DE10394300B4

DE10394300B4 - Verfahren zum Datenübertragen innerhalb eines drahtlosen lokalen Netzes (WLAN)

Info

Publication number: DE10394300B4
Application number: DE10394300.5A
Authority: DE
Inventors: Yossi Erlich; Yaron Rashi
Original assignee: Lantiq Beteiligungs GmbH and Co KG
Current assignee: Intel Germany Holding GmbH
Priority date: 2003-09-11
Filing date: 2003-09-11
Publication date: 2022-02-17
Anticipated expiration: 2023-09-12
Also published as: AU2003267344A1; DE10394300T5; US7551591B2; US20060045053A1; JP2007515825A; WO2005025135A1

Abstract

Verfahren zum Datenübertragen innerhalb eines drahtlosen lokalen Netzes (WLAN), welches gleichzeitig mit weiteren drahtlosen lokalen Netzen (WLANs) in demselben lokalen Bereich betreibbar ist,- wobei jedes drahtlose lokale Netz (WLAN) mindestens einen Transceiver bzw. Sende-/Empfangsgerät aufweist,- wobei ein sendender Transceiver eines drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) ein Signal sendet, welches Daten zu einem empfangenden Transceiver desselben drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) während Datenübertragungsintervallen mit sich ändernden Frequenzbändern befördert,- wobei das Frequenzband mit jedem Datenübertragungsintervall in einer zyklischen Reihenfolge gemäß einer vorher festgelegten Frequenzhopping- bzw. Frequenzsprungfrequenz geändert wird, welche für alle gleichzeitig betriebenen drahtlosen lokalen Netze (WLANs) identisch ist,- wobei die sendenden Transceiver von unterschiedlichen drahtlosen lokalen Netzen (WLANs) unterschiedliche Zeitverschiebungen für den Frequenzsprungzyklus mit Bezug auf einen lokalen Zeitpunkt verwenden, den jeder Transceiver aufweist, um unterschiedlichen Datenübertragungskanäle für die drahtlosen lokalen Netze einzurichten,- wobei jedes drahtlose lokale Netz (WLAN) einen koordinierenden Transceiver (PNC) zum Verwalten des Datenverkehrs innerhalb des drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) aufweist,- wobei die Transceiver ein vorher festgelegtes Synchronisiersignal (sync) während eines periodischen Synchronisierzeitfensters gemäß einer Synchronisierregelsequenz senden oder empfangen,- wobei für jeden Datenübertragungskanal eine vorher festgelegte Synchronisierregelsequenz vorgesehen ist,- wobei das das Synchronisiersignal innerhalb des Synchronisierzeitfensters an einem festen Punkt mit Referenz auf den Beginn des Synchronisierzeitfensters während Synchronisierübertragungsintervallen mit sich ändernden Frequenzbändern übertragen wird.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein drahtloses lokales Netz (WLAN), welches gleichzeitig mit weiteren drahtlosen lokalen Netzen (WLANs) in dem gleichen lokalen Bereich betrieben wird.
Drahtlose lokale Netze (WLAN) stellen eine neue Form von Kommunikationen zwischen Personalcomputern oder anderen Geräten dar, welche digitale Daten versenden wollen. Ein drahtloses Netz ist ein Netz, welches nicht auf Kabel als Kommunikationsmedium baut. Ob verdrilltes Aderpaar, Koax, oder optische Fasern, eine feste Verdrahtung für Datenkommunikationssysteme innerhalb einer Gebäudeumgebung ist teuer und mühsam zu installieren, zu warten und zu ändern. Um diese Nachteile zu vermeiden, übertragen drahtlose Netze Daten durch die Luft bzw. per Funk, indem Signale verwendet werden, die einen breiten Frequenzbereich von einigen MHz bis zu einigen Terahertz abdecken. In Abhängigkeit von der einbezogenen Frequenz weisen drahtlose Netze drahtlose Funknetze, drahtlose Mikrowellennetze und drahtlose Infrarotnetze auf.
Drahtlose Netze werden hauptsächlich zur Verbindung von Geräten innerhalb eines Gebäudes oder zur Verbindung von tragbaren oder mobilen Geräten mit einem Netz verwendet. Weitere Anwendungen bestehen darin, mobile Geräte in Kontakt mit einer Datenbasis zu halten, und sind Ad-hoc-Netze zum Beispiel in Komiteesitzungen oder Geschäftskonferenzen.
Drahtlose lokale Netze (WLAN) und drahtlose persönliche Netze (WPAN) werden verwendet, um Informationen über relativ kurze Bereiche zu übertragen. Ein drahtloses persönliches Netz (WPAN) ist in der Norm IEEE 802.15.3 definiert.
In vielen Situationen und Szenarios werden verschiedene drahtlose lokale Netze (WLANs) gleichzeitig miteinander in demselben lokalen Bereich betrieben. Eine typische Situation würde ein großes Büro sein, worin viele Büroeinheiten angeordnet sind, die zu unterschiedlichen Abteilungen derselben Firma gehören, zum Beispiel Nachforschungsabteilung, Buchhaltungsabteilung, Marketingabteilung. Die Computer jeder Abteilung sind in einer solchen Situation mittels separater drahtloser lokaler Netze (WLANs) verbunden. Ein drahtloses lokales Netz (WLAN), welches verschiedene Transceiver bzw. Sende-/Empfangsgeräte aufweist, wird als ein Piconetz bezeichnet.
1 zeigt ein typisches Szenario, in welchem zwei drahtlose lokale Netze (WLANs) in demselben lokalen Bereich betrieben werden. In dem in 1 dargestellten Beispiel weist das erste Piconetz WLAN_A einen Piconetz-Koordinator (PNC_A) für das drahtlose lokale Netz WLAN_A und einige zusätzliche Transceiver A1, A2, A3, A4 auf. Das zweite Piconetz WLAN_B weist einen Piconetz-Koordinator (PNC_B) und weitere Transceiver B1, B2, B3, B4, B5 auf. Die Transceiver einschließlich des Piconetz-Koordinators können entweder einen festen Platz besitzen oder bewegliche Geräte sein. Die Piconetz-Koordinatoren (PNC_A, PNC_B) sind koordinierende Transceiver, welche zur Verwaltung bzw. Leitung des Datenverkehrs innerhalb eines jeweiligen drahtlosen lokalen Netzes (WLAN_A, WLAN_B) vorgesehen sind.
In dem gezeigten Beispiel sendet ein erster sendender Transceiver A2 Daten zu einem empfangenden Transceiver A4 des ersten drahtlosen lokalen Netzes WLAN_A auf dem Datenübertragungskanal des ersten drahtlosen lokalen Netzes WLAN_A. Weiterhin sendet ein sendender Transceiver B3 des zweiten drahtlosen lokalen Netzes WLAN_B Daten zu einem empfangenden Trans-ceiver B1 des zweiten drahtlosen lokalen Netzes WLAN_B auf dem Datenübertragungskanal dieses drahtlosen lokalen Netzes. Der Datenaustausch zwischen Transceivern wird im Halb-Duplex-Verfahren ausgeführt, das heißt, ein Transceiver kann über eine Datenverbindung mit einem anderen Transceiver desselben drahtlosen lokalen Netzes Daten entweder senden oder empfangen. Die Daten werden über Datenpakete ausgetauscht.
Jedes Piconetz WLAN₁ weist seinen jeweiligen Datenübertragungskanal auf, das heißt, der Datenübertragungskanal wird von allen Transceivern des zugehörigen Piconetzes WLAN₁ benutzt.
In den meisten Fällen sind die verfügbaren Frequenzressourcen für ein drahtloses lokales Netz WLAN durch Regulierungen begrenzt. Üblicherweise ist ein bestimmtes Frequenzband für die drahtlosen lokalen Netze zugewiesen. Innerhalb dieses Frequenzbands wird von jedem Transceiver verlangt, dass er nicht mehr als eine spezifizierte durchschnittliche spektrale Leistungsdichte (Power Spectral Density = PSD) ausstrahlt.
Zum gleichzeitigen Betreiben von mehreren drahtlosen lokalen Netzen sind verschiedene Vorschläge gemacht worden.
In Frequenzmultiplexsystemen (Frequency Division Multiplexing = FDM) nach dem Stand der Technik ist das zugewiesene Frequenzband in verschiedene Unterfrequenzbänder aufgeteilt. In FDM-Systemen benutzt jeder Datenübertragungskanal und konsequenterweise jedes Piconetz ein unterschiedliches Unterfrequenzband. Somit können Datenübertragungen in unterschiedlichen Piconetzen (WLANs) gleichzeitig ohne Interferenz bzw. Störung ausgeführt werden.
Der Nachteil von FDM-Systemen besteht darin, dass die für jedes Piconetz verfügbare Kapazität reduziert ist, verglichen mit dem Fall, in welchem irgendeinem Piconetz die Verwendung des gesamten angeordneten Frequenzbands gestattet ist.
Die Kanalkapazität ist durch die folgende Formel festgelegt: $c a p = \int log (1 + \frac{P S D (f)}{N (f)}) d f$
Die Kapazität jedes Piconetzes ist größer, wenn es ihm gestattet ist, das volle Frequenzband anstelle des gerade zugewiesenen Unterfrequenzbands zu benutzen. Die Reduzierung in der Kapazität in FDM-Systemen überträgt sich direkt auf eine Durchsatzleistungsreduzierung. Konsequenterweise wird die erzielbare Datenbitrate für jede spezifische Sender-Empfänger-Strecke in FDM-Systemen reduziert.
In einem CDMA-DSSS-System (Code Division Multiple Access - Direct Sequence Spread Spectrum = Kodeaufteilung mit Vielfachzugriff - Spreizbandtechnik) nach dem Stand der Technik wird ein Direktsequenz-Spreizband bzw. eine Spreizbandtechnik als ein Modulationsschema benutzt. Bei DSSS wird eine Sequenz bzw. Folge von vielen kurzen Datensymbolen für jedes Informationssymbol übertragen. Um verschiedene Datenübertragungskanäle oder Piconetze zu unterstützen, werden unterschiedliche Datensequenzen mit geringer Kreuzkorrelation untereinander für unterschiedliche Datenübertragungskanäle verwendet.
In einem CDMA-DSSS-System kann jeder Kanal das gesamte Frequenzband nutzen, bis der maximal mögliche Durchsatz erzielt werden kann. Wenn einige Piconetze in demselben Bereich arbeiten, dann wird die Übertragung von einem Piconetz von den anderen Piconetzen als zusätzliches Rauschen gesehen.
