数字摄像机，则用户可以在设施的临时万维网站上存储图片以从家中或在离开该地点时(通过CD或软盘)来提取。手持设备108可以是JAVA设备以快速地装载并执行应用程序。本发明还允许场所的所有者根据从手持设备108获得的信息获取用户概况和执行市场分析。使用这些手持设备108给场所的所有者提供了来自设备租赁/销售、球队/活动提高的商品化、电子商务销售、促销许可、互联网销售、推动票务和商品销售、新的高技术实验和设施业务的其它便利的额外收入。
现在，参考图2，图示根据本发明一种实施例的高密度无线电接入系统的方框图。如图1所示，业务和应用平台102包括生产控制模块110、应用服务器112及媒体和内容服务器114。应用服务器112通过应用程序接口(API)116可通信地耦合到媒体和内容服务器114。媒体和内容服务器114可通信地耦合到一个或多个数据库120和路由器202。路由器可通信地耦合到互联网124。在超大型系统中，路由器202可通信地耦合到第二交换机204，它可通信地耦合到一个或多个第一交换交换机104。在较小的系统中，路由器202可通信地耦合到一个或多个第一交换机104。每个第一交换机104然后可通信地耦合到一个或多个接入点106。每个接入点106可以通过无线通信链路与一个或多个手持设备108通信。如图所示，媒体和内容服务器114和路由器202之间、路由器202和第二交换机204之间和第二交换机204与一个或多个第一交换机104之间的通信链路是一条千兆比特以太网连接。各个接入点106和第一等级交换机104之间的连接可以是10/100千兆比特以太网连接。可以将每个接入点106划分成(但并不限制于)16个微微网络，每个微微网络为最多七个有源手持设备108服务，如图所示，每个接入点106总共有112个设备108，但是并不仅限于112。
现在参考图3，图示了根据本发明一种实施例的高密度无线电接入系统的接入点硬件平台300的方框图。接入点控制器302由中央处理单元(CPU)304及总线外围设备控制器306控制。接入点控制器302还包括闪存306、同步动态RAM(SDRAM)308和串行端口310。闪存306用于编码存储及非易失性配置信息。图示了大容量的快速SDRAM以允许存储与该单元所连接的所有用户相关的协议和链路状态。当将更多的特征添加给该系统300时，可以扩展SDRAM 308的容量以容纳这些特征。接入点控制器302还连接到PCI总线312。如前面所描述的，可以通过使用可配置容量的SDRAM 308来轻易地升级接入点控制器302以存储用户和程序数据。因为提高了接入点控制器302的性能，可能需要更多的存储器，这驱动了支持不同存储器结构的需要。驱动这一特征需要的是将来的软件升级。系统300支持简单文件传输协议(TFTP)以提供远程软件升级能力。而不需要向每个网站都派出技术人员来装载新的软件。最后，系统300根据业务提供54者网络的常规I/O要求来支持用户数据到各个位置的路由选择。可以将常规I/O模块放置在接入点控制器302上以提供这种能力。然后，配置该软件以根据需要将数据择路发送给这些I/O模块。通常，随着系统扩容，核心软件结构在添加新的特征时保持不变。
将100兆比特以太网控制器314连接到外围设备组件互连(PCI)总线312，该总线用作到网络其余部分的接入点控制器302的连接。100兆比特以太网控制器314可以是CPU 304而非PCI设备的组成部分。接入点控制器302并不因为以太网316是到其余网络的唯一连接而完全依赖于它。可以向接入点控制器302添加专用迂回信程接口318，以便光纤电缆或甚至无线3G连接适应提供者的需要。
