DE202005021155U1

DE202005021155U1 - System für drahtlose Verbindungsfähigkeit in einer mobilen Umgebung

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Publication number: DE202005021155U1
Application number: DE200520021155
Authority: DE
Original assignee: Cisco Technology Inc
Current assignee: Cisco Technology Inc
Priority date: 2004-01-19
Filing date: 2005-01-10
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2015-01-11

Abstract

System für drahtlose Verbindungsfähigkeit in einer mobilen Umgebung, welches aufweist:
einen Router zum Routen von Kommunikationssignalen, die im Wesentlichen einen Internetprotokoll (IP)-Drahtlosstandard erfüllen, zu und von einem Funknetz, wobei der Router sich an einem Objekt befindet;
eine erste Antenne, die sich an dem Objekt befindet und kommunikationsmäßig mit dem Router gekoppelt ist, um die Kommunikationssignale zu und von einer Mehrzahl von Zugangspunkten auf dem Funknetz zu übertragen;
eine zweite Antenne, die kommunikationsmäßig mit dem Router gekoppelt ist, um die Kommunikationssignale zu und von der Mehrzahl von Zugangspunkten zu übertragen, wobei die zweite Antenne in einer Entfernung von der ersten Antenne an dem Objekt positioniert ist, die dem Router einen kontinuierlichen Zugang zu dem Funknetz ermöglicht, während die erste Antenne und die zweite Antenne durch das Funknetz springen, während sich das Objekt in Bewegung befindet.

Description

HINTERGRUND TECHNISCHES GEBIET
Vorliegend beschriebene Ausführungsformen betreffen das Gebiet der drahtlosen Kommunikation bzw. Funkkommunikation. Insbesondere beziehen sich Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Allgemeinen auf verlustfreies drahtloses Springen ("Roaming") in einer mobilen Umgebung.
EINSCHLÄGIGER STAND DER TECHNIK
Die drahtlose Kommunikation in einer mobilen Umgebung hat eine Vielzahl von Möglichkeiten vorgestellt, die für den Verbraucher von Nutzen sind. Drahtlose zelluläre Technologien ermöglichen eine verstärkte Verbindungsfähigkeit mit einem Kommunikationsnetz während einer Ortsverlagerung. Zu den Vorteilen für den Verbraucher gehört eine erhöhte Produktivität, während er sich in einer mobilen Umgebung befindet, da eine Kommunikation für geschäftliche Zwecke möglich ist. Zusätzlich ist die drahtlose zelluläre Technologie wegen des Tätigens privater Anrufe in einer mobilen Umgebung populär.
Während sich die zelluläre Technologie in einer mobilen Umgebung so weit entwickelt hat, dass sie eine Stimmkommunikation von Personen ermöglicht, die durch ein Funknetz springen, ist der drahtlose Internetzugang in einer mobilen Umgebung im zellulären Technologieformat äußerst beschränkt. Mit anderen Worten, bei Verwendung von standardmäßigen zellulären Frequenzen und Protokollen reicht die angebotene Bandbreite nicht aus, um einen gemeinsam nutzbaren Zugang zum Internet zur Verfügung zu stellen. Beispielsweise kann eine typische Bandbreite im Zusammenhang mit zellulärer Technologie 144 Kilobit/s betragen, was nicht ausreichend ist, um einer Mehrzahl von Anwendern einen Internetzugang zur Verfügung zu stellen.
Zusätzlich ist die Abdeckung, die mit zellulärer Technologie zur Verfügung steht, normalerweise auf Ballungsgebiete beschränkt, und besitzt eine beschränkte Abdeckung und Nützlichkeit in ländlicheren Gegenden, die für einen Schienen- oder Pendlerverkehr typisch sind. Hierbei kann es vorkommen, dass ein Internetverkehr durch zelluläre Technologie sowie ein Stimmverkehr außerhalb von Ballungsgebieten nicht möglich sind.
Andererseits stellt eine drahtlose Kommunikation unter Verwendung höherer Frequenzen eine vergrößerte Bandbreite zur Verfügung, die für einen Internetzugang ausreichend ist. Beispielsweise stellt eine drahtlose Kommunikation unter Verwendung von Formaten, die im Wesentlichen die IEEE 802.11-Standards erfüllen, annähernd 45 Megabits zur Verfügung. Dies stellt in einer gemeinsam genutzten Umgebung einen ausreichenden Durchsatz bzw. eine ausreichende Datenrate zur Verfügung.
In einer mobilen Umgebung ist jedoch eine kontinuierliche Verbindungsfähigkeit mit einem Funknetz während des Roamings durch ein Funknetz verhindert. Beispielsweise wenn ein schnell fahrender Zug mit einer an seinem Weg befindlichen Infrastruktur kommuniziert, um eine drahtlose Kommunikation mit einem Funknetz zu ermöglichen, springt der Zug über verschiedene Zugangspunkte oder Hot-Spots. Die Umschaltzeit zwischen aufeinander folgenden Zugangspunkten im Zusammenhang mit der Trennung von einem Zugangspunkt und der erneuten Anbindung an einen anderen Zugangspunkt kann in Hunderten von Millisekunden (z.B. 500 ms) gemessen werden, was einen messbaren Zeitbetrag darstellt. Während dieser Zeit ist der Zug von dem Funknetz abgekoppelt, was insbesondere für missionskritische Anwendungen ein Problem erzeugt.