Der Nachteil des CDMA-DSSS-Systems ist der, dass es ein so genanntes Near-Far- bzw. Nah-Fern-Problem gibt. Wenn ein Transceiver in einem Piconetz sendet, wird diese Übertragung von anderen Piconetzen als zusätzliches Rauschen gesehen. Der Pegel des zusätzlichen Rauschens ist proportional zu der Kreuzkorrelation zwischen den spreizenden Sequenzen und dem empfangenen Leistungspegel des Signals des Störers. Wenn zum Beispiel der störende Transceiver von Piconetz A nahe an einem empfangenden Transceiver von Piconetz B ist, das heißt näher als ein sendender Empfänger von Piconetz B, dann bewirkt der zusätzliche Rausch- bzw. Störpegel, den der empfangenden Transceiver von Piconetz B sieht, eine bedeutende Reduzierung in der erzielbaren Bitrate für den Empfänger, derart, dass sogar eine vollständige Blockierung des Datenübertragungskanals auftreten kann.
Ein weiterer Vorschlag nach dem Stand der Technik zum gleichzeitigen Betreiben von verschiedenen drahtlosen lokalen Netzen (WLANs) besteht darin, ein CDMA-FH-System (Code Division Multiple Access - Frequency Hopping = Kodeaufteilung mit Vielfachzugriff - Frequenzsprungverfahren) zu benutzen. In diesem CDMA-FH-System ist das ursprüngliche Frequenzband in verschiedene Unterfrequenzbänder aufgeteilt. Jeder sendende Transceiver benutzt ein bestimmtes Frequenz-Unterfrequenzband für ein bestimmtes Zeitintervall und geht dann auf das nächste Frequenzband. Eine vorher festgelegte Frequenzsprungfrequenz steuert die Anordnung der Unterfrequenzbänder so, dass sowohl der sendende und empfangende Transceiver die Information besitzt, wann er auf die nächste Frequenz und auf welches Unterfrequenzband umschalten muss.
In einem herkömmlichen CDMA-FH-System sind den unterschiedlichen Datenübertragungskanälen unterschiedliche Frequenzsprungsequenzen zugewiesen.
2 zeigt ein CDMA-FH-System nach dem Stand der Technik mit vier Datenübertragungskanälen. Ein CDMA-FH-System mit vier Datenübertragungskanälen kann vier Piconetze oder drahtlose lokale Netze (WLANs) gleichzeitig in demselben lokalen Bereich betreiben. In dem gezeigten Beispiel benutzt jeder Transceiver ein bestimmtes Frequenzband für ein Übertragungsintervall für 300 ns, verbleibt im Leerlauf für eine vorher festgelegte Schutz- bzw. Sperrzeit von 300 ns und benutzt das nächste Frequenzband innerhalb des nächsten Übertragungsintervalls, etc.
Die Frequenzsprungsequenz ist für jeden Datenübertragungskanal A, B, C, D fest. In dem gegebenen Beispiel besitzt der Datenübertragungskanal A die Frequenzsprungsequenz abc, Kanal B besitzt die Frequenzsprungsequenz acb, Kanal C besitzt die Frequenzsprungsequenz aabbcc und Kanal D besitzt die Frequenzsprungsequenz aaccbb.
Wie aus 2 für beliebige zwei Datenübertragungskanäle ersichtlich ist, sind weniger als zwei Kollisionen für sechs aufeinander folgende Übertragungsintervalle vorhanden. Dieses ist ebenfalls gültig für jede beliebige Zeitverschiebung eines jeden Senders.
Eine Kollision ist eine Situation, wenn zwei Transceiver dasselbe Frequenzband zur gleichen Zeit benutzen. Zum Beispiel tritt eine Kollision zwischen Datenübertragungskanal A und Datenübertragungskanal B während des ersten Übertragungsintervalls, wenn beide Kanäle A, B Frequenz fa benutzen, und während des vierten Übertragungsintervalls auf, wenn beide Kanäle A, B erneut Frequenz fa benutzen. Eine weitere Kollision besteht zum Beispiel zwischen Kanal B und Kanal D während des ersten Übertragungsintervalls, wenn beide Kanäle B, D Frequenz a benutzen, und während des sechsten Übertragungsintervalls, wenn beide Kanäle B, D Frequenz fb benutzen.
Ein CDMA-FH-System nach dem Stand der Technik wie in 2 gezeigt ist besser als ein FDM-System in Fällen, wenn die durchschnittliche spektrale Leistungsdichte (PSD) die dominante Einschränkung ist. In FDM-Systemen ist die übertragene Leistung proportional zu der benutzten Bandbreite. In Frequenzsprungsystemen kann jeder Transceiver die maximale zulässige Leistung senden. Dieses ist gültig, weil es für jedes Frequenzunterband dem Transceiver gestattet ist, die spektrale Leistungsdichte (PSD) proportional zu dem Aussteuerungsverhältnis zu erhöhen. In dem in 2 gezeigten Beispiel ist die PSD bei jedem Frequenzunterband während des Übertragungsintervalls, das dieses Frequenzband benutzt, sechsmal höher als der Durchschnitt wegen des 1/6-Arbeitszyklus. Die Tatsache, dass es dem Transceiver gestattet ist, die maximal mögliche Übertragungsleistung zu benutzen, verbessert die erzielbare Datenrate pro Strecke.
Der Nachteil eines herkömmlichen CDMA-FH-Systems besteht darin, dass Kollisionen auftreten können. Wenn zwei Piconetze in demselben lokalen Bereich arbeiten, gibt es eine hohe Wahrscheinlichkeit für Kollisionen.
In dem in 2 gezeigten Beispiel kommen Kollisionen in einem Drittel der Übertragungsintervalle vor. Diese Situation wird sogar schlechter, wenn mehr als zwei Piconetze in Betrieb sind. Für vier Piconetze oder Datenübertragungskanäle A, B, C, D gibt es sogar eine Möglichkeit, dass alle drei Bänder blockiert sind und eine Kommunikation innerhalb des drahtlosen lokalen Netzes unmöglich wird.
Die Patentschrift US 5 822 361 A beschreibt ein WLAN-System, welches die Übertragung von Daten innerhalb eines WLAN-Systems auch für den Fall von sich überlappenden WLAN-Systemen erlaubt, wobei eine Basisstation bereitgestellt wird, welche eine Einheit zur spezifizierten Übermittlung von Daten zu anderen Basisstationen innerhalb des WLAN-Systems bereitstellt. Ferner ist eine Verwendung eines Frequenzhopping-Algorithmus beschrieben. Die sich überlappende WLAN-Systeme umfassen jeweils mehrere WLAN-Terminals, welche insbesondere innerhalb der einzelnen WLAN-Systeme untereinander kommunizieren können.
Die Patentschrift EP 0 709 983 A1 beschreibt ein Zuordnungsverfahren und eine Vorrichtung zur Wiederverwendung von Netzressourcen in einem drahtlosen Kommunikationssystem zur Bereitstellung einer Wiederverwendung einer begrenzten Anzahl von Netzressourcen in einem Kommunikationssystem unter Verwendung eines gemeinsam genutzten Übertragungsmediums für einen Vielfachzugriff, wie beispielsweise ein drahtloses Funk- oder Infrarot-basiertes Kommunikationsnetz, das ein mit einer Vielzahl von Basisstationen verbundenes lokales Netz umfasst. Jeder Basisstation ist ein als Zelle definierter geographischer Bereich zugeordnet, in dem innerhalb des Empfangsbereichs entfernte Stationen angeordnet sind. Ferner wird bei dem beschriebenen Verfahren ein Pool von Frequenzsprungmustern verwendet, so dass die bidirektionale Funkkommunikation zwischen den Basisstationen und den entfernten Stationen gewährleistet werden kann.
Dementsprechend ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Datenübertragen innerhalb eines drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) zu schaffen, welches es gestattet, das drahtlose lokale Netz gleichzeitig mit weiteren drahtlosen lokalen Netzen (WLANs) in demselben Bereich zu betreiben, und welches Kollisionen verhindert.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Hauptanspruchs 1 gelöst.
Die Erfindung schafft ein Verfahren zum Datenübertragen innerhalb eines drahtlosen lokalen Netzes (WLAN), welches gleichzeitig mit weiteren drahtlosen lokalen Netzen (WLANs) in demselben lokalen Bereich betrieben wird,

- wobei jedes drahtlose lokale Netz (WLAN) mehrere Transceiver bzw. Sende-/Empfangsgeräte aufweist,
- wobei ein sendender Transceiver eines drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) Daten zu einem empfangenden Transceiver desselben drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) während Datenübertragungsintervallen mit sich ändernden Frequenzbändern überträgt,
- wobei das Frequenzband mit jedem Datenübertragungsintervall in einer zyklischen Reihenfolge gemäß einer vorher festgelegten Frequenzsprungfrequenz geändert wird, welche für alle gleichzeitig betriebenen drahtlosen lokalen Netze (WLANs) identisch ist,
- wobei die sendenden Transceiver, die unterschiedliche Kanäle benutzen und zu unterschiedlichen drahtlosen lokalen Netzen (WLANs) gehören, unterschiedliche Zeitverschiebungen für den Frequenzsprungzyklus mit Bezug auf einen lokalen Zeitpunkt verwenden, den jeder Transceiver aufweist.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass der Wirkungsgrad der Frequenzausnutzung durch die drahtlosen lokalen Netze (WLANs) verbessert ist, das heißt, es ist mehr Datenübertragungskanälen und mehr Piconetzen gestattet, gleichzeitig ohne bedeutende Reduzierung des verfügbaren Datendurchsatzes in jedem Piconetz zu arbeiten.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung weist jedes drahtlose lokale Netz (WLAN) einen koordinierenden Transceiver (PNC) zum Verwalten des Datenverkehrs innerhalb des drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) auf.
In einer bevorzugten Ausführung öffnen die Transceiver ein Synchronisierzeitfenster periodisch in einem jeden vorher festgelegten Zeitabschnitt (Tsync) für eine vorher festgelegte Zeitdauer (Twin).
In einer bevorzugten Ausführung ist die Startzeit des Synchronisierfensters als die lokale Bezugszeit zum Abstimmen einer Frequenzsprungsequenz definiert.
In einer bevorzugten Ausführung sendet oder empfängt jeder Transceiver ein vorher festgelegtes Synchronisiersignal während des Synchronisierzeitfensters gemäß einer Synchronisierregelsequenz.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung ist eine vorher festgelegte Synchronisierregelsequenz für jeden Datenübertragungskanal vorgesehen.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung wird jeder neue Transceiver, der noch nicht entschieden hat, welchen Kanal er benutzt, eine unterschiedliche Regelsequenz von den Sequenzen benutzen, die spezifischen Kanälen zugewiesen sind.