将一个或多个多链路控制器(MLC)连接到PCI总线312。每个MLC320连接并管理在公用总线322上组合在一起的一个或多个蓝牙收发信机324。MLC 320控制接入点控制器302(主CPU)和收发信机324之间的接口以及收发信机通信总线(TCB)322上的业务，可以将所述总线实施为通用串行总线(USB)。TCB 322可以控制在单条总线上的最多127个收发信机324。MLC 322包含用于为接入点控制器302和收发信机324存储输入和输出消息的寄存器组或存储器。MLC 320存储消息并允许接入点控制器302访问和提取消息。MLC 320还将从接入点控制器302接收消息，并将这些消息发送给适当的收发信机324以发送给手持设备。接入点控制器302和MLC 320之间的消息业务可以使用轮询或中断来实现。如果使用轮询，接入点控制器302将周期性地确定MLC 320是否具有需要发送给接入点控制器302以处理的任何数据。如果使用中断，这是一种更有效的处理，MLC 320向接入点控制器302发送一个中断，表示存在需要由接入点控制器302提取以处理的数据。因此，MLC 320向接入点控制器302隐藏了收发信机324的细节。没有MLC 320，接入点控制器302将必须并行地处理所有的收发信机324。因此，MLC 320降低了接入点控制器302的处理负载，并提高了结构的灵活性。
MLC 320还可以在不中断系统300的情况下发现收发信机324的实时添加或删除。当添加新的收发信机324时，MLC 320接收一个中断，该中断改变MLC 320内的设备状态寄存器，表示已经检测到新的设备。MLC 320给该设备分配一个存储器访问寄存器，它用作I/O端口。然后，在新建立的端口上发送或接收消息或数据。将这个信息存储在接入点控制器302内的收发信机数据库434内(图4)。因此，MLC 320支持即插即用收发信机324的设备扩展。此外，MLC 320的模块化设计允许实现高密度无线电接入系统，并逐级升级以降低成本和安装时间。
使用现有的蓝牙硬件，每个收发信机324具有它自己的基带链路控制器、RAM和闪存，它处理链路管理器协议。如果将连接到MLC 320的每个收发信机324的基带链路控制器功能移入MLC 320，这将简化收发信机324的设计。因而，MLC 320将多个收发信机324的链路控制器组合成一体，降低系统的复杂性。同时，MLC 320允许这样的多个控制，例如用于最大化系统性能的跳频序列。
现在参见图4，图示根据本发明一种实施例的高密度无线电接入系统的软件平台400的方框图。蓝牙标准定义了用于传输IP业务的协议，因此，在这个系统400内支持这些协议，此外，系统400控制用于在随机时间上进出的多个用户的蓝牙连接，这促使建立用户数据库402。用户数据库402包含每个用户的标识和当前状态以及该堆栈内的用户位置。用户数据库402还可以存储相关的MLC/收发信机端口信息。
可以向系统400添加或从其删除收发信机324(图3)，因此，使用即插即用型连接管理器404来自动检测每个MLC 320的结构(图3)。以太网端口406不仅用于支持用户数据业务，而且支持基站控制器业务(BSC通信)408、SNMP 410和DHCP 412。BSC通信408处理诸如接入点内切换和接入点内的动态扇区管理等先进特征的相关控制信息。BSC通信408与高层实体通信以提供接入点之间的协调。SNMP 410是管理网络协议。DHCP 412是动态IP寻址协议。蓝牙服务器458内的业务发现协议(SDP)是发现在一个设备上何种业务可用的发现协议。使用以太网接口406能够实现其它的支持实体，例如远程请求联机层和TFTP能力。
驱动器软件414和416被图示为支持用于迂回信程业务的常规接口。扇区QoS处理器(SQH)或业务调度器418管理提供给每个用户及每个扇区的业务质量。所有到和来自手持设备的通信通过SQH 18，它主要调节所有到和来自用户的消息，以根据QoS参数调节每个用户的容量y。SQH 418通常将拥有几种排队能力。如果SQH 418靠近接入点(TBC/MLC设备驱动器426)，则降低了QoS开销，避免网络内的查询过多和处理反向排队机制。MLC 324还将提供一些本地QoS功能，以确保一个收发信机不会获得所有的消息。还通过蓝牙协议栈内的主计算机接口(HCI)层上的L2CAP层来执行用户QoS协议。在用户数据库402内的QoS数据444中存储用户可以选择预定的不同类型的QoS。此外，串行端口402能力可以用于本地Q&M支持422及初始化与配置424。