ZUSAMMENFASSUNG
Daher beschreiben verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein System für verlustfreies ("hitless") drahtloses Roaming in einer mobilen Umgebung. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erlauben einen erhöhten Durchsatz für die drahtlose Kommunikation, der einen Internetzugang in schnell fahrenden Zügen ermöglicht. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erlauben auch eine kontinuierliche Verbindungsfähigkeit mit einem Funknetz, während sich ein sich schnell bewegendes Objekt durch drahtlose Abdeckungsbereiche bewegt, die von einer Mehrzahl von Zugangspunkten, die mit dem Funknetz in Verbindung stehen, zur Verfügung gestellt werden.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen ein System für eine kontinuierliche drahtlose Verbindungsfähigkeit in einer mobilen Umgebung. Bei einer Ausführungsform wird ein System beschrieben, das einen Router, eine erste Antenne und eine zweite Antenne aufweist. Der Router routet Internetprotokoll (IP)-Kommunikationssignale zu und von einem Funknetz. Der Router befindet sich an einem Objekt. Eine erste Antenne befindet sich ebenfalls an dem Objekt. Die erste Antenne ist kommunikationsmäßig mit dem Router gekoppelt, um die Kommunikationssignale zu und von einer Mehrzahl von Zugangspunkten auf dem Funknetz zu übertragen. Eine zweite Antenne ist ebenfalls kommunikationsmäßig mit dem Router gekoppelt, um die Kommunikationssignale zu und von der Mehrzahl von Zugangspunkten zu übertragen.
Die zweite Antenne ist in einer Entfernung von der ersten Antenne an dem Objekt angeordnet, die dem Router einen kontinuierlichen Zugang zu dem Funknetz ermöglicht, während die erste Antenne und die zweite Antenne durch das Funknetz springen, während sich das Objekt in Bewegung befindet. Genauer gesagt liegen die erste Antenne und die zweite Antenne in einer Entfernung von einander, die es ermöglicht, dass der Router die Kommunikationssignale durch einen ersten Zugangspunkt von der zweiten Antenne an das Funknetz überträgt, während unter Verwendung eines Mobile IP-Standards ein Link hergestellt wird, der die erste Antenne kommunikationsmäßig mit einem zweiten Zugangspunkt verbindet, während sich das Objekt in einen von dem zweiten Zugangspunkt zur Verfügung gestellten drahtlosen Abdeckungsbereich bewegt.
Zusätzlich wird ein Verfahren für drahtlose Verbindungsfähigkeit in einer mobilen Umgebung beschrieben. Das Verfahren umfasst das Übertragen von Kommunikationssignalen, die im Wesentlichen einen Internetprotokoll (IP)-Drahtlosstandard erfüllen, durch eine erste Antenne, die sich an einem Objekt befindet. Die Kommunikationssignale werden an einen ersten Zugangspunkt in einem Funknetz übertragen. Die Kommunikationssignale werden übertragen, während sich das Objekt entlang eines Weges bewegt, der das Objekt aus einer von dem ersten Zugangspunkt zur Verfügung gestellten ersten Abdeckungszone in eine von einem zweiten Zugangspunkt zur Verfügung gestellte zweite Abdeckungszone führt.
Das Verfahren stellt daraufhin einen ersten Link her, der die erste Antenne und die zweite Zugangspunkt unter Verwendung eines Mobile IP-Standards kommunikationsmäßig koppelt, während sich das Objekt in die zweite Abdeckungszone bewegt. Während der Link hergestellt wird, überträgt das Verfahren die Kommunikationssignale durch eine an dem Objekt befindliche zweite Antenne durch den ersten Zugangspunkt, um kontinuierlichen Zugang zu dem Funknetz zur Verfügung zu stellen.
In einer groben Zusammenfassung des oben Gesagten legt die vorliegende Schrift daher zumindest folgendes offen.
Ein System für drahtlose Verbindungsfähigkeit in einer mobilen Umgebung, welches aufweist:
einen Router zum Routen von Kommunikationssignalen, die im Wesentlichen einen Internetprotokoll (IP)-Drahtlosstandard erfüllen, zu und von einem Funknetz, wobei sich der Router an einem Objekt befindet;
eine an dem Objekt befindliche erste Antenne, die kommunikationsmäßig mit dem Router gekoppelt ist, um die Kommunikationssignale zu und von einer Mehrzahl von Zugangspunkten auf dem Funknetz zu übertragen;
eine zweite Antenne, die kommunikationsmäßig mit dem Router gekoppelt ist, um die Kommunikationssignale zu und von der Mehrzahl von Zugangspunkten zu übertragen, wobei die zweite Antenne in einer Entfernung von der ersten Antenne an dem Objekt angeordnet ist, die dem Router einen kontinuierlichen Zugang zu dem Funknetz ermöglicht, während die erste Antenne und die zweite Antenne durch das Funknetz springen, während sich das Objekt in Bewegung befindet.
Ein Verfahren für drahtlose Verbindungsfähigkeit in einer mobilen Umgebung, welches umfasst:
Übertragen von Kommunikationssignalen, die im Wesentlichen einen Internetprotokoll (IP)-Drahtlosstandard erfüllen, durch eine erste Antenne, die sich an einem Objekt befindet, an einen ersten Zugangspunkt in einem Funknetz, während sich das Objekt entlang eines Pfades bewegt, der das Objekt aus einer von dem ersten Zugangspunkt zur Verfügung gestellten Abdeckungszone in eine von einem zweiten Zugangspunkt zur Verfügung gestellte zweite Abdeckungszone führt;
Herstellen eines Links, der die erste Antenne und den zweiten Zugangspunkt unter Verwendung eines Mobile IP-Standards kommunikationsmäßig koppelt, während sich das Objekt in die zweite Abdeckungszone bewegt; und
Übertragen der Kommunikationssignale durch eine zweite Antenne, die sich an dem Objekt befindet, an den ersten Zugangspunkt, während die erste Antenne den Link mit dem zweiten Zugangspunkt herstellt, um einen kontinuierlichen Zugang zu dem Funknetz zur Verfügung zu stellen.