In einer weiteren bevorzugten Ausführung wird das Synchronisiersignal innerhalb des Synchronisierzeitfensters an einem festen Punkt mit Referenz auf den Beginn des Synchronisierfensters während Synchronisierübertragungsintervallen mit sich ändernden Frequenzbändern übertragen.
In einer bevorzugten Ausführung wird ein Frequenzband mit jedem Synchronisierübertragungsintervall in einer vorher festgelegten zyklischen Reihenfolge gemäß einer Synchronisierfrequenzsprungsequenz geändert.
Die Reihenfolge von Frequenzbändern der Synchronisierfrequenzsprungsequenz ist die gleiche oder umgekehrt zur Reihenfolge von Frequenzbändern der Frequenzsprungsequenz für die Datenübertragung.
In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung empfängt der koordinierende Transceiver (PNC) eines drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) Synchronisiersignale im Verlauf von Uplink-Synchronisierzeitfenstern in Abhängigkeit von der Synchronisierregelsequenz, die für den jeweiligen Datenübertragungskanal des drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) vorgesehen ist und die anderen Transceiver des drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) empfangen ein Synchronisiersignal im Verlauf von Downlink-Synchronisierzeitfenstern gemäß der Synchronisierregelsequenz, die für den jeweiligen Datenübertragungskanal des drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) vorgesehen ist.
In einer noch weiteren bevorzugten Ausführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung tastet ein Transceiver, welcher ein Signal während eines Synchronisierzeitfensters empfängt, die Ankunftszeit des Synchronisiersignals ab.
In einer bevorzugten Ausführung korreliert der Transceiver, welcher ein Signal während des Synchronisierzeitfensters empfängt, das empfangene Signal mit einem erwarteten Synchronisiersignal, um ein Korrelationssignal zu erzeugen.
In einer bevorzugten Ausführung tastet der Transceiver die Zeit der ersten Signalspitze des erzeugten Korrelationssignals als die Ankunftszeit des Synchronisiersignals ab und vergleicht die abgetastete Ankunftszeit mit einer erwarteten Empfangszeit für ein von dem Transceiver gesendetes Synchronisiersignal.
In einer bevorzugten Ausführung gleicht der Transceiver seine Synchronisierperiode ab, um sie mit der abgetasteten Ankunftszeit des Synchronisiersignals abzustimmen, wenn die Ankunftszeit früher als die erwartete Empfangszeit ist.
In einer bevorzugten Ausführung nähert sich die Autokorrelationsfunktion des Synchronisiersignals innerhalb eines Synchronisierintervalls einer Impulsfunktion an.
In einer bevorzugten Ausführung weisen die Datenübertragungsintervalle eine vorher festgelegte Länge auf.
In einer weiteren Ausführung ist die Zeitdifferenz zwischen dem Datenübertragungskanal von unterschiedlichen drahtlosen lokalen Netzen (WLANs) die Summe aus der Zeitlänge eines Übertragungsintervalls und einer vorher festgelegten Schutzzeit.
In einer bevorzugten Ausführung werden zwei beliebige Transceiver, ob sie zu demselben Piconetz gehören oder nicht, direkt synchronisiert, wenn das von einem Transceiver übertragene Synchronisiersignal innerhalb des Synchronisierfensters des anderen Transceivers empfangen wird.
In einer bevorzugten Ausführung werden in einer Gruppe von Transceivern alle synchronisiert und bilden einen Cluster, wenn zwei beliebige Transceiver in der Gruppe über eine virtuelle Kette von direkt synchronisierten Transceivern verbindbar sind.
In einer bevorzugten Ausführung ist die durchschnittliche Synchronisierperiode von irgendeinem Gerät in einem Cluster gleich der Periode des schnellsten Gerätes in dem Cluster (das Gerät mit der kürzesten eigenen Periode).
In einer bevorzugten Ausführung erhöht jeder Piconetzkoordinator (PNC) die Synchronisierfrequenz zu zufälligen Zeiten um einen vorher festgelegten Beschleunigungszeitabschnitt, wobei so die durchschnittliche Synchronisierfrequenz von allen Transceivern in seinem Cluster erhöht wird, um ein Vereinigen dieses Clusters mit weiteren Cluster zu ermöglichen.
In einer bevorzugten Ausführung besteht für den PNC eine erste mögliche Prozedur zum Erzeugen von zufälligen Beschleunigungszeiten darin, um von ihm selbst oder anderen PNC erzeugte Beschleunigungszeitabschnitte zu identifizieren, und um am Ende jeder dieser Perioden einen Timer zu starten, welcher von Null bis zu einer zufälligen Zeit zählt, die gemäß der folgenden kumulativen Verteilungsfunktion (CDF) ausgewählt wird. $C D F (t) = {\begin{array}{l} 0 & i f t \leq s \\ \frac{q^{t} - q^{s}}{q^{e} - q^{s}} & i f s \leq t \leq e \\ 1 & i f t > e \end{array}$
In einer bevorzugten Ausführung erhöht beim Verwenden der ersten Alternative zum Erzeugen der zufälligen Beschleunigungszeitabschnitte jeder PNC die Synchronisierfrequenz, wenn der Timer die ausgewählte zufällige Zeit erreicht.
In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung setzt beim Verwenden der ersten Alternative zum Erzeugen von zufälligen Beschleunigungszeitabschnitten ein koordinierender Transceiver (PNC) eines drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) innerhalb eines Clusters, wenn dieser abtastet, dass die Synchronisierfrequenz bereits von einem anderen koordinierenden Transceiver eines anderen drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) innerhalb desselben Clusters erhöht worden ist, seinen Timer zurück und wartet auf das Ende des Beschleunigungszeitabschnitts.
In einer bevorzugten Ausführung besteht für den PNC eine zweite mögliche Prozedur zum Erzeugen von zufälligen Beschleunigungszeiten darin, eine von zwei Betriebsarten zu benutzen: Beschleunigungsinitiator oder Nicht-Beschleunigungsinitiator.
In einer bevorzugten Ausführung startet beim Verwenden der zweiten Alternative zum Erzeugen der zufälligen Beschleunigungszeitabschnitte jeder PNC, der sich in Betriebsart Beschleunigungsinitiator befindet, unmittelbar einen Timer, nachdem er einen Beschleunigungszeitabschnitt beendet hat. Der Timer zählt von Null bis zu einer zufälligen Zeit, die gemäß irgendeiner Verteilungsfunktion ausgewählt ist, welche eine Zahl zwischen TAccMin und TaccMax erzeugt. Wenn der Timer die ausgewählte zufällige Zeit erreicht, startet der PNC einen neuen Beschleunigungszeitabschnitt.
In einer bevorzugten Ausführung schaltet beim Verwenden der zweiten Alternative zum Erzeugen der zufälligen Beschleunigungszeitabschnitte jeder PNC, der sich in Betriebsart Beschleunigungsinitiator befindet und einen von einem anderen PNC erzeugten Beschleunigungszeitabschnitt identifiziert, in Betriebsart Nicht-Beschleunigungsinitiator um.
In einer bevorzugten Ausführung identifiziert beim Verwenden der zweiten Alternative zum Erzeugen der zufälligen Beschleunigungszeitabschnitte jeder PNC, der sich in Betriebsart Nicht-Beschleunigungsinitiator befindet, Beschleunigungszeitabschnitte und startet einen Zähler nach einer jeden solchen Periode. Wenn der Zähler TaccSwitch erreicht (welche größer ist als TaccMax), erzeugt der PNC einen Beschleunigungszeitabschnitt und schaltet in die Betriebsart Beschleunigungsinitiator um.
In einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung vereinigen sich ein erster Cluster mit einer ersten Synchronisierfrequenz und ein zweiter Cluster mit einer zweiten Synchronisierfrequenz beim gegenseitigen Annähern und bilden einen vereinigten Cluster, wenn eine Synchronisierfrequenz des ersten oder zweiten Clusters für den vorher festgelegten Beschleunigungszeitabschnitt erhöht worden ist, derart, dass mindestens ein Synchronisierzeitfenster der periodischen Synchronisierzeitfenster des ersten und des zweiten Clusters einander überlappen.
Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungen des Verfahrens zum Datenübertragen innerhalb eines drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) mit Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.

1 zeigt eine Konfiguration von zwei drahtlosen lokalen Netzen (WLANs), welche gleichzeitig nach dem Stand der Technik betrieben werden;
2 zeigt ein Steuerdiagramm eines CDMA-FH-Datenübertragungssystems mit vier Datenübertragungskanälen nach dem Stand der Technik;
3 zeigt ein Steuerdiagramm einer Datenübertragung innerhalb eines drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) unter Verwendung einer ersten Ausführung des Verfahrens zum Datenübertragen gemäß der vorliegenden Erfindung;
4 zeigt ein Steuerdiagramm einer Datenübertragung innerhalb eines drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) unter Verwendung einer zweiten Ausführung des Verfahrens zum Datenübertragen gemäß der vorliegenden Erfindung;
5 zeigt ein Impulsdiagramm, welches das Übertragen eines Synchronisiersignals gemäß einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens zum Datenübertragen gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
6 zeigt ein Steuerdiagramm, welches das Übertragen eines Synchronisiersignals gemäß der ersten Ausführung des Verfahrens zum Datenübertragen gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
7 zeigt ein Steuerdiagramm, welches das Übertragen eines Synchronisiersignals in einem periodischen Synchronisierzeitfenster gemäß der zweiten Ausführung des Verfahrens zum Datenübertragen gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
8 zeigt ein Flussdiagramm des Synchronisiermechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung;
9 zeigt ein Flussdiagramm einer ersten Alternative der normalen Betriebsart des Synchronisiermechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung;
10 zeigt ein Flussdiagramm der Beschleunigungsbetriebsart des Synchronisiermechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung;
11 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Bildung eines Clusters gemäß der vorliegenden Erfindung;
12 zeigt ein Diagramm zur Darstellung der Vereinigung von Clustern zur Bildung eines vereinigten Clusters gemäß der vorliegenden Erfindung;
13 zeigt eine kumulative Verteilungsfunktion, die in einer bevorzugten Ausführung des Verfahrens zum Datenübertragen gemäß der vorliegenden Erfindung benutzt wird.