例如，当蓝牙用户试图与这个网络之外的网站IP地址数据库通信时，向用户分配一个IP地址。此后，无论何时进入一个带有已动态分配给用户的特定IP地址的TCP/IP分组时，用户数据库402将知道它是哪一个用户，收发信机数据库434将知道哪一个收发信机324(图3)当前在与该用户通信，随后，主连接处理器(MCH)428将使用SQH 418向该特定MLC 320(图3)发送消息。MLC 320(图3)确定哪一个收发信机324(图3)当前在处理该用户，并将消息发送给该收发信机324(图3)，收发信机324随后在蓝牙连接上将该消息发送给该用户。
MLC驱动器426使用直接存储器访问(DMA)引擎来最小化处理器上的负载。这个软件结构依靠两个主要的设计块来传送和处理该系统内的蓝牙数据。MCH 428通过标准蓝牙协议栈430和432在与系统内的每个主收发信机324相关的两个方向上传送数据。MCH 428从作为HCI层的底层蓝牙栈324接收数据，并通过此栈处理该数据直到数据看起来是PPP或IP分组的位置。MCH 428将处理后的分组放置在顶部蓝牙栈430以发送给I/O复用器450。I/O复用器450通过PPP协议452、网络栈(TCP/IP和UDP)454和以太网驱动器将该消息发送给网络。
MCH 428通过使用主收发信机数据库434获知与数据相关的蓝牙主发射机324。系统内每个用户的当前状态由用户连接管理器436监视，并存储在用户数据库402内以由系统内的各个实体使用。用户蓝牙协议栈438、蓝牙设备地址440、IP地址442、QoS参数444的相关信息和端口分配信息446全都作为单个用户表目448存储在用户数据库402内。MCH 428向/从扇区QoS处理器(SQH)418传送蓝牙数据以控制向下到从属级的普通业务流。
SQH 418基本上是一个业务调度器，它具有在不同扇区以及不同用户之间分配优先权的能力。扇区优先权在网络规划和配置中平衡每个扇区间的负载非常有用。蓝牙业务提供者(BSP)可能发现接入点或基站的一个扇区比其它的扇区更忙。SQH 418可以被配置以给这个扇区的用户提供较高的优先权，从而符合所需要的服务质量参数。SQH41 8还可以执行用户优先权化，以给可能已向某种质量的业务付费的个人用户提供较高的优先权。然后，SQH 418使用MLC驱动器426以实际地发送和获取蓝牙连接数据。
系统内的运行收发信机324将向CPU 304通知已经接收到从连接请求。一旦建立这个到接入点控制器302的第一初始连接，则收集大量先前描述的信息。一条主要的信息是蓝牙设备的地址440，它标识实际的最终用户。可以使用这个地址以从本地数据库和位于基础网络内其它地方的数据库获取用户概况/帐户政策数据，从而确定是否应当连接或拒绝用户，以及当协商连接质量时所使用的QoS限制。该地址标识在连接的使用期限内所述数据最终相关的对象。
系统400还跟踪从机连接到的物理收发信机端口。这包括MLC 320以及TCB 322上的主收发信机324的位置。SQH 418和MLC驱动器软件426使用这一信息来确定获取并发送特定收发信机324的数据的位置。如先前所描述的，随后在SQH 418和MCH 432之间传送数据。MCH432处理标准蓝牙协议栈。最低层是主控制器接口(HCI)层数据，在此建立基本连接并处理低级安全请求。下一层是逻辑链路控制和适配协议(L2CAP)，它装配输入分组并确定这个用户数据最终的目标。可以将这个数据指定给蓝牙业务发现协议(SDP)层、蓝牙串行端口仿真(RFCOMM)层、蓝牙网络封装协议(BNEP)，或者可以是其它一些销售商专用的蓝牙协议。使用SDP层来发现在一个设备上可用的业务；在这种情况下是在接入点或基站上可用的业务。然后，用户可以请求使用这些业务之一，这将很可能是RFCOMM或IP分组封装协议。
RFCOMM是当前建立IP“网络”连接的标准方法，并由蓝牙规范中的LAN接入概述来规定。将通过RFCOMM传输的数据发送给I/O复用器模块450，它负责将该数据择路发送到正确的目的地。这个目的地通常将是PPP 452和TCP/IP堆栈454，由其将数据在以太网上发送给某个目的地。然而，一些BSP设备可能包括常规的迂回信程接口414和416，例如光纤或蜂窝无线以提供网络接入。一些BSP甚至可以包括通过这些I/O端口414和416提供的专用业务。I/O复用器450知道如何配置用户，并将合适地择路发送数据。