Ein Computersystem, welches aufweist:
einen Prozessor; und
einen von einem Computer lesbaren Speicher, der mit dem Prozessor gekoppelt ist und Programmanweisungen enthält, die bei ihrer Ausführung ein Verfahren für drahtlose Verbindungsfähigkeit in einer mobilen Umgebung implementieren, welches umfasst:
Übertragen von Kommunikationssignalen, die im Wesentlichen einen Internetprotokoll (IP)-Drahtlosstandard erfüllen, durch eine erste Antenne, die sich an einem Objekt befindet, an einen ersten Zugangspunkt in einem Funknetz, während sich das Objekt entlang eines Pfades bewegt, der das Objekt aus einer von dem ersten Zugangspunkt zur Verfügung gestellten Abdeckungszone in eine von einem zweiten Zugangspunkt zur Verfügung gestellte zweite Abdeckungszone führt;
Herstellen eines Links, der die erste Antenne und den zweiten Zugangspunkt unter Verwendung eines Mobile IP-Standards kommunikationsmäßig koppelt, während sich das Objekt in die zweite Abdeckungszone bewegt; und
Übertragen der Kommunikationssignale durch eine zweite Antenne, die sich an dem Objekt befindet, an den ersten Zugangspunkt, während die erste Antenne den Link mit dem zweiten Zugangspunkt herstellt, um einen kontinuierlichen Zugang zu dem Funknetz zur Verfügung zu stellen.
Ein von einem Computer lesbares Medium, das ausführbare Anweisungen enthält, das bei ihrer Ausführung in einem Verarbeitungssystem das System veranlasst, die Schritte für drahtlose Verbindungsfähigkeit in einer mobilen Umgebung durchzuführen, und welches aufweist:
Übertragen von Kommunikationssignalen, die im Wesentlichen einen Internetprotokoll (IP)-Drahtlosstandard erfüllen, durch eine erste Antenne, die sich an einem Objekt befindet, an einen ersten Zugangspunkt in einem Funknetz, während sich das Objekt entlang eines Pfades bewegt, der das Objekt aus einer von dem ersten Zugangspunkt zur Verfügung gestellten Abdeckungszone in eine von einem zweiten Zugangspunkt zur Verfügung gestellte zweite Abdeckungszone führt;
Herstellen eines Links, der die erste Antenne und die zweite Zugangspunkt unter Verwendung eines Mobile IP-Standards kommunikationsmäßig koppelt, während sich das Objekt in die zweite Abdeckungszone bewegt; und
Übertragen der IP-Kommunikationssignale durch eine zweite Antenne, die sich an dem Objekt befindet, an den ersten Zugangspunkt, während die erste Antenne den Link mit dem zweiten Zugangspunkt herstellt, um einen kontinuierlichen Zugang zu dem Funknetz zur Verfügung zu stellen.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Es zeigt:
1 ein Blockdiagramm einer elektronischen Vorrichtung, die zu verlustfreiem drahtlosen Roaming in einer mobilen Umgebung in der Lage ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ein Blockdiagramm eines Systems, das zu verlustfreiem drahtlosen Roaming in einer mobilen Umgebung in schnell fahrenden Zügen in der Lage ist, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 ein Ablaufdiagramm zur Veranschaulichung eines von einem Computer ausgeführten Verfahrens für verlustfreies drahtloses Roaming in einer mobilen Umgebung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 ein Zeitablaufdiagramm zur Veranschaulichung des Vorgangs zum Umschalten auf einen neuen Zugangspunkt unter Beibehaltung einer kontinuierlichen Abdeckung mit einem Funknetz, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es wird nun im Detail auf die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, eines Systems für verlustfreies drahtloses Roaming in einer mobilen Umgebung, Bezug genommen, wofür Beispiele in der beigefügten Zeichnung veranschaulicht sind.
Dem gemäß beschreiben verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein System für verlustfreies drahtloses Roaming in einer mobilen Umgebung wie etwa einem schnell fahrenden Zug. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen einen erhöhten Durchsatz für eine drahtlose Kommunikation, der einen Internetzugang auf sich schnell bewegenden Objekten ermöglicht. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen eine kontinuierliche Verbindungsfähigkeit mit einem Funknetz, während sich ein sich schnell bewegendes Objekt durch drahtlose Abdeckungsbereiche bewegt, die von einer Mehrzahl von Zugangspunkten, die eine Verbindung mit dem Funknetz herstellen, zur Verfügung gestellt werden.
NOTATION UND NOMENKLATUR
Unter Bezugnahme auf 1 bestehen Teile der vorliegenden Erfindung aus von einem Computer lesbaren und von einem Computer ausführbaren Anweisungen, die z.B. in von einem Computer lesbaren Medium eines elektronischen Systems wie etwa eines Personalcomputers, eines zellulären Telefons, eines Personal Digital Assistant, eines Server-Computers, eines Mainframe, eines vernetzten Computers, einer Workstation, eines Routers und dergleichen vorliegen. 1 ist ein Blockdiagramm von inneren Komponenten eines beispielhaften elektronischen Systems 100, auf dem Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung implementiert werden können.
Das beispielhafte elektronische System 100 enthält einen Adressen/Datenbus 120 zum Übermitteln von Informationen, einen mit dem Bus 120 gekoppelten Zentralprozessor 101 zum Verarbeiten von Informationen und Anweisungen, einen mit dem Bus 120 gekoppelten flüchtigen Speicher 102 (z.B. Direktzugriffsspeicher (RAM), statischer RAM, dynamischer RAM usw.) zum Speichern von Informationen und Anweisungen für den Zentralprozessor 101, und einen mit dem Bus 120 gekoppelten nicht-flüchtigen Speicher 103 (z.B. Nur-Lese-Speicher (ROM), programmmierbarer ROM, Flash-Speicher, EPROM, EEPROM usw.) zum Speichern von statischen Informationen und Anweisungen für den Prozessor 101.
Das beispielhafte elektronische System 100 enthält auch eine mit dem Bus 120 gekoppelte optionale Datenspeichervorrichtung 104 (z.B. Speicherkarte, Festplatte usw.) zum Speichern von Informationen und Anweisungen. Die Datenspeichervorrichtung 104 kann austauschbar sein. Immer noch unter Bezugnahme auf 1 ist eine Netzschnittstelle 108 (z.B. Signaleingabe-/-ausgabevorrichtung) vorgesehen, die mit dem Bus 120 gekoppelt ist, um einen Kommunikationslink zwischen dem elektronischen System 100 und einer Netzwerkumgebung wie etwa einer Funknetzumgebung bereit zu stellen. Hierbei ermöglicht es die Netzschnittstelle 108 der Zentralprozessoreinheit 101, mit anderen elektronischen Systemen, die mit einem Kommunikationsnetz gekoppelt sind, zu kommunizieren oder sie zu überwachen.