3 ist ein Diagramm, welches eine bevorzugte Ausführung des Verfahrens zum Datenübertragen innerhalb eines drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) mit drei Datenübertragungskanälen 1, 2, 3 unter Verwendung von sechs Frequenzbändern darstellt. In dem gegebenen Beispiel können die drei Datenübertragungskanäle durch drei unterschiedliche drahtlose lokale Netze (WLANs) oder Piconetze in demselben lokalen Bereich zur gleichen Zeit benutzt werden. Jeder Datenübertragungskanal (das heißt Kanal 1, Kanal 2, Kanal 3) wird von allen Transceivern bzw. Sende-/Empfangsgeräten des jeweiligen drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) benutzt. Die Datenübertragung wird innerhalb kontinuierlicher Datenübertragungsintervalle mit einer vorher festgelegten Zeitdauer von zum Beispiel 312,5 ns ausgeführt. Innerhalb eines Datenübertragungsintervalls erfolgt kein Frequenzspringen bzw. -hopping. Wenn das Ende eines Datenübertragungsintervalls erreicht ist, wird das Frequenzband für die Datenübertragung auf eine andere Frequenz gemäß einer vorher festgelegten Frequenzsprungsequenz geändert, welche für alle gleichzeitig betriebenen drahtlosen lokalen Netze (WLANs) identisch ist. In dem in 3 gezeigten Beispiel ist die vorher festgelegte Frequenzsprungsequenz: F1-F4-F2-F5-F3-F6. Jeder Datenübertragungskanal benutzt die gleiche Frequenzsprungsequenz. Unterschiedliche Datenübertragungskanäle werden durch ihre spezifische Taktphase identifiziert. In dem in 3 gezeigten Beispiel wird die Datenübertragung innerhalb Datenübertragungskanal 2 später gestartet als die Datenübertragung innerhalb des Datenübertragungskanals 1, wobei die Taktphase oder Zeitdifferenz zwischen beiden Datenübertragungskanälen die zweifache Länge eines Datenübertragungsintervalls ist, das heißt 2 x 312,5 ns = 625 ns. Die Taktphase oder Zeitdifferenz zwischen zwei Datenübertragungskanälen ist die Summe aus der Zeitlänge bzw. -dauer des Übertragungsintervalls (das heißt 312,5 ns) und einer vorher festgelegten Schutz- bzw. Sperrzeit, welche in dem gezeigten Beispiel die gleiche Zeitlänge wie das Übertragungsintervall aufweist. Die Schutzzeit ist notwendig, um Beeinflussungen von Kanalausbreitungszeit und weiteren Zeitunsicherheiten zu vermeiden.
Die Datenübertragung zwischen zwei Transceivern desselben drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) wird im Halb-Duplex-Betrieb durchgeführt, das heißt, entweder überträgt ein Transceiver Daten während eines Datenübertragungsintervalls oder er empfängt Daten während des Übertragungsintervalls. Die Datenübertragung wird unter Verwendung von Datenpaketen ausgeführt, wobei ein Paket üblicherweise unter Verwendung einer Vielzahl von Datenübertragungsintervallen übertragen wird.
Jedes drahtlose lokale Netz (WLAN) weist mindestens einen koordinierenden Transceiver (PNC) zur Verwaltung des Datenverkehrs innerhalb des drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) auf. In dem gegebenen Beispiel nach 3 sind drei drahtlose lokale Netze (WLANs) mit Benutzung von drei unterschiedlichen Datenübertragungskanälen vorgesehen, von denen jedes einen koordinierenden Transceiver PNC zur Verwaltung des Datenverkehrs innerhalb des jeweiligen Datenübertragungskanals besitzt.
Neben dem koordinierenden Transceiver PNC weist jedes drahtlose lokale Netz (WLAN) verschiedene zusätzliche Transceiver auf, zum Beispiel 10 bis 100 Transceiver. Ein Transceiver, der Daten zu einem anderen Transceiver desselben drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) senden will, sendet eine Anforderung an seinen jeweiligen koordinierenden Transceiver (PNC), welcher dem anfordernden Transceiver Datenübertragungsintervalle zuweist.
An jeden Transceiver kann zumindest ein Daten auswertendes Gerät angeschlossen sein, wie zum Beispiel ein Computer.
Ein sendender Transceiver eines drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) sendet ein Signal, welches Daten zu einem empfangenden Transceiver desselben drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) während der Datenübertragungsintervalle mit sich ändernden Frequenzbändern befördert. Mit jedem neuen Datenübertragungsintervall wird das Frequenzband in einer zyklischen Reihenfolge gemäß der vorher festgelegten Frequenzsprungsequenz geändert. Die Frequenzsprungsequenz ist für alle drahtlosen lokalen Netze (WLANs) identisch.
4 zeigt eine weitere Ausführung des Verfahrens zum Datenübertragen gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei vier Datenübertragungskanäle für vier drahtlose lokale Netze (WLANs) mit Benutzung von sechs Frequenzbändern vorgesehen sind. In der in 4 gezeigten Ausführung wird die gleiche Schutzzeit von 312,5 ns verwendet. Um die gleiche Datenrate in der in 3 gezeigten Ausführung beizubehalten, wird die Zeitlänge von Datenübertragungszeitintervallen in jedem Frequenzband verdoppelt. Dementsprechend dauert das Datenübertragungsintervall in der in 3 gezeigten Ausführung 625 ns, und die Schutzzeit beträgt noch 312,5 ns. Die Frequenzsprungsequenz in der in 4 gezeigten Ausführung ist die gleiche Sequenz wie in 3 gezeigt, das heißt Fl-F4-F2-F5-F3-F6.
Die übertragenden Transceiver von unterschiedlichen drahtlosen lokalen Netzen (WLANs) starten die jeweilige Datenübertragung zu verschobenen Zeiten, um unterschiedliche Datenübertragungskanäle für jedes drahtlose lokale Netz (WLAN) einzurichten. Jeder Datenübertragungskanal wird durch die jeweilige Taktphase identifiziert. Um eine Taktphase einzurichten, ist ein Bezugszeitpunkt für alle Datenübertragungskanäle notwendig. Demgemäß werden alle Transceiver von allen drahtlosen lokalen Netzen (WLANs), welche in demselben lokalen Bereich betrieben werden, aufeinander synchronisiert.
5 zeigt ein Impulsdiagramm der Datenübertragung, wobei das Synchronisiersignal während eines periodischen Synchronisierzeitfensters Twin übertragen wird. Das Synchronisierzeitfenster weist eine vorher festgelegte Zeitlänge (T_window) auf. Das Synchronisierzeitfenster wird periodisch mit einer Zeitperiode Tsync geöffnet. Während des periodischen Synchronisierzeitfensters sendet ein Transceiver ein vorher festgelegtes Synchronisiersignal (sync) entweder oder empfängt es. Ob der Transceiver das vorher festgelegte Synchronisiersignal (sync) sendet oder das vorherfestgelegte Synchronisiersignal empfängt wird von einer Synchronisierregelsequenz entschieden. Die Synchronisierregelsequenz gibt an, ob das Synchronisierzeitfenster ein Uplink-Synchronisierzeitfenster (U-TW) oder ein Downlink-Synchronisierzeitfenster (D-TW) ist. Während eines Uplink-Synchronisierzeitfensters (U-TW) empfängt der koordinierende Transceiver (PNC) eines drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) ein Synchronisiersignal (sync) von anderen Transceivern desselben drahtlosen lokalen Netzes (WLAN), wohingegen während eines Downlink-Synchronisierzeitfensters (D-TW) die anderen Transceiver des drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) das Synchronisiersignal (sync) von seinem koordinierenden Transceiver (PNC) empfangen.
Folglich sendet ein normaler Transceiver innerhalb eines drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) ein Synchronisiersignal innerhalb eines Synchronisierzeitfensters, wenn die Synchronisierregelsequenz angibt, dass dieses Synchronisierzeitfenster ein Uplink-Synchronisierzeitfenster (U-TW) ist, und der normale Transceiver empfängt ein Synchronisiersignal (sync), wenn seine Synchronisierregelsequenz angibt, dass das Synchronisierzeitfenster ein Downlink-Synchronisierzeitfenster (D-TW) ist.
Ein koordinierender Transceiver (PNC) innerhalb eines drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) sendet ein Synchronisiersignal während eines Synchronisierübertragungszeitfensters, wenn die Synchronisierregelsequenz angibt, dass das Zeitfenster ein Downlink-Synchronisierzeitfenster ist, und er steht auf Empfang für ein Synchronisiersignal, wenn die jeweilige Synchronisierregelsequenz angibt, dass das Synchronisierzeitfenster ein Uplink-Zeitfenster ist.
6 zeigt eine Übertragung eines Synchronisiersignals innerhalb eines Synchronisierzeitfensters im Verlauf von Synchronisierübertragungsintervallen. Wie die Datenübertragung wird die Übertragung des Synchronisiersignals im Verlauf von Übertragungsintervallen mit sich ändernden Frequenzbändern durchgeführt. Das Frequenzspringen wird gemäß einer Synchronisierfrequenzsprungsequenz beim Übertragen bzw. Senden eines Synchronisiersignals während der Synchronisierübertragungsintervalle durchgeführt. Das Frequenzband wird mit jedem neuen Synchronisierübertragungsintervall in einer vorher festgelegten zyklischen Reihenfolge geändert.
Wie in 6 in einer Ausführung dargestellt ist, ist die Reihenfolgen von Frequenzbändern der Synchronisierfrequenzsprungsequenz umgekehrt zu der Reihenfolge von Frequenzbändern der Frequenzsprungsequenz, die für die Datenübertragung verwendet wird. Wie aus 6 ersichtlich ist, ist die Synchronisierfrequenzsprungsequenz F6-F3-F5-F2-F4-F1, das heißt umgekehrt zur der für die Datenübertragung verwendeten Frequenzsprungsequenz F1-F4-F2-F5-F3-F6. Die Länge des das Synchronisiersignal (sync) übertragenden Übertragungsintervalls ist in einer bevorzugten Ausführung die gleich Länge, welche für die Datenübertragung verwendet wird, das heißt 312,5 ns. In der in 6 gezeigten Ausführung wird ein Synchronisiersignal mit einer zyklischen Frequenzsprungreihenfolge mit Benutzung von sechs Frequenzbändern übertragen, das heißt im Verlauf von zwölf Übertragungsintervallen. Eine Schutzzeit von 312,5 ns wird am Beginn und am Ende der Übertragung des Synchronisiersignals beachtet.
In einer bevorzugten Ausführung ist die Synchronisierfrequenzsprungsequenz die gleiche, die für die Datenübertragung verwendet wird, zum Beispiel F1-F4-F2-F5-F3-F6.
7 zeigt die Übertragung eines Synchronisiersignals innerhalb eines Systems mit Benutzung von vier Datenübertragungskanälen und sechs Frequenzbändern. In der dargestellten Ausführung weist die Länge der zur Übertragung des Synchronisiersignals verwendeten Übertragungsintervalle die gleiche Zeitlänge wie die Datenübertragungsintervalle auf.