通过以太网接口406来支持除了蓝牙用户数据之外的业务。连接登记依靠用户概况文件来确定是否应当允许请求一条新连接的蓝牙设备。用户概况数据客户机456将访问本地数据库以及位于网络内某一位置上的中央数据库服务器，从而使用以太网接口406来支持这个登记活动。由用户从设备执行的另一个“连接时间”活动将是访问本地SDP服务器458。如上所述，SDP服务器458确定何种蓝牙业务通过这个接入点或基站可用。SDP服务器458可能必需通过以太网接口406被配置和更新，以反映网络的当前状态。通过以太网接口406提供DHCP412业务以支持接入点(基站)和连接到接入点(基站)的用户的IP地址配置。SNMP 410是接入点(基站)所支持的另一种业务，它向网络管理员提供维护和管理功能以监视和控制接入点(基站)的状态。称作BSC通信的另一个接口模块408允许在基站的链路控制管理器(LCM)460和BSC之间传输与诸如越区切换和动态扇区管理等先进特征有关的控制信息。使用这一接口可以登录扇区活动概况表，这允许管理员分析活动数据，并优化接入点(基站)的配置。LCM 460用作处理请求建立或中断连接(呼叫建立和拆线)的接口。
如先前所讨论的，所介绍的结构通过使用称作MLC 320的接口模块来隔离收发信机部分与其余的设计部分。这非常重要，因为它使升级接入点(基站)的收发信机能力所导致系统其余部分的改变量最小。当BSP的用户库增加时，提供商自然希望能够使用同一接入点(基站)处理多个用户。蓝牙主机仅能够同时处理7个工作从机，因此，这限制了单个收发信机324的容量。通过允许向系统添加收发信机模块来设计接入点(基站)内的硬件/软件结构以克服这一限制。MLC 320和TCB 426知道哪些收发信机被连接，并向主CPU通知当前的配置情况。监视这种配置、更新主收发信机数据库和向MCH 428和SQH 418通知出现一个新的主收发信机物理端口是即插即用连接管理器404的职责。然后，MCH 320可以建立与新收发信机324的通信，确定收发信机的类型和蓝牙空中接口修订编号，然后启动正确的蓝牙协议栈以配置该设备，并开始服务于从连接。可以设计TCB硬件接口426以便收发信机是“可热交换的”，允许如果需要的话则在工作系统上完成这些维护和管理工作。
现在参见图5，图示了根据本发明一种实施例的接入点的扇区化。接入点或MLC 320最多可以具有四个扇区502、504、506和508，每个扇区502、504、506和508最多可以支持四个微微网络510、512、514和516，每个微微网络510、512、514和516可以处理七个活动从机518、520、522、524、526、528和530，每个微微网络510、512、514和516可以处理255个暂停从机。MLC 320是可以不对称扩容的，以便MLC 320内的每个扇区502、504、506和508可以被配置具有不同数量的微微网络510、512、514和516，最多四个。MLC 320在扇区502、504、506和508内的微微网络510、512、514和516之间不均匀地分配负载，从而较好地处理带宽请求。MLC 320通过在所有的微微网络510、512、514和516之间均匀地分配新设备以确保QoS(负载共享)，从而提供收发信机容量的电子分配。MLC 320还可以限制每个微微网络510、512、514和516的活动设备的数量以确保QoS。这确保了要求宽带宽的应用程序的QoS。扇区502、504、506和508内的每个微微网络510、512、514和516可以允许不同数量的活动设备。收发信机324是可扩容、可升级和即插即用的。存储器和主干链路解决方案也是可扩容的。无线主干链路可以使用能够处理业务容量的任何高带宽无线点对点解决方案。此外，可以使用中继器来延长无线主干链路的距离。而且，可以通过用于远程或室外位置的电池和/或太阳能来操作低功率接入点300，同时使用蓝牙分散网或其它的用于远程操作的无线主干连接。