Einige Teile der nachfolgenden detaillierten Beschreibungen werden als Prozeduren, Schritte, Logikblöcke, Verarbeitung und anderen symbolische Darstellungen von Operationen an Datenbits, die auf einem Computerspeicher durchgeführt werden können, dargestellt. Diese Beschreibungen und Darstellungen sind Mittel, die von Fachleuten auf dem Gebiet der Datenverarbeitung verwendet werden, um anderen Fachleuten das Wesentliche ihrer Arbeit am effektivsten zu vermitteln. Eine Prozedur, ein von einem Computer ausgeführter Schritt, ein Logikblock, ein Prozess usw. wird hierbei und im Allgemeinen als eine in sich geschlossene Sequenz von Schritten oder Anweisungen aufgefasst, die zu einem gewünschten Resultat (ihren. Die Schritte sind diejenigen, die physische Manipulationen von physikalischen Größen erfordern. Für gewöhnlich, jedoch nicht unbedingt, haben diese Größen die Form von elektrischen oder magnetischen Signalen, die gespeichert, übertragen, verknüpft, verglichen und anderweitig in einem Computersystem manipuliert werden können. Zeitweise hat es sich als nützlich herausgestellt, in erster Linie aus Gründen des allgemeinen Gebrauchs, diese Signale als Bits, Werte, Elemente, Symbole, Schriftzeichen, Ausdrücke, Zahlen oder dergleichen zu bezeichnen.
Es sollte jedoch nicht vergessen werden, dass alle von diesen und von ähnlichen Ausdrücken den geeigneten physikalischen Größen zugeordnet sein sollen und lediglich nützliche Etikette sind, die auf diese Größen angewendet werden. Außer wenn es anderweitig angegeben wird, wie aus der nachfolgenden Erörterung ersichtlich ist, beziehen sich während der gesamten vorliegenden Erfindung Erörterungen unter Verwendung von Ausdrücken wie etwa "Übertragen," "Herstellen," "Erfassen," "Trennen" und "erneute Anbindung" oder dergleichen auf die Aktionen und Prozesse eines Computersystems oder einer ähnlichen elektronischen Rechenvorrichtung beziehen, einschließlich eines eingebetteten Systems, das Daten manipuliert und umformt, die als physikalische (elektronische) Größen in den Registern und Speichern des Computersystems dargestellt sind, in andere Daten, die auf ähnliche Weise als physikalische Größen in den Registern und Speichern des Computersystems oder anderen solchen Informationsspeicher-, Übertragungs- oder Anzeigevorrichtungen dargestellt sind.
SYSTEM ZUM VERLUSTFREIEN DRAHTLOSEN ROAMING IN EINER MOBILEN UMGEBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen Links zwischen drahtlosen Endpunkten durch einen Mobile Interet Protocol (IP)-Kommunikationsstandard wie etwa RFC3344, "IP Mobility Support for IPv4", dar. Im Besonderen spezifiziert der Mobile IP-Standard ein Protokoll, welches das Routen von IP-Datagrammen an Mobilknoten im Internet ermöglicht. Auf diese Weise ist eine Kommunikation durch das Internet in einer mobilen Umgebung möglich. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind gut für die Verwendung eines jeglichen Mobile IP-Standards für das Herstellen von Links zwischen zwei Endpunkten für die Zwecke einer Kommunikation durch das Internet geeignet.
Zusätzlich werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung hauptsächlich in einem Zusammenhang erörtert, in dem Vorrichtungen und Systeme unter Verwendung von drahtlosen Links durch das Internet miteinander gekoppelt sind. Im Besonderen sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf die Kommunikation von IP-Datagrammen in einem Funknetz gerichtet, und insbesondere im Hinblick auf Vorrichtungen und Systeme, die einen drahtlosen Kommunikationsstandard wie etwa IEEE 802.11 erfüllen. Auch wenn Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung in einem Funknetz beschrieben sind, das unter Verwendung eines IEEE 802.11-Standards kommuniziert, sollte es verständlich sein, dass andere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung gut für Protokolle geeignet sind, die anderen drahtlosen Kommunikationsstandards zugeordnet sind.
Obgleich Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Veranschaulichung einer drahtlosen Kommunikation in einer mobilen Umgebung beschrieben sind, die sich auf schnell fahrende Züge bezieht, sind andere Ausführungsformen gut für jegliche mobile Umgebung unter Verwendung anderer geeigneter Transportarten geeignet.
Unter Bezugnahme auf 2 wird nun ein Blockdiagramm eines Systems 200 gezeigt, das in der Lage ist, das verlustfreie drahtlose Roaming in einer mobilen Umgebung zu unterstützen, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Bei dieser Ausführungsform werden Links zwischen Knoten in dem Funknetz durch einen Mobile Internet Protocol (IP)-Standard hergestellt, um die Kommunikation durch das Internet 270 in einer mobilen Umgebung zu erleichtern.
Das System 200 weist eine mobile Komponente oder Umgebung auf, die kommunikationsmäßig mit einem statischeren drahtlosen Kommunikationsnetz gekoppelt ist. Die mobile Umgebung weist gemäß der Darstellung in 2 ein Objekt wie etwa einen schnell fahrenden Zug 210 auf, der sich auf einem Schienenweg bewegt.
Bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist der schnell fahrende Zug 210 in der Lage, mit einem Funknetz 290 zu kommunizieren, das zum Teil eine Mehrzahl von Zugangspunkten 260, das Internet-Kommunikationsnetz 270 und einen Backend-Server 280 zum Erleichtern der drahtlosen Kommunikation aufweist. Das in 2 gezeigte Funknetz 290 erfüllt drahtlose IP-Standards zum Herstellen von Links in dem und an das Netz 290 und zum Übertragen von IP-Datagrammen zwischen Endpunkten, die auf das Internet 270 zugreifen. Genauer gesagt wird die drahtlose Kommunikation von dem Zug durch einen Backend-Server 280 oder Home Agent bedient, um eine Kommunikation mit anderen Endpunkten, die auf das Internet 270 zugreifen, zur Verfügung zu stellen.
In dem Funknetz 290 ist eine Mehrzahl von Zugangspunkten 260, auch als Hot-Spots bekannt, vorgesehen, um eine drahtlose Kommunikation von dem Zug 210 zu erleichtern. Bei einer Ausführungsform ist die Mehrzahl von Zugangspunkten 260 entlang des Schienenweges positioniert, um eine überlappende, aneinander grenzende oder aufeinander folgende drahtlose Abdeckungsbereich zu ermöglichen. Im Allgemeinen ist bei Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung jeder der Mehrzahl von Zugangspunkten 260 entlang der Schiene positioniert, um einen kontinuierlichen Zugang zu dem Funknetz zu ermöglichen.
In einigen Fällen überlappen sich aufeinander folgende drahtlose Abdeckungsbereiche nicht unbedingt. Dennoch sind Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung immer noch in der Lage, für einen kontinuierlichen Zugang zu dem Funknetz zu sorgen, obwohl eine kleine Lücke in drahtlosen Abdeckungsbereichen zwischen aufeinander folgenden Zugangspunkten an dem Schienenweg vorhanden sein kann.
Die mobile Umgebung des Systems 200 weist einen schnell fahrenden Zug 210 auf, der einen Router 220, eine erste Antenne 235 und eine zweite Antenne 245 aufweist. Der Router ist mit mindestens einer drahtlosen Vorrichtung (z.B. der drahtlosen Vorrichtung 250) kommunikationsmäßig gekoppelt, um Kommunikationssignale, die einen IP-Standard befolgen, an ein Funknetz zu übertragen. Hierbei ermöglicht der Router der drahtlosen Vorrichtung 250, die sich an dem Zug 210 befindet, einen Zugang zu dem Funknetz 290.
Insbesondere routet der Router 220 Kommunikationssignale, die im Wesentlichen einen Internetprotokoll (IP)-Drahtlosstandard erfüllen, zu und von dem Funknetz 290. Der Router befindet sich an dem schnell fahrenden Zug 210.
Zusätzlich weist die mobile Umgebung auch eine erste Antenne 235 auf, die sich auf dem schnell fahrenden Zug 210 befindet. Die erste Antenne 235 ist kommunikationsmäßig mit dem Router 220 gekoppelt, um die Kommunikationssignale an die Mehrzahl von Zugangspunkten in dem Funknetz 290 zu übertragen. Die erste Antenne 235 kann entweder drahtlos oder durch Kabel mit dem Router 220 gekoppelt sein. Die erste Antenne 235 besteht bei einer Ausführungsform aus einer Antenne mit starker Richteigenschaft, um eine vergrößerte Reichweite zur Verfügung zu stellen.
Ein drahtloses Schnittstellenmodul 230 (z.B. eine drahtlose Karte) ermöglicht eine Kommunikation mit dem Funknetz 290 durch die erste Antenne 235. Mit anderen Worten, das drahtlose Schnittstellenmodul 230 wird so betrieben, dass es die erste Antenne 235 kommunikationsmäßig mit dem Funknetz 290 koppelt und eine Schnittstelle mit dem Router 220 darstellt, so dass der Router 220 Kommunikationssignale durch die erste Antenne 235 an das Funknetz übertragen kann.
Zusätzlich weist die mobile Umgebung auch eine zweite Antenne 245 auf, die kommunikationsmäßig mit dem Router 220 gekoppelt ist, um die Kommunikationssignale an die Mehrzahl von Zugangspunkten in dem Funknetz zu übertragen. Die zweite Antenne 245 kann entweder drahtlos oder durch Kabel mit dem Router 220 gekoppelt sein. Die zweite Antenne 245 besteht bei einer Ausführungsform aus einer Antenne mit starker Richteigenschaft, um eine vergrößerte Reichweite zur Verfügung zu stellen.
Ein drahtloses Schnittstellenmodul 240 (z.B. eine drahtlose Karte) ermöglicht eine Kommunikation mit dem Funknetz 290 durch die zweite Antenne 245. Mit anderen Worten, das drahtlose Schnittstellenmodul 240 wird so betrieben, dass es die zweite Antenne 245 kommunikationsmäßig mit dem Funknetz 290 koppelt und eine Schnittstelle mit dem Router 220 darstellt, so dass der Router 220 Kommunikationssignale durch die zweite Antenne 245 an das Funknetz übertragen kann.
Wie in 2 gezeigt ist, kann der Router 220 Kommunikationssignale jederzeit entweder durch die erste Antenne 235 oder durch die zweite Antenne 245 oder durch beide an das Funknetz übertragen. Der Router 220 ist in der Lage zu entscheiden, welche Antenne die Kommunikationssignale an das Funknetz 290 routen soll.
Hierbei ist die zweite Antenne 245 in einer Entfernung "d" 247 von der ersten Antenne 235 auf dem schnell fahrenden Zug positioniert, um dem Router 220 einen kontinuierlichen Zugang zu dem Funknetz 290 zu ermöglichen. Es wird ein kontinuierlicher Zugang zur Verfügung gestellt, während die erste Antenne 235 und die zweite Antenne durch das Funknetz 290 springen, während sich der schnell fahrenden Zug in Bewegung befindet.