Alle Transceiver mit einem Abstand oder Signalbereich zum Austausch von Signalen öffnen ein Synchronisierzeitfenster zur gleichen Zeit plus/minus irgendeiner Zeitunsicherheit. Jeder Transceiver, der gemäß seiner Regelsequenz entscheidet, in einem bestimmten Synchronisierzeitfenster als ein empfangender Transceiver zu arbeiten, tastet die Ankunftszeit des Synchronisiersignals (sync) ab.
In einer bevorzugten Ausführung korreliert der Transceiver, welcher ein Signal während eines Synchronisierzeitfensters empfängt, das empfangene Signal mit einem erwarteten Synchronisiersignal, um ein Korrelationssignal zu erzeugen. Da viele Transceiver aktiv sein können und viele Signalpfade für jedes übertragene Signal vorhanden sein können, identifiziert der empfangende Transceiver viele Spitzenwerte bzw. Peaks am Ausgang seines Korrelators.
Dementsprechend tastet der Transceiver in der bevorzugten Ausführung die Zeit des ersten Signalpeaks des erzeugten Korrelationssignals als die Ankunftszeit des Synchronisiersignals ab und vergleicht die abgetastete Ankunftszeit mit einer erwarteten Empfangszeit für ein von ihm selbst gesendetes Synchronisiersignal. Wenn der empfangene Signalpeak einen früheren Zeitpunkt als der erwartete Peak aufweist, dann gleicht der empfangende Transceiver seine Synchronisierperiode ab, um der abgetasteten Ankunftszeit des Synchronisiersignals zu entsprechen, indem er seinen Synchronisiertimer zurücksetzt. Wenn der empfangene Peak des korrelierten Signals keine frühere Zeit aufweist als die erwartete Ankunftszeit, wird der Synchronisiertimer nicht zurückgesetzt. Die Konsequenz ist, dass die Synchronisierperiode von jedem Transceiver von dem schnellsten Transceiver in der Nachbarschaft eingestellt wird. Die Synchronisierzeitfenster werden von den Transceivern auch zum Abgleichen bzw. Ausrichten der Frequenzsprungphase benutzt.
In einer bevorzugten Ausführung nähert sich die Autokorrelationsfunktion des Synchronisiersignals einer Impulsfunktion an.
In dem Datenübertragungssystem mit vier Datenübertragungskanälen wie in 7 gezeigt sind vier unterschiedliche Regel-sequenzen definiert. Jedes Piconetz oder drahtlose lokale Netz (WLAN) weist seine eigene Synchronisierregelsequenz auf, das heißt: $s 1 = [d, d, d, u, u, u]$
$s 2 = [d, d, u, u]$
$s 3 = [d, u]$
$s 4 = [d, d, u]$
Alle Transceiver in einem spezifischen Piconetz oder drahtlosen lokalen Netz (WLAN) greifen auf dieselbe Regelsequenz zu, das heißt, Transceiver in Piconetz1 benutzen Sequenz s1, Transceiver in Piconetz2 benutzen Sequenz s2, Transceiver in Piconetz3 benutzen Sequenz s3 und Transceiver in Piconetz4 benutzen Regelsequenz s4.
Jedes Synchronisierfenster betrifft eine bestimmte Taktphase in der Regelsequenz, und alle Geräte in einem vorher festgelegten Piconetz besitzen die gleiche Phase innerhalb der Regelsequenz. Der koordinierende Transceiver PNC ist verantwortlich für das Abgleichen aller Transceiver innerhalb des Piconetzes auf die gleiche Phase innerhalb der Regelsequenz. Die Synchronisier-Empfangs-/Senderegel erreicht, dass innerhalb eines spezifischen drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) eine Aktualisierung eines Synchronisierzeittakts von irgendeinem Transceiver zu irgendeinem anderen Transceiver innerhalb desselben drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) innerhalb einer Zeit von höchstens 4 x Tsync geliefert wird.
Der schlechteste Fall besteht darin, wenn Regelsequenz s1 benutzt wird und Phasen in der Art u, u, u, d folgen. Jeder Transceiver oder koordinierende Transceiver wird seine Aktualisierung des Synchronisierzeittakts zu anderen Transceivern oder koordinierenden Transceivern von anderen Piconetzen, die innerhalb seines Bereiches liegen, in Zeiten liefern, die weniger als die folgenden betragen: $4 \times T_{sync} f \ddot{u} r Piconetze 1 und 2$
$4 \times T_{sync} f \ddot{u} r Piconetze 2 und 3$
$6 \times T_{sync} f \ddot{u} r Piconetze 3 und 4$
$6 \times T_{sync} f \ddot{u} r Piconetze 1 und 4$
$6 \times T_{sync} f \ddot{u} r Piconetze 1 und 3$
$9 \times T_{sync} f \ddot{u} r Piconetze 2 und 4$
Für benachbarte Kanäle, das heißt 1-2, 2-3, 3-4, 4-1 beträgt die maximale Zeitverzögerung 7 x Tsync. In einem stationären Zustand sind alle Transceiver durch Synchronisiersignale synchronisiert, welche von irgendeinem anderen Transceiver innerhalb ihres Signalbereiches kommen.
Für zwei Transceiver, die zu demselben drahtlosen lokalen Netz (WLAN) gehören, ist die maximale Zeit für ein zu lieferndes Synchronisiersignal von einem Transceiver zu einem anderen von der Synchronisierregelsequenz dieses drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) abhängig. In dem gegebenen Beispiel des drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) beträgt diese Zeit 4 x Tsync.
Für zwei Transceiver, die zu unterschiedlichen drahtlosen lokalen Netzen (WLANs) gehören, kann sich die Zeit zum Liefern von Synchronisiersignalen bis zu 7 x Tsync für benachbarte Datenübertragungskanäle erhöhen.
Der erste Beitrag zu Unsicherheiten im Zeittakt bzw. in der Zeitsteuerung stammt aus der Ausbreitungszeit des Signals zwischen zwei Transceivern.
Der zweite Beitrag zu Zeittaktunsicherheiten hat seinen Ursprung in Unterschieden in den Synchronisierfrequenzen auf Grund der Drift der Systemfrequenzquelle.
Unsicherheiten im Zeittakt zwischen einem legitimierten Transceiver und Störer, wie es vom empfangenden Transceiver gesehen wird, werden durch die Ausbreitungszeitverzögerung durch den Datenübertragungskanal und die Drift auf Grund einer Variation von Frequenzquellen bewirkt.
Um negative Einflüsse zu vermeiden, die von Zeittaktunsicherheiten bewirkt werden, ist eine Schutzzeit zwischen unterschiedlichen Piconetzen vorgesehen.
Für typische Abstände zwischen Transceivern von ungefähr 15 m und einer typischer Synchronisierzeit Tsync = 93,75 ms und einer Frequenzabweichung von ±20 ppm unter Verwendung der oben beschriebenen Regelsequenzen beträgt die maximale Zeitunsicherheit $200 ns + 26,25 ns = 226,5 ns .$
In einer bevorzugten Ausführung ist eine Schutzzeit von 312,5 ns eingesetzt, welche ausreichend lang zum Vermeiden von Zeittaktunsicherheiten ist.
8 zeigt ein Flussdiagramm einer bevorzugten Ausführung des Synchronisiermechanismus innerhalb eines drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) gemäß der vorliegenden Erfindung.
In einem ersten Verfahrensschritt S1 wird ein Transceiver eingeschaltet und eine anfängliche Erfassung durchgeführt.
In einem Verfahrensschritt S2 sucht der Transceiver nach Synchronisiersignalzügen mit einer nominalen Zeitdifferenz von Tsync zwischen Synchronisiersignalübertragungen.
Der Transceiver überprüft einem Verfahrensschritt S3 für eine vorher festgelegte Zeit, ob ein Synchronisiersignal abgetastet worden ist. Wenn eine Wartezeit verstrichen ist, ohne dass das Synchronisiersignal abgetastet wurde, überprüft der Transceiver in einem Verfahrensschritt S4, ob er als ein koordinierender Transceiver oder Piconetz-Koordinator PCN definiert ist. Wenn der Transceiver ein normaler Transceiver und kein koordinierender Transceiver PNC ist, kehrt das Verfahren zu Verfahrensschritt S2 zurück, und der Transceiver sucht weiterhin nach einem Synchronisiersignal. Wenn der Transceiver im Verfahrensschritt S4 entscheidet, dass er ein koordinierender Transceiver PCN ist, geht er in ein Unterprogramm für eine normale Betriebsart in Verfahrensschritt S5.
Wenn der Transceiver im Verfahrensschritt S3 ein Synchronisiersignal abtastet, setzt er im Verfahrensschritt S6 seinen Timer auf Null zurück, wenn ein Synchronisiersignale ankommt. Dann wird ein Unterprogramm Beschleunigungsbetriebsart in Verfahrensschritt S7 begonnen.
9 zeigt eine erste Alternative des Unterprogramms normale Betriebsart, das von einem Transceiver gemäß der vorliegenden Erfindung ausgeführt wird.
In einem Verfahrensschritt S1 wählt der Transceiver eine zufällige Zahl gemäß einer spezifizierten kumulativen Verteilungsfunktion (CDF) aus und setzt eine normale Betriebsartperiode gleich dieser ausgewählten Zahl. Ein Beispiel für eine kumulative Verteilungsfunktion CDF ist in 13 dargestellt. Weiterhin wird ein Timer für normale Betriebsart auf Null zurück gestellt.
In einem Verfahrensschritt S2 überprüft der Transceiver, ob der Timer für die normale Betriebsart eine normale Betriebsartperiode erreicht hat, welche ein vorher festgelegter einstellbarer Parameter ist. Wenn der Timer für normale Betriebsart schon die normale Betriebsartperiode erreicht hat, fährt das Verfahren mit dem Unterprogramm der Beschleunigungsbetriebsart in Verfahrensschritt S3 fort.
Wenn der Timer für normale Betriebsart die normale Betriebsartperiode noch nicht erreicht hat, wartet der Transceiver, bis ein anderer Timer eine Zeitdifferenz zwischen der Synchronisierzeit Tsync und dem Synchronisierzeitfensterrand im Verfahrensschritt S4 erreicht hat. Der Zeitfensterrand ist in 5 dargestellt.
In einem weiteren Verfahrensschritt S5 wird der Timer auf Null gesetzt, die Variable n erhöht, und die vorher festgelegte Regelsequenz des Transceivers wird auf die nächste Phase gesetzt. Der Transceiver öffnet dann ein Synchronisierzeitfenster Twin.