如先前在图3中描述的，将单个收发信机324连接到TCB 322。系统内的每个MLC 320负责在所有与其连接的收发信机324和主CPU304之间传送数据。MLC 320将最好包含一条带有RAM 326和闪存的公用链路控制器以处理特定数量的收发信机。根据设计MLC 320的具体方法，TCB 322可以是到每个收发信机调制解调器324的单条连接(参见图6A)，或者是处理支持所有的连接收发信机324所需要的业务速率的公用总线(参见图6B)基带或链路控制器704可以是系统中每个收发信机324的一部分或MLC324的一部分(见图7)。大多数蓝牙收发信机链路控制器的公共特征是支持在12Mb/s上运行的USB。假设1Mb/s的蓝牙链路，粗略的计算将把TCB 322上的设备数量限制到12。然而，这个数量实际上稍高，因为由于协议开销，实际的蓝牙数据速率较低。这将允许TCB 322成为用于连接到同一MLC 320的所有收发信机324的公用总线。MLC 320可以具有在本地RAM 326内缓冲数据的能力，直到可以将该数据发送给主CPU存储器(306或308)或收发信机324。这种结构使改进的MLC 320对系统其余部分产生的影响最小化。如果MLC 320是带有存储器缓冲器的简单USB集线器或者带有RAM和闪存的完整多链路蓝牙控制器，则对系统的其余部分不会产生影响。
现在参见图6A，图示根据本发明一种实施例的使用定向天线的多链路控制器的方框图。多收发信机ASIC 600是多链路控制器320的一部分(图3)，并包含一个或多个蓝牙无线电设备602、604和606。无线电设备602可通信地耦合到发射机/接收机608，它又可通信地耦合到交换机614，交换机614可通信地耦合到定向天线620。类似地，无线电设备604可通信地耦合到发射机/接收机610，它可通信地耦合到交换机616，交换机616可通信地耦合到定向天线622；无线电设备606可通信地耦合到发射机/接收机612，它可通信地耦合到交换机618，交换机618可通信地耦合到定向天线624。
现在参见图6B，图示根据本发明一种实施例的使用全向天线的多链路控制器的方框图。多收发信机ASIC 600是多链路控制器320的一部分(图3)，并包含一个或多个蓝牙无线电设备602、604和606。无线电设备602可通信地耦合到发射机/接收机608，它又可通信地耦合到交换机614。类似地，无线电设备604可通信地耦合到发射机/接收机610，它可通信地耦合到交换机616；无线电设备606可通信地耦合到发射机/接收机612，它可通信地耦合到交换机618。交换机614、616和618可通信地耦合到组合器/分割器626，该组合器/分割器626又可通信地连接到全向天线628。
现在参见图7，图示根据本发明一种实施例的多收发信机和基带控制器之间接口的方框图。多收发信ASIC 600是多链路控制器320的一部分(图3)，并包含具有改进灵敏性的一个或多个蓝牙无线电设备602、604和606。多收发信机ASIC 600通过高速总线704可通信地耦合到基带控制器702。多收发信机ASIC 600还可通信地耦合到13MHz晶体时钟706。基带控制器702连接到TCB总线322(图3)，将其图示为USB总线。除了时钟706通常是外部的之外，所有这些单元都可以集成到一个或多个芯片或印刷电路板上。
现在参见图8A，图示根据现有技术的负载共享方案的方框图。诸如802、804、806或808的典型蓝牙“接入点”包含能够与至多七个用户从设备通信的单个主收发信机。每个接入点802、804、806和808连接到以太网迂回信程810。在七个用户之间共享大约720千比特/秒的下行链路数据传输速率。例如，第一接入点802的下行链路数据速率是144千比特/秒，因为存在五个连接用户；第二接入点804的下行链路数据速率是120千比特/秒，因为存在六个连接用户，第三接入点806的下行链路数据速率是720千比特/秒，因为存在一个连接用户，而第四接入点808的下行链路数据速率是240千比特/秒，因为存在三个连接用户。尽管对于仅有若干用户的小型个人局环境来说，这可能足够了，但是它并非高密度环境的合理解决方案，因为在这种环境下成百上千个用户需要蓝牙接入。在蓝牙规范中规定了七个从设备的限制，这是不能改变的。因此，必需使用更多的接入点收发信机来容纳大量的潜在从用户。