Insbesondere ist die Entfernung "d" 247 derart, dass der Router in der Lage ist, Kommunikationssignale durch einen ersten Zugangspunkt von der zweiten Antenne an das Funknetz 290 zu übertragen, während ein Link unter Verwendung eines Mobile IP-Standards hergestellt wird, der die erste Antenne 235 kommunikationsmäßig mit einem zweiten Zugangspunkt koppelt, während sich das schnell fahrende Zug 290-Objekt in einen von einem zweiten Zugangspunkt zur Verfügung gestellten drahtlosen Abdeckungsbereich bewegt. Mit anderen Worten, während sich der schnell fahrende Zug 290 von der von einem ersten Zugangspunkt zur Verfügung gestellten drahtlosen Abdeckungsbereich in einen von dem zweiten Zugangspunkt zur Verfügung gestellten drahtlosen Abdeckungsbereich bewegt, ist die vorliegende Ausführungsform in der Lage, einen kontinuierlichen Zugang zu dem Funknetz 290 zur Verfügung zu stellen.
Bei einer Ausführungsform beträgt die Entfernung "d" 247 mehr als 42 Meter. Mit anderen Worten, es ist vorstellbar, dass der schnell fahrende Zug 210 schneller als 300 km/h fährt. Da die Umschaltzeit zwischen den Zugangspunkten für jede der Antennen durch ihre jeweiligen drahtlosen Schnittstellenmodule (z.B. 230 und 240) ca. 500 ms beträgt, kann der Zug ca. 42 Meter zurücklegen. Während dieser Zeitspanne wird das drahtlose Schnittstellenmodul, das von einem Zugangspunkt zu einem anderen Zugangspunkt umschaltet, von der am Weg gelegenen Infrastruktur in dem Funknetz 290 getrennt. Mit anderen Worten, das drahtlose Schnittstellenmodul, das von einem Zugangspunkt zu einem anderen umschaltet, ist nicht in der Lage, IP-Datagramme oder Kommunikationssignale zu übertragen.
Indem jedoch zwei Antennen, d.h. die erste Antenne 235 und die zweite Antenne 245, in einer Entfernung "d" 247 von mehr als 42 Metern voneinander positioniert werden, kann der Router 220 zu jeglichem Zeitpunkt fortfahren, IP-Datagramme durch eine oder beide der Antennen zu übertragen. Insbesondere während die erste drahtlose Schnittstellenkarte 230, die der ersten Antenne 235 zugeordnet ist, von einem Zugangspunkt zu einem anderen umschaltet, kann die zweite drahtlose Schnittstellenkarte 240, die der zweiten Antenne 245 zugeordnet ist, weiterhin mit dem Funknetz 290 zu kommunizieren. Die Entfernung ist ausreichend groß, damit die erste drahtlose Schnittstellenkarte 230 genügend Zeit erhält, wieder mit einem anderen Zugangspunkt in Verbindung zu treten, bevor auch die zweite drahtlose Schnittstellenkarte 240 wieder mit einem anderen Zugangspunkt in Verbindung treten muss. Hierbei nutzt die vorliegende Ausführungsform die Länge des Zuges in Verbindung mit der Differenz in der Fortpflanzungsgeschwindigkeit von elektromagnetischen Wellen gegenüber der Fahrgeschwindigkeit des Zuges, um einen kontinuierlichen Zugang zu dem Funknetz 290 zur Verfügung zu stellen.
3 ist ein Ablaufdiagramm 300 zur Veranschaulichung von Schritten in einem computerimplementierten Verfahren zum Bereitstellen von verlustfreiem drahtlosen Roaming in einer mobilen Umgebung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das in dem Ablaufdiagramm 300 dargestellte Verfahren wird bei einer Ausführungsform unter Verwendung eines mobilen IP-Standards zum Herstellen, Verwalten und Beenden von Kommunikationssitzungen in einem Kommunikationsnetz implementiert. Zusätzlich wird das in dem Ablaufdiagramm 300 gezeigte Verfahren unter Verwendung eines drahtlosen IP-Standards zum Bereitstellen einer Kommunikation zwischen Punkten in einem Funknetz implementiert.
Bei 310 überträgt die vorliegende Ausführungsform Kommunikationssignale, die im Wesentlichen einen IP-Drahtlosstandard erfüllen, durch eine erste Antenne, die sich an einem Objekt befindet, an einen ersten Zugangspunkt in einem Funknetz. Insbesondere befindet sich das Objekt in einer ersten Abdeckungszone, die von dem ersten Zugangspunkt zur Verfügung gestellt wird. Bei einer Ausführungsform ist das Objekt ein schnell fahrender Zug.
Hierbei wurde vorausgehend ein Link hergestellt, der die erste Antenne, oder genauer gesagt das drahtlose Schnittstellenmodul, das die Antenne bedient, und den ersten Zugangspunkt unter Verwendung des Mobile IP-Standards kommunikationsmäßig koppelt, um die Übertragung der Kommunikationssignale durch die erste Antenne zu ermöglichen.
Bei einer Ausführungsform bewegt sich das Objekt entlang eines Pfades, der das Objekt aus der ersten, von dem ersten Zugangspunkt zur Verfügung gestellten Abdeckungszone in eine zweite, von einem zweiten Zugangspunkt zur Verfügung gestellte Abdeckungszone führt. Mit anderen Worten, das Objekt bewegt sich aus der ersten Abdeckungszone heraus und in die zweite Abdeckungszone hinein.
Bei 320 stellt die vorliegende Ausführungsform einen Link her, der die erste Antenne und den zweiten Zugangspunkt unter Verwendung eines Mobile IP-Standards kommunikationsmäßig koppelt. Dies geschieht, während sich das Objekt in die zweite Abdeckungszone bewegt, die von dem zweiten Zugangspunkt bedient wird. Während dieser Link hergestellt wird, ist keine Kommunikation mit dem Funknetz durch die erste Antenne möglich.
Das Umschalten von dem ersten Zugangspunkt auf den zweiten Zugangspunkt durch die erste Antenne wird durch Trennen der ersten Antenne von dem ersten Zugangs punkt bewerkstelligt. Mit anderen Worten, der Link, der die erste Antenne und den ersten Zugangspunkt kommunikationsmäßig koppelt, wird beendet. Danach bindet die vorliegende Ausführungsform die erste Antenne unter Verwendung des Mobile IP-Standards an den zweiten Zugangspunkt an. Mit anderen Worten, es wird ein Link hergestellt, der die erste Antenne und den zweiten Zugangspunkt kommunikationsmäßig miteinander koppelt.