In einem Verfahrensschritt S6 entscheidet der Transceiver gemäß seiner Regelsequenz Si, ob er ein Synchronisiersignal sync sendet oder ob er auf Empfang für ein Synchronisiersignal steht.
Wenn der Transceiver entscheidet, dass ein Synchronisiersignal gesendet werden muss, wartet er auf den Synchronisierzeitfensterrand und sendet das Synchronisiersignal in Verfahrensschritt S7. Dann kehrt das Verfahren zum Verfahrensschritt S2 zurück.
Wenn der Transceiver im Verfahrensschritt S6 entscheidet, dass er ein Synchronisiersignal empfangen muss, ist er in dem Synchronisierzeitfenster auf Empfang und versucht das erwartete Synchronisiersignal in Verfahrensschritt S8 zu identifizieren. Der Transceiver schätzt die Ankunftszeit des ersten Synchronisiersignals sync ab.
In Verfahrensschritt S9 entscheidet der Transceiver, ob die Ankunftszeit des frühesten Synchronisiersignals früher ist als die Summe aus der Synchronisierzeit und dem Synchronisierzeitfensterrand.
In dem Fall, in dem die Ankunftszeit nicht früher ist, kehrt das Verfahren zu Verfahrensschritt S2 zurück.
In dem Fall, in welchem die Ankunftszeit des frühesten Synchronisiersignals früher ist als die Summe aus der Synchronisierzeit und dem Synchronisierzeitfensterrand, wird der Wert des Timers um die Differenz zwischen der Ankunftszeit des frühesten Synchronisiersignals und dem Synchronisierzeitfensterrand in Verfahrensschritt S10 reduziert.
In Verfahrensschritt S11 überprüft der Transceiver. Ob ein Beschleunigungszeitabschnitt von einem anderen Transceiver ausgeführt wird. Wenn ein Beschleunigungszeitabschnitt von einem anderen Transceiver ausgeführt wird, kehrt das Verfahren zum Verfahrensschritt S1 zurück. Wenn kein anderer Transceiver einen Beschleunigungszeitabschnitt ausführt, kehrt das Verfahren zum Verfahrensschritt S2 zurück.
10 zeigt eine bevorzugte Ausführung eines Unterprogramms für Beschleunigungsbetriebsart, das von einem Transceiver gemäß der Erfindung benutzt wird.
In einem Verfahrensschritt S1 wird eine Variable n zu Null gesetzt.
In einem Verfahrensschritt S2 überprüft der Transceiver, ob der Zähler n einen Parameter N_ACC erreicht hat. Wenn der Zähler diesen Parameter erreicht hat, geht das Verfahren in das Unterprogramm für normale Betriebsart in Verfahrensschritt S3 zurück.
Wenn der Zähler im Verfahrensschritt S2 den Parameter N_ACC nicht erreicht hat, wartet der Transceiver in Verfahrensschritt S4, bis der Timer die Zeitdifferenz zwischen der schnellen Synchronisierzeitperiode Tsync fast und dem Synchronisierzeitfensterrand erreicht hat.
Der einstellbare Parameter Tsync fast ist kleiner als der einstellbare Timerparameter T_sync.
Da im Verfahrensschritt S5 der normalen Betriebsart der Transceiver in die Beschleunigungsbetriebsart im Verfahrensschritt S5 geht, setzt er seinen Timer auf Null, erhöht einen Zähler n, verschiebt die Regelsequenz in die nächste Phase und öffnet ein Synchronisierzeitfenster für eine vorher festgelegte Zeit T_window.
In Verfahrensschritt S6 überprüft der Transceiver, ob er ein Synchronisiersignal im Verlauf des Synchronisierzeitfensters senden oder empfangen muss.
In Verfahrensschritt S7 wird das Synchronisiersignal gesendet und das Verfahren kehrt zu Verfahrensschritt S2 zurück.
Wenn der Transceiver entschieden hat, auf Empfang zu sein, versucht er das Synchronisiersignal in Verfahrensschritt S8 zu identifizieren und schätzt die Ankunftszeit des ersten Synchronisiersignals ab.
In Verfahrensschritt S9 wird überprüft, ob die Ankunftszeit des frühesten Synchronisiersignals früher ist als die Summe aus der Synchronisierzeit tsync und dem Zeitfensterrand.
In dem Fall, dass die Ankunftszeit des frühesten abgetasteten Synchronisiersignals früher ist als die Summe aus der Synchronisierzeit tsync und dem Zeitfensterrand, wird der Wert des Timers um die Differenz zwischen der Ankunftszeit des frühesten sync-Signals und dem Zeitfensterrand in Verfahrensschritt 10 reduziert. Dann kehrt das Programm zu Verfahrensschritt S2 zurück.
Der Hauptunterschied zwischen den zwei Betriebsarten wie in 9, 10 dargestellt besteht darin, dass die wie in Verfahrensschritt S4 der normalen Betriebsart definierte Synchronisierzeit Tsync kürzer ist als in Verfahrensschritt S4 der Beschleunigungsbetriebsart wie in 10 gezeigt. Alle in einem lokalen Bereich sichtbaren Transceiver, das heißt alle Transceiver innerhalb eines vorher festgelegten Bereiches, sind in einem stationären Zustand miteinander synchronisiert.
Das Verfahren zum Datenübertragen gemäß der vorliegenden Erfindung gestattet es, dass die Transceiver ortsveränderlich sein können, und insbesondere, dass die Transceiver aus Signalbereichen von anderen Transceivern heraus oder hinein bewegt werden können, die zu anderen drahtlosen lokalen Netzen gehören.
Zwei Transceiver von möglichen unterschiedlichen Piconetzen (WLANs) werden miteinander synchronisiert, wenn sie ein Synchronisiersignal von einander während der Synchronisierzeitfenster abtasten.
Sobald alle Transceiver synchronisiert sind, können zwei beliebige Transceiver, die einander sehen können, das heißt, welche in dem Signalbereich sind, und welche zu demselben drahtlosen lokalen Netz gehören, Daten senden oder empfangen, ohne irgendeine Störung bzw. Überlagerung von einem anderen Transceiver in demselben Bereich.
Der Synchronisiermechanismus hat die Auswirkung, dass die Zeitdifferenz zwischen den lokalen Zeiten der Transceiver, welche einander sehen, begrenzt ist. Die Zeitdifferenz hängt ab von dem Abstand zwischen den Transceivern und von der Frequenzdrift. Um Beeinflussungen von Zeitunsicherheiten zu vermeiden, ist die Schutzzeit vorgesehen.
Das Synchronisieren verhindert in einem stationären Zustand eine Kollision zwischen Transceivern, die einander sehen können.
In vielen Situationen nähert sich ein beweglicher Transceiver oder nähern sich bewegliche Transceiver des unterschiedlichen drahtlosen lokalen Netzes LAN einem Cluster von unterschiedlichen drahtlosen lokalen Netzen. Ein Cluster ist eine Gruppe von Transceivern einschließlich koordinierenden Transceivern PNC, die zu einem oder mehreren drahtlosen lokalen Netzen gehören.
Alle Transceiver innerhalb eines Clusters sind miteinander synchronisiert, das heißt, für zwei beliebige Transceiver innerhalb eines Clusters existiert zumindest eine Signalroute zum Liefern eines Synchronisiersignals. Da alle Transceiver sich einander innerhalb des Clusters sehen, das heißt innerhalb eines vorher festgelegten Signalbereichs, sind sie so miteinander synchronisiert, dass stationäre Zustandsbedingungen innerhalb eines Clusters gehalten werden.
11 zeigt ein Beispiel eines Clusters mit sechs drahtlosen lokalen Netzen, welche auf vier unterschiedlichen Datenübertragungskanälen A, B, C, D arbeiten. In dem gegebenen Beispiel, wie in 11 dargestellten ist, benutzt ein drahtloses lokales Netz WLAN1 den gleichen Datenübertragungskanal A wie ein anderes drahtloses lokales Netz WLAN6. Wie zu sehen ist, überlappt das drahtlose lokale Netz WLAN1 das drahtlose lokale Netz WLAN6 nicht, so dass beide lokalen Netze den gleichen Datenübertragungskanal A benutzen können. In dem gegebenen Beispiel benutzt ein drahtloses lokales Netz WLAN2 den gleichen Datenübertragungskanal B wie ein drahtloses lokales Netz WLAN4. Beide drahtlosen lokalen Netze WLAN2, WLAN4 überlappen sich nicht. Wie in 11 gezeigt ist, überlappt das drahtlose lokale Netz WLAN1 mit den drahtlosen lokalen Netzen WLAN2, WLAN3 und WLAN4. Das überlappende Netz WLAN4 überlappt mit drahtlosen lokalen Netzen WLAN5 und WLAN6.
Ein Cluster kann mehr drahtlose lokale Netze (WLANs) enthalten als die Zahl von Datenübertragungskanälen, die von dem Datenübertragungssystem unterstützt werden. Dieses macht es möglich, die gleichen Datenübertragungskanäle in separaten Bereichen erneut zu nutzen.
In dem gegebenen Beispiel sehen sich die drahtlosen lokalen Netze WLAN1 und WLAN6 einander nicht, das heißt, sie überlappen sich nicht, aber sie sind trotzdem durch das überlappende Netz WLAN4 miteinander synchronisiert.
Die synchronisierten Transceiver eines Clusters senden oder empfangen das vorher festgelegte Synchronisiersignal sync während des periodischen Synchronisierzeitfensters, welches mit einer spezifischen Synchronisierfrequenz geöffnet ist.
12 zeigt eine Situation, wenn sich zwei Cluster I, II einander annähern und sich vereinigen, um einen vereinigten Cluster III zu bilden. In dem gegebenen Beispiel weist Cluster I vier drahtlose lokale Netze auf, die sich untereinander überlappen und vier unterschiedlichen Datenübertragungskanäle A, B, C, D verwenden. Cluster II weist nur ein drahtloses lokales Netz WLAN auf, das Datenübertragungskanal A benutzt. Nachdem zwei Cluster I, II sich einander angenähert haben und in ihren Signalbereich gekommen sind, überlappt das drahtlose lokale Netz, welches den Datenübertragungskanal A von Cluster II benutzt, in dem gegebenen Beispiel die Datenübertragungskanäle von Cluster I, welche Datenübertragungskanäle C, D benutzen. In dieser Situation tritt keine Kollision auf, da in dem vereinigten Cluster III kein drahtloses lokales Netz mit einem anderen drahtlosen lokalen Netz überlappt, das den gleichen Datenübertragungskanal verwendet.
Wenn ein Cluster sich einem anderen Cluster annähert, wird ein schnelles Synchronisieren zwischen den beiden Clustern durchgeführt. Die Synchronisierfrequenzen von separaten Clustern, wie beispielsweise Cluster I, II, sind unterschiedlich. Ein koordinierender Transceiver (PNC) eines drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) innerhalb eines Clusters erhöht die Synchronisierfrequenz dieses Clusters zu einer zufälligen Zeit für einen vorher festgelegten Beschleunigungszeitabschnitt, was ein Vereinigen dieses Clusters mit einem anderen Cluster ermöglicht. Der koordinierende Transceiver (PNC) wählt eine zufällig Zeit gemäß einer kumulativen Verteilungsfunktion (CDF) aus.
In einer bevorzugten Ausführung ist die kumulative Verteilungsfunktion wie folgt: $C D F (t) = {\begin{array}{l} 0 & i f t \leq s \\ \frac{q^{t} - q^{s}}{q^{e} - q^{s}} & i f s \leq t \leq e \\ 1 & i f t > e \end{array}$
Ein Beispiel für eine kumulative Verteilungsfunktion ist in 13 dargestellt. 13a zeigt die kumulative Verteilungsfunktion und 13b eine Ableitung der kumulativen Verteilungsfunktion für die aktuelle Zeit eines Beschleunigungszeitabschnitts in einem Cluster. 13a, b zeigen Graphen für Cluster mit einer unterschiedlichen Anzahl von drahtlosen lokalen Netzen N. Es kann aus 13 ersehen werden, dass die Verteilungsfunktion für die aktuelle Zeit für eine große Anzahl von drahtlosen lokalen Netzen (WLANs) ähnlich mit einer konstanten Zeitverschiebung ist.
Der koordinierende Transceiver PNC des drahtlosen lokalen Netzes innerhalb eines Clusters erhöht die Synchronisierfrequenz des Clusters, wenn ein Timer die ausgewählte zufällige Zeit erreicht. Wenn der koordinierende Transceiver (PNC) des drahtlosen lokalen Netzes WLAN innerhalb eines Clusters abtastet, dass die Synchronisierfrequenz schon von einem anderen koordinierenden Transceiver (PNC) eines anderen drahtlosen lokalen Netzes WLAN innerhalb desselben Clusters erhöht worden ist, setzt er den Timer zurück und wartet auf das Ende des Beschleunigungszeitabschnitts.
Wenn sich ein erster Cluster I mit einer ersten Synchronisierfrequenz und ein zweiter Cluster II mit einer zweiten Synchronisierfrequenz wie in 12 gezeigt einander annähern, vereinigen sie sich, um einen vereinigten Cluster III zu bilden, wenn eine Synchronisierfrequenz des ersten Clusters I oder zweiten Clusters II für den vorher festgelegten Beschleunigungszeitabschnitt erhöht worden ist, so dass sich zumindest ein Synchronisierzeitfenster der periodischen Synchronisierzeitfenster des ersten Clusters I und des zweiten Clusters II einander überlappen. Der erste Cluster I kann eine normale Synchronisierperiode von zum Beispiel Tsync = 100 µs aufweisen, und Cluster II kann eine etwas kürzere Synchronisierperiode von Tsync = 90 µs aufweisen. Wenn sich zwei sich nähernde Cluster I, II einander sehen und beide Cluster mit unterschiedlichen Synchronisierfrequenzen arbeiten, werden sich die Synchronisierzeitfenster nach einer Weile überlappen. Der Cluster II mit der langsameren Synchronisierfrequenz wird angehängt werden und mit der höheren Synchronisierfrequenz arbeiten.
Gemäß dem Synchronisiermechanismus wie als die vorliegende Erfindung benutzt werden die Beschleunigungszeitabschnitte erzeugt und durchgehend durch den Cluster ausgebreitet. Die genaue Startzeit der Beschleunigungszeitabschnitte ist zufällig. Das Auftreten von Beschleunigungszeitabschnitten in unterschiedlichen Clustern ist unabhängig. Das Vorsehen von Beschleunigungszeitabschnitten gestattet ein Synchronisieren zwischen zwei unterschiedlichen Clustern innerhalb einer sehr kurzen Zeit, nachdem sie in ihren Signalbereich gekommen sind. Wenn ein Cluster in einem Beschleunigungszeitabschnitt ist und der andere Cluster nicht, so wird der Zeitunterschied zwischen ihren Synchronisierzeitfenstern abnehmen, bis sie sich überlappen und synchronisieren.
Je höher der Beschleunigungspegel ist, desto schneller wird das Synchronisieren ausgeführt. Jedoch wird der Beschleunigungspegel nicht so hoch ausgewählt, damit die Transceiver von den sich vereinigenden Clustern in der Lage sind zu folgen. Eine Verringerung der periodischen Synchronisierzeit Tsync macht es möglich den Beschleunigungspegel zu erhöhen.
Die Zeit eines Synchronisierens während der Vereinigungsprozedur von zwei Clustern eine Zufallsvariable mit statischen Eigenschaften, die von vielen Parametern abhängig sind.
Für ein realistisches Szenario mit einer Frequenzabweichung von ±20 ppm, einer nominalen Synchronisierzeitperiode Tsync = 50 µs, einer gewählten kumulativen Verteilungsfunktion CDF (mit den folgenden Parametern: q = 529; s = 0,30; e = 1,6 s), eines Beschleunigungszeitabschnitts von 0,2 s und einem Beschleunigungspegel von 300 ppm wird die Synchronisierzeit weniger als 4 Sekunden bei einer Wahrscheinlichkeit von 90 % und weniger als 8 Sekunden bei einer Wahrscheinlichkeit von 99 % betragen.
In einer bevorzugten Ausführung wird ein Clear-Channel-Assessment-CCA-Mechanismus benutzt, welcher es vielen Transceivern ermöglicht, während einer Konkurrenzbetriebsperiode eine begründete Vermutung anzustellen, ob er ein Senden beginnen kann.
Jeder Transceiver, der vor und nach einem Synchronisiersignal sendet, fügt zusätzliche Sprung- bzw. Hoppingzyklen mit vorher festgelegten bekannten Signalen in der Hoppingzeitphase hinzu, welche in dem Datenübertragungskanal benutzt wird. Jeder andere Transceiver in demselben drahtlosen lokalen Netz WLAN überwacht das zusätzliche Signalisieren und versteht somit, dass der Datenübertragungskanal nicht frei ist.
Wenn sich unterschiedliche Cluster vereinigen, richtet ein koordinierender Transceiver (PNC) eines sich annähernden Clusters ein Piconetz ein und beginnt am Ende der Erfassungsphase ein Datenübertragen, wenn ein sync-Signalzug gefunden worden ist, oder nach dem ersten Beschleunigungszeitabschnitt, vorausgesetzt, dass der neue koordinierende Transceiver einen freien Datenübertragungskanal findet.
Der normale Transceiver, welcher sich einem Cluster annähert, sucht unmittelbar nach dem ersten Beschleunigungszeitabschnitt auf allen Datenübertragungskanälen nach einem vorhandenen Piconetz. Der normale Transceiver schließt sich dann jedem der gefundenen Piconetze an, wenn er die Bestätigung dafür von dem jeweiligen koordinierenden Transceiver PNC erhalten hat. Ein neuer koordinierender Transceiver PNC benutzt eine neue Regelsequenz mit einer beliebigen anfänglichen Regelsequenzphase, bis er entscheidet, ein Piconetz mit einem bestimmten Kanal einzurichten. An diesem Punkt beginnt der neue koordinierende Transceiver (PNC) die Regelsequenz zu verwenden, welche diesem Datenübertragungskanal zugewiesen ist.
Ein koordinierender Transceiver (PNC) teilt die aktuelle Regelsequenzphase auf alle angeschlossenen normalen Transceiver mittels Datenübertragung auf.
Ein neuer normaler Transceiver wird die neue Regelsequenz mit jeder beliebigen anfänglichen Regelsequenzphase verwenden, bis er ein arbeitendes Piconetz mit einem bestimmten Datenübertragungskanal findet, dem er sich anzuschließen entscheidet. Der normale Transceiver extrahiert darauf die Regelsequenzphase aus von dem jeweiligen koordinierenden Transceiver PNC gelieferten Daten. Sobald der normale Transceiver die richtige Phase abtastet, beginnt er die Regelsequenz zu verwenden, die dem Kanal des Piconetzes mit der korrespondierenden Sequenzphase zugewiesen ist.
Jeder neue Transceiver stimmt seine Synchronisierzeitfenster auf Synchronisiersignale ab, die er identifiziert. Wenn der neue Transceiver Synchronisiersignale von mehr als einem Cluster identifiziert, stimmt er die Synchronisierfenster auf einen der Cluster ab. Wenn der neue Transceiver auf die Synchronisiersignale des bestimmten Clusters abgestimmt ist, beginnt er Synchronisierfenster von seinen eigenen zu öffnen und sendet Synchronisiersignale gemäß einer Regelsequenz, die neuen Transceivern zugewiesen ist. Der neue Transceiver benutzt eine Beschleunigungssynchronisierfrequenz für einen Beschleunigungszeitabschnitt. Der neue Transceiver sendet keine Daten, bevor er den ersten Beschleunigungszeitabschnitt beendet hat. Der neue Transceiver sucht nach dem Beschleunigungszeitabschnitt einen freien Kanal und richtet ein Piconetz auf jedem freien Kanal ein. Jeder koordinierende Transceiver PNC verteilt die aktuelle Phase der Regelsequenz mittels Datenübertragen auf alle Transceiver auf, die zu seinem drahtlosen lokalen Netz WLAN gehören. Ein neuer normaler Transceiver kann sich jedem drahtlosen lokalen WLAN in Betrieb nach dem ersten Beschleunigungszeitabschnitt anschließen. Der neue normale Transceiver extrahiert die Phase der Regelsequenz aus den vom koordinierenden Transceiver übertragenen Daten und beginnt dann mit der Verwendung der relevanten Regelsequenz mit der extrahierten Phase.
Die folgende Regelsequenz kann in einer bevorzugten Ausführung benutzt werden: $s 1 = [u, u, u, d, d, d];$
$s 2 = [u, u, d, d];$
$s 3 = [u, d];$
$s 4 = [u, u, d] .$
In diesem Fall wird die folgende Regelsequenz für einen neuen koordinierenden Transceiver verwendet: $s 5 = [d, u, u, u, u]$
Und die folgende Regelsequenz wird für einen normalen Transceiver benutzt: $s 6 = [u, d, d, d, d]$
Das Verfahren zum Datenübertragen innerhalb eines drahtlosen lokalen Netzes WLAN gemäß der vorliegenden Erfindung ermöglicht den Betrieb von vielen drahtlosen lokalen Netzen WLANs gleichzeitig in demselben lokalen Bereich, wobei die unterschiedlichen drahtlosen lokalen Netze WLANs, die sich überlappen, einen Cluster bilden. Transceiver innerhalb der drahtlosen lokalen Netze WLANs können entweder feste oder bewegliche Geräte sein.
Das Verfahren zum Datenübertragen innerhalb eines drahtlosen lokalen Netzes WLAN gemäß der vorliegenden Erfindung gestattet es, dass die Cluster, von denen jeder zumindest ein drahtloses lokales Netz aufweist, sich vereinigen oder aufteilen können. Sendende Transceiver von verschiedenen drahtlosen lokalen Netzen WLANs innerhalb eines Clusters beginnen ihr jeweiliges Datenübertragen zu verschobenen Zeiten, um unterschiedliche Datenübertragungskanäle für die drahtlosen lokalen Netze WLANs einzurichten. Nachdem das Datenübertragen zu einer verschobenen Zeit begonnen hat, wird ein Frequenzband mit jedem Datenübertragungsintervall in einer zyklischen Reihenfolge gemäß einer vorher festgelegten Frequenzsprungsequenz geändert, welche für alle drahtlosen lokalen Netze innerhalb des Clusters identisch ist. Kollisionen zwischen drahtlosen lokalen Netzen WLANs, welche unterschiedliche Datenübertragungskanäle benutzen, können nicht auftreten.

Claims

Verfahren zum Datenübertragen innerhalb eines drahtlosen lokalen Netzes (WLAN), welches gleichzeitig mit weiteren drahtlosen lokalen Netzen (WLANs) in demselben lokalen Bereich betreibbar ist, - wobei jedes drahtlose lokale Netz (WLAN) mindestens einen Transceiver bzw. Sende-/Empfangsgerät aufweist, - wobei ein sendender Transceiver eines drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) ein Signal sendet, welches Daten zu einem empfangenden Transceiver desselben drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) während Datenübertragungsintervallen mit sich ändernden Frequenzbändern befördert, - wobei das Frequenzband mit jedem Datenübertragungsintervall in einer zyklischen Reihenfolge gemäß einer vorher festgelegten Frequenzhopping- bzw. Frequenzsprungfrequenz geändert wird, welche für alle gleichzeitig betriebenen drahtlosen lokalen Netze (WLANs) identisch ist, - wobei die sendenden Transceiver von unterschiedlichen drahtlosen lokalen Netzen (WLANs) unterschiedliche Zeitverschiebungen für den Frequenzsprungzyklus mit Bezug auf einen lokalen Zeitpunkt verwenden, den jeder Transceiver aufweist, um unterschiedlichen Datenübertragungskanäle für die drahtlosen lokalen Netze einzurichten, - wobei jedes drahtlose lokale Netz (WLAN) einen koordinierenden Transceiver (PNC) zum Verwalten des Datenverkehrs innerhalb des drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) aufweist, - wobei die Transceiver ein vorher festgelegtes Synchronisiersignal (sync) während eines periodischen Synchronisierzeitfensters gemäß einer Synchronisierregelsequenz senden oder empfangen, - wobei für jeden Datenübertragungskanal eine vorher festgelegte Synchronisierregelsequenz vorgesehen ist, - wobei das das Synchronisiersignal innerhalb des Synchronisierzeitfensters an einem festen Punkt mit Referenz auf den Beginn des Synchronisierzeitfensters während Synchronisierübertragungsintervallen mit sich ändernden Frequenzbändern übertragen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Startzeit des Synchronisierzeitfensters die lokale Bezugszeit zum Abstimmen der Frequenzsprungsequenz ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Frequenzband mit jedem Synchronisierübertragungsintervall in einer vorher festgelegten zyklischen Reihenfolge gemäß einer Synchronisierfrequenzsprungsequenz geändert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Reihenfolge von Frequenzbändern der Synchronisierfrequenzsprungsequenz die gleiche oder umgekehrt zur Reihenfolge von Frequenzbändern der Frequenzsprungsequenz für die Datenübertragung ist.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei der koordinierende Transceiver (PNC) eines drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) Synchronisiersignale im Verlauf von Uplink-Synchronisierzeitfenstern in Abhängigkeit von der Synchronisierregelsequenz empfängt, die für den jeweiligen Datenübertragungskanal des drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) vorgesehen ist und wobei die anderen Transceiver des drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) ein Synchronisiersignal im Verlauf von Downlink-Synchronisierzeitfenstern gemäß der Synchronisierregelsequenz empfangen, die für den jeweiligen Datenübertragungskanal des drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) vorgesehen ist.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei ein Transceiver, welcher ein Signal während eines Synchronisierzeitfensters empfängt, die Ankunftszeit des Synchronisiersignals abtastet.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei ein Transceiver, welcher ein Signal während des Synchronisierzeitfensters empfängt, das empfangene Signal mit einem erwarteten Synchronisiersignal korreliert, um das Korrelationssignal zu erzeugen.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Transceiver die Zeit der ersten Signalspitze des erzeugten Korrelationssignals als die Ankunftszeit des Synchronisiersignals abtastet und die abgetastete Ankunftszeit mit einer erwarteten Empfangszeit für ein von dem Transceiver gesendetes Synchronisiersignal vergleicht.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der Transceiver seine Synchronisierperiode abgleicht, um sie mit der abgetasteten Ankunftszeit des Synchronisiersignals abzustimmen, wenn die Ankunftszeit früher als die erwartete Empfangszeit ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei sich eine Autokorrelationsfunktion des Synchronisiersignals innerhalb eines Synchronisierintervalls einer Impulsfunktion annähert.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Datenübertragungsintervalle eine vorher festgelegte Länge aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Zeitdifferenz zwischen einem Datenübertragungskanal von unterschiedlichen drahtlosen lokalen Netzen (WLANs) die Summe aus der Zeitlänge eines Übertragungsintervalls und einer vorher festgelegten Schutzzeit ist.
Verfahren nach Anspruch 12, wobei zwei beliebige Transceiver, ob sie zu demselben drahtlosen lokalen Netz gehören oder nicht, direkt synchronisiert, wenn das von einem Transceiver übertragene Synchronisiersignal innerhalb des Synchronisierfensters des anderen Transceivers empfangen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei in einer Gruppe von Transceivern alle synchronisiert werden und einen Cluster bilden, wenn zwei beliebige Transceiver in der Gruppe über eine virtuelle Kette von direkt synchronisierten Transceivern verbindbar sind.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei die durchschnittliche Synchronisierperiode von irgendeinem Transceiver in einem Cluster gleich der Periode des schnellsten Gerätes in dem Cluster ist.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei jeder Piconetzkoordinator (PNC) die Synchronisierfrequenz zu zufälligen Zeiten um einen vorher festgelegten Beschleunigungszeitabschnitt erhöht, wobei so die durchschnittliche Synchronisierfrequenz von allen Transceivern in seinem Cluster erhöht wird, um ein Vereinigen dieses Clusters mit weiteren Cluster zu ermöglichen.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei für den PNC eine erste mögliche Prozedur zum Erzeugen von zufälligen Beschleunigungszeiten darin besteht, um von ihm selbst oder anderen PNC erzeugte Beschleunigungszeitabschnitte zu identifizieren, und um am Ende jeder dieser Abschnitte einen Timer zu starten, welcher von Null bis zu einer zufälligen Zeit zählt, die gemäß der folgenden kumulativen Verteilungsfunktion (CDF) ausgewählt wird: $C D F (t) = {\begin{array}{l} 0 & i f t \leq s \\ \frac{q^{t} - q^{s}}{q^{e} - q^{s}} & i f s \leq t \leq e \\ 1 & i f t > e \end{array}$
Verfahren nach Anspruch 17, wobei beim Verwenden der ersten Alternative zum Erzeugen der zufälligen Beschleunigungszeitabschnitte jeder PNC die Synchronisierfrequenz erhöht, wenn der Timer die ausgewählte zufällige Zeit erreicht.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei beim Verwenden der ersten Alternative zum Erzeugen von zufälligen Beschleunigungszeitabschnitten ein koordinierender Transceiver (PNC) eines drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) innerhalb eines Clusters, wenn dieser abtastet, dass die Synchronisierfrequenz bereits von einem anderen koordinierenden Transceiver eines anderen drahtlosen lokalen Netzes (WLAN) innerhalb desselben Clusters erhöht worden ist, seinen Timer zurücksetzt und auf das Ende des Beschleunigungszeitabschnitts wartet.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei in einer zweiten möglichen Prozedur zum Erzeugen von zufälligen Beschleunigungszeiten der koordinierende Transceiver (PNC) entweder in einer Betriebsart als Beschleunigungsinitiator oder in einer Betriebsart als Nicht-Beschleunigungsinitiator arbeitet.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei in der Betriebsart Nicht-Beschleunigungsinitiator jeder PNC, der sich in Betriebsart Beschleunigungsinitiator befindet, unmittelbar einen Timer startet, nachdem er einen Beschleunigungszeitabschnitt beendet hat, wobei der Timer von Null bis zu einer zufälligen Zeit zählt, die gemäß einer Verteilungsfunktion ausgewählt ist, welche eine Zahl zwischen TAccMin und TAccMax erzeugt, wobei, wenn der Timer die ausgewählte zufällige Zeit erreicht, der PNC einen neuen Beschleunigungszeitabschnitt startet.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei in der Betriebsart Nicht-Beschleunigungsinitiator jeder PNC, der sich in Betriebsart Beschleunigungsinitiator befindet und einen von einem anderen PNC erzeugten Beschleunigungszeitabschnitt identifiziert, in Betriebsart Nicht-Beschleunigungsinitiator umschaltet.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei in der Betriebsart Nicht-Beschleunigungsinitiator jeder PNC, der sich in Betriebsart Nicht-Beschleunigungsinitiator befindet, Beschleunigungszeitabschnitte identifiziert und einen Zähler nach einem jeden solchen Abschnitt startet, wobei, wenn der Zähler TaccSwitch erreicht, was größer ist als TaccMax, erzeugt der PNC einen Beschleunigungszeitabschnitt und schaltet in die Betriebsart Beschleunigungsinitiator um.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei sich ein erster Cluster mit einer ersten Synchronisierfrequenz und ein zweiter Cluster mit einer zweiten Synchronisierfrequenz beim gegenseitigen Annähern vereinigen und einen vereinigten Cluster bilden, wenn eine Synchronisierfrequenz des ersten oder zweiten Clusters für den vorher festgelegten Beschleunigungszeitabschnitt erhöht worden ist, derart, dass mindestens ein Synchronisierzeitfenster der periodischen Synchronisierzeitfenster des ersten und des zweiten Clusters einander überlappen.