蓝牙设备连接处理通常涉及用户812首先发出蓝牙查询消息。通常，所有的接入点收发信机802、804、806和808通过执行查询扫描来查找这些查询消息。一旦发现查询消息，则它们将通过声明它们存在来进行响应。随后，用户设备812将知道存在哪些收发信机802、804、806和808，并可以继续寻呼其中之一。
现在在此参考本发明，图9A和图9B是根据本发明一种实施例的负载共享方案的方框图。为了使提供给新用户902的QoS最大化，应当选择在其微微网络内具有最少从设备的接入点或收发信机904、906、908或910。新的用户设备902并不知道有多少个设备已经连接到每个可用的接入点收发信机904、906、908或910。如果新的用户902发出蓝牙查询消息，则连接到可见的接入点收发信机904、906、908或910中的任意一个，这个用户902将非常可能会加入已经存在若干用户的微微网络。在这种情况下，终端用户902将不能获得系统可以提供的最佳QoS。
在连接时间上，用户设备902仅发出查询并寻呼连接到该系统的消息。这取决于这个设备902确定寻呼哪个接入点收发信机。在没有网络侧协助的情况下，用户设备不能立即选择出具有最宽松微微网络的接入点收发信机。所需要的协助可通过高密度的蓝牙本地控制硬件和相关软件912的形式提供，它提供了在若干集成蓝牙收发信机904、906、908和910上的同步和控制。
集成蓝牙收发信机904、906、908和910可以被调度以通过分布方式来执行查询扫描，以便在一段时间之后响应于查询的收发信机是具有最大可用带宽的收发信机904、906、908或910。这提高了平衡每个微微网络内的负载的概率以及新用户设备902将连接到向其提供最佳服务质量的收发信机904、906、908或910的概率。而且，因为在一段时间之后所述查询扫描将分布在若干接入点(基站)收发信机904、906、908和910之中，所以降低了由于执行查询扫描所导致的每个收发信机904、906、908和910的操作。
如图8B所示，这个连接时间负载均衡可以采用另一个步骤。用户设备922不必首先执行查询，因此，可直接向特定蓝牙收发信机924发送一个寻呼消息。本地接入点(基站)控制硬件932将从收发信机924接收到这个连接请求的通知。一旦检查了接入点(基站)内其它收发信机926、928和930上的负载，控制器932就可以选择拒绝此连接请求。这是可能的，因为必需维护收发信机924提供给其当前用户的当前业务质量，或者因为接入点(基站)内的其它收发信机926、928和930能够提供更好的业务质量。
然后，强制用户设备922发现并连接到另一个收发信机930。如在前面段落中所讨论的，用户新的查询将返回可用于连接的接入点(基站)收发信机930。通过执行这个连接拒绝操作，实现了在所有接入点(基站)收发信机924、926、928和930上的均匀负载。可以使用SQH 418(图4)和MCH 428(图4)来实现控制器932。当特定扇区因为特定用户的传输而过载时，通过确定不在广播信道上传输，也可以改善QoS。
实际上可以将蓝牙内的微微网络或信道描述为主设备和从设备之间通信所用的载频序列。主设备和连接到该主设备的所有从设备在一起每秒钟跳变1600次，同时来回发送数据。蓝牙实现了伪随机的跳频方案。在基本术语中，伪随机是指随机出现的但当已知用于生成“随机”序列的一些实体时实际上是可以预测的序列。频率值的随机序列从79个可用频率的规定组中获取。所有的设备从这个预定组中提取它们的跳频序列。随着同一地理区域内设备的数量增加，两个伪随机序列选中同一载频的机会增加。这引起了导致此时在信道上的数据中断的冲突或干扰状态。然后，将必需执行这个数据的重新传输，因而降低了用户终端的数据速率，因此降低了用户的服务质量。
获知这个信息就很容易理解在单个区域内的主机数量(干扰/冲突)和必须支持的用户数量之间必需进行折中。一些研究表明在单个区域内的主机数量应少于10个，以防止在添加更多的主机时导致数据速率下降。这一研究假定所有的设备都具有高质量的射频部分，实际上并非这种情况。四到五个设备实际上更为理想。
解决这个问题的一种方法是试图控制在同一地理区域内主机所使用的频率跳变序列。目的是最小化微微网络之间冲突的次数，从而提高每个信道的数据吞吐量。用于推导出在蓝牙信道/微微网络内所使用的跳频序列的上述实体是主蓝牙设备地址和主机时钟的数值。然而，在此应当强调，主机和从机设备同时使用这个算法和主机信息来推导所述序列。