Bei einer Ausführungsform wird das Umschalten implementiert, nachdem eine Signalstärke zwischen der ersten Antenne und dem ersten Zugangspunkt unter einen Schwellwert abfällt. Dies zeigt an, dass sich das Objekt von dem von dem ersten Zugangspunkt zur Verfügung gestellten drahtlosen Abdeckungsbereich weg bewegt. Hierbei bestimmt die vorliegende Ausführungsform, dass es nötig ist, dass die erste Antenne von dem ersten Zugangspunkt auf den zweiten Zugangspunkt umschaltet, damit die Kommunikation durch die erste Antenne weitergeführt wird, während sich das Objekt in den von dem zweiten Zugangspunkt zur Verfügung gestellten drahtlosen Abdeckungsbereich bewegt.
Bei 330 überträgt die vorliegende Ausführungsform die Kommunikationssignale durch eine zweite Antenne, die sich an dem Objekt befindet, an den ersten Zugangspunkt. Dies geschieht, während die erste Antenne den Link mit dem zweiten Zugangspunkt herstellt. Die erste Antenne befindet sich in einer Entfernung von der zweiten Antenne an dem Objekt, die es ermöglicht, dass die erste Antenne von dem ersten Zugangspunkt auf den zweiten Zugangspunkt umschaltet. Das Umschalten findet statt, während die vorliegende Ausführungsform einen anderen Link aufrecht erhält, der die zweite Antenne kommunikationsmäßig mit dem ersten Zugangspunkt koppelt, um die Kommunikationssignale zu übertragen, während sich das Objekt in Bewegung befindet. Auf diese Weise wird ein kontinuierlicher Zugang zu dem Funknetz für drahtlose Vorrichtungen zur Verfügung gestellt, die sich an dem sich bewegenden Objekt befinden.
Vorausgehend wurde ein Link hergestellt, der die zweite Antenne, oder besser gesagt das drahtlose Schnittstellenmodul, das die zweite Antenne bedient, und den ersten Zugangspunkt unter Verwendung des Mobile IP-Standards kommunikationsmäßig koppelt, um die Übertragung von Kommunikationssignalen durch die zweite Antenne zu ermöglichen.
Bei einer anderen Ausführungsform, muss die zweite Antenne ein Umschalten auf den zweiten Zugangspunkt durchlaufen, um einen kontinuierlichen Zugang zu dem Funknetz zur Verfügung zu stellen, während sich das Objekt vollends in die von dem zweiten Zugangspunkt zur Verfügung gestellte zweite Abdeckungszone bewegt. Mit anderen Worten, die vorliegende Ausführungsform stellt einen Link her, der die zweite Antenne und den zweiten Zugangspunkt unter Verwendung des Mobile IP-Standards kommunikationsmäßig miteinander koppelt, während sich das Objekt in die zweite Abdeckungszone bewegt. Während dieses Umschaltens von dem ersten Zugangspunkt auf den zweiten Zugangspunkt durch die zweite Antenne, oder genauer gesagt durch das drahtlose Schnittstellenmodul, das die zweite Antenne bedient, überträgt die vorliegende Ausführungsform Kommunikationssignale durch die erste Antenne an den zweiten Zugangspunkt, um einen kontinuierlichen Zugang zu dem Funknetz zur Verfügung zu stellen. Das Umschalten für die zweite Antenne auf den zweiten Zugangspunkt wird vorgenommen, bevor sich die erste Antenne aus dem von dem zweiten Zugangspunkt zur Verfügung gestellten Abdeckungsbereich heraus bewegt.
Unter Bezugnahme auf 4 wird nun ein Zeitablaufdiagramm 400 gezeigt, das den Prozess veranschaulicht, durch den verlustfreies drahtloses Roaming in einer mobilen Umgebung erzielt wird, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Zeitablaufdiagramm 400 gibt Momentaufnahmen von drei verschiedenen Zeitpunkten für einen schnell fahrenden Zug 430, während sich der Zug 430 aus der von einem Zugangspunkt 420 zur Verfügung gestellten drahtlosen Abdeckungsbereich in einen von dem Zugangspunkt 410 zur Verfügung gestellten drahtlosen Abdeckungsbereich bewegt. Der von dem Zugangspunkt 420 zur Verfügung gestellte drahtlose Abdeckungsbereich ist links von der Linie A-A gezeigt. Der von dem Zugangspunkt 430 zur Verfügung gestellte drahtlose Abdeckungsbereich ist rechts von der Linie A-A gezeigt.
Zum Zeitpunkt t₁ veranschaulicht das Zeitablaufdiagramm 400 den schnell fahrenden Zug 430 an einer Position 440. An der Position 440 kann der Zug 430 mit dem Funknetz durch zwei Antennen, die Antenne 435 und die Antenne 433, kommunizieren. Mit anderen Worten, die Antenne 435 hat einen Link, der die Antenne 435 kommunikationsmäßig mit dem Zugangspunkt 420 koppelt. Auch die Antenne 433 hat einen Link, der die Antenne 433 kommunikationsmäßig mit dem Zugangspunkt 420 koppelt.
Zum Zeitpunkt t₂ veranschaulicht das Zeitablaufdiagramm 400 den schnell fahrenden Zug 430 an einer Position 450. An der Position 450 bewegt sich der Zug aus dem von dem Zugangspunkt 420 zur Verfügung gestellten Abdeckungsbereich heraus und bewegt sich in den von dem Zugangspunkt 410 zur Verfügung gestellte Abdeckungsbereich hinein. Mit anderen Worten, die Antenne 433 hat immer noch den Link, der die Antenne 433 kommunikationsmäßig mit dem Zugangspunkt 420 koppelt. Hierbei kann der Zug 430 durch die Antenne 433 und den Zugangspunkt 420 auf das Funknetz zugreifen.
Andererseits kann die Antenne 435 zum Zeitpunkt t₂ nicht mehr mit dem Zugangspunkt 420 kommunizieren. Hier muss die Antenne 435 von dem Zugangspunkt 420 auf den Zugangspunkt 410 umschalten. In 4 schaltet die Antenne 435 an der Position 450 auf den Zugangspunkt 410 um und kann keine IP-Datagramme übertragen. Der Zug kann aber immer noch durch die Antenne 433 und den Zugangspunkt 420 auf das Funknetz zugreifen.
Zum Zeitpunkt t₃ veranschaulicht das Zeitablaufdiagramm 400 den schnell fahrenden Zug 430 an der Position 460. An der Position 460 kann der Zug 430 durch beide Antennen 433 und 435 auf das Funknetz zugreifen. Mit anderen Worten, nachdem er sich über die Grenze bewegt hat, die durch die Linie A-A dargestellt ist, führt die vorliegende Ausführungsform ein Umschalten für die Antenne 433 durch. Hierbei schaltet die Antenne 433 von dem Zugangspunkt 420 auf den Zugangspunkt 410 um. Während dieser Zeit kann der Zug immer noch durch die Antenne 435 und den Zugangspunkt 410 auf das Funknetz zugreifen. An der Position 460, nachdem die Antenne 433 auf den Zugangspunkt 410 umgeschaltet hat, kann der Zug entweder durch die Antenne 433 oder durch die Antenne 435 auf das Funknetz zugreifen. Auf diese Weise ermöglicht die vorliegende Ausführungsform einen kontinuierlichen Zugang zu dem Funknetz, während sich der Zug 430 von einem Zugangspunkt zu einem anderen Zugangspunkt bewegt.
Folglich beschreiben verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ein System für verlustfreies drahtloses Roaming in einer mobilen Umgebung wie etwa einem schnell fahrenden Zug. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen einen erhöhten Durchsatz für eine drahtlose Kommunikation, der einen Internetzugang auf sich schnell bewegenden Objekten ermöglicht.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ermöglichen eine kontinuierliche Verbindungsfähigkeit mit einem Funknetz, während sich ein sich schnell bewegendes Objekt durch drahtlose Abdeckungsbereiche bewegt, die von einer Mehrzahl von Zugangspunkten, die mit dem Funknetz in Verbindung stehen, zur Verfügung gestellt werden.
Auch wenn die Verfahrensweisen der in dem Ablaufdiagramm 300 veranschaulichten Ausführungsformen konkrete Sequenzen und eine konkrete Anzahl von Schritten zeigen, ist die vorliegende Erfindung für alternative Ausführungsformen geeignet. Beispielsweise sind nicht alle der Schritte, die bei dem Verfahren vorgesehen sind, für die vorliegende Erfindung erforderlich. Ferner können zusätzliche Schritte zu den Schritten hinzugefügt werden, die bei der vorliegenden Ausführungsform gezeigt sind. Die Sequenzen von Schritten können ebenso je nach der Anwendung modifiziert werden.
Es werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, ein System für verlustfreies drahtloses Roaming in einer mobilen Umgebung, beschrieben. Während die Erfindung in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsformen beschrieben wurde, dürfte es verständlich sein, dass sie die Erfindung nicht auf diese Ausführungsformen beschränken sollen. Ganz im Gegenteil soll die Erfindung Alternativen, Modifikationen und Äquivalente abdecken, die innerhalb des Grundgedankens und Schutzumfangs der Erfindung gemäß der Definition durch die beigefügten Ansprüche liegen. Ferner werden in der ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung zahlreiche spezifische Details angegeben, um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Für den Fachmann ist jedoch ersichtlich, dass die vorliegende Erfindung ohne diese konkreten Einzelheiten ausgeführt werden kann. In anderen Fällen wurden allgemein bekannte Verfahrensweisen, Prozeduren, Komponenten und Schaltungen nicht im Detail beschrieben, um Aspekte der vorliegenden Erfindung nicht unnötig zu komplizieren.

Claims

System für drahtlose Verbindungsfähigkeit in einer mobilen Umgebung, welches aufweist: einen Router zum Routen von Kommunikationssignalen, die im Wesentlichen einen Internetprotokoll (IP)-Drahtlosstandard erfüllen, zu und von einem Funknetz, wobei der Router sich an einem Objekt befindet; eine erste Antenne, die sich an dem Objekt befindet und kommunikationsmäßig mit dem Router gekoppelt ist, um die Kommunikationssignale zu und von einer Mehrzahl von Zugangspunkten auf dem Funknetz zu übertragen; eine zweite Antenne, die kommunikationsmäßig mit dem Router gekoppelt ist, um die Kommunikationssignale zu und von der Mehrzahl von Zugangspunkten zu übertragen, wobei die zweite Antenne in einer Entfernung von der ersten Antenne an dem Objekt positioniert ist, die dem Router einen kontinuierlichen Zugang zu dem Funknetz ermöglicht, während die erste Antenne und die zweite Antenne durch das Funknetz springen, während sich das Objekt in Bewegung befindet.
System nach Anspruch 1, wobei der Abstand so ist, dass es dem Router möglich ist, die Kommunikationssignale an das Funknetz durch einen ersten Zugangspunkt von der zweiten Antenne zu übertragen, während unter Verwendung eines Mobile IP-Standards ein Link hergestellt wird, der die erste Antenne kommunikationsmäßig mit einem zweiten Zugangspunkt koppelt, während sich das Objekt in einen von dem zweiten Zugangspunkt zur Verfügung gestellten drahtlosen Abdeckungsbereich bewegt.
System nach Anspruch 1, wobei der erste Zugangspunkt und der zweite Zugangspunkt aufeinander folgende drahtlose Abdeckungsbereiche entlang eines Weges des sich bewegenden Objektes zur Verfügung stellen.
System nach Anspruch 1, wobei der Abstand mehr als 42 Meter beträgt.
System nach Anspruch 1, wobei das Objekt einen Zug umfasst.
System nach Anspruch 