蓝牙设备地址包括三个部分：上部地址部分(UAP)、下部地址部分(LAP)和无意义地址部分(NAP)。UAP和NAP定义设备的制造商标识符，是不能改变的。LAP用作物理设备的串行号，由设备制造商分配。跳频算法使用LAP和UAP。因此，此设备地址实际上不能动态地改变，因为它唯一地标识“蓝牙区域”内的设备。
定义信道或频率跳变序列的另一种控制实体是先前所描述的主机时钟。假设连接到一个微微网络即微微网络A的主机设备。现在假设另一组从机，连接到同一主机链路控制器的微微网络B，它遵循与第一微微网络相同的准确跳频序列，但是在时间上延迟。使用偏移主时钟相位的概念，七个从机连接到一个主机，整个微微网络的总带宽将是每个微微网络带宽的总和。这要求蓝牙链路控制器的具体实现方式能够在时钟相位的基础上管理微微网络，并能够在射频部分内处理多个载波频率。从从机的角度来看一切照常。它仅仅是微微网络的一个成员。存在仅仅在时间上偏移的连接到同一主机的其它微微网络。执行寻呼或查询的动作将应用于连接该主机的所有微微网络。
使用这种方法在接入点上生成较大的整体数据速率。然而，与在同一地理区域内的若干独立主机情况几乎相同，这种方法将存在类似的信道冲突问题。仅有79个跳频可用。最终，微微网络A的跳频将匹配微微网络B的跳频，导致同信道干扰，进而导致数据错误，而与它们是否使用同一跳频序列无关。
如上所述，本发明提供资源的不对称分配和资源的动态分配。此外，本发明包括下述的服务质量(QoS)首创性：多扇区内的负载平衡、高密度环境；和每个小区、每扇区和每个系统的QoS分级和分类。本发明提供：(1)一种新的接入点，它具有动态无线电覆盖能力，到用户的最佳吞吐量等级(维持最大数据速率)，适合于用户移动和密度，可变的骨干联网能力，例如电源线通信、通过电池操作的远程站内的操作以及分散网。
虽然已经详细描述了本发明的优选实施例，但是本领域的技术人员将理解在不脱离权利要求书所阐述的本发明的精神和范围的情况下，可以进行各种修改。

Claims (14)

1.一种高密度的无线电接入系统，包括：
接入点控制器，具有主连接处理器和扇区服务质量处理器；
一个或多个多链路控制器，可通信地耦合到接入点控制器；
一个或多个无线电收发信机，可通信地耦合到每个多链路控制器；
组合器，可通信地耦合到每个多链路控制器的一个或多个收发信机；和
可通信地耦合到组合器的全向天线。
2.如权利要求1所述的系统，其中每个多链路控制器包括：
第一接口，可通信地耦合到接入点控制器；
基带控制器，可通信地耦合到第一接口；和
多收发信机ASIC，可通信地耦合到基带控制器，该多收发信机ASIC具有可通信地耦合到每个收发信机的无线电设备。
3.如权利要求2所述的系统，其中基带控制器在时钟相位的基础上管理两个或更多个微微网络。
4.如权利要求1所述的系统，还包括存储器，可通信地耦合到每个多链路控制器。
5.如权利要求1所述的系统，其中接入点控制器还包括：
收发信机连接管理器；和
收发信机数据库，可通信地耦合到收发信机连接管理器和主连接处理器。
6.如权利要求1所述的系统，其中主连接处理器和扇区服务质量处理器执行负载平衡功能。
7.如权利要求1所述的系统，其中将该系统安装在运动场所内。
8.如权利要求1所述的系统，其中将该系统安装在娱乐场所。
9.如权利要求1所述的系统，其中接入点控制器还包括用户数据库，可通信地耦合到主连接处理器。
10.如权利要求1所述的系统，其中一个或多个多链路控制器通过PCI总线可通信地耦合到接入点控制器。
11.如权利要求1所述的系统，其中一个或多个收发信机通过USB总线可通信地耦合到每个多链路控制器。
12.如权利要求1所述的系统，其中接入点控制器包括：
总线控制器；
中央处理单元，可通信地耦合到总线控制器；和
存储器，可通信地耦合到总线控制器。
13.如权利要求1所述的系统，还包括以太网接口，可通信地耦合到接入点。
14.如权利要求1所述的系统，其中该系统使用蓝牙通信协议。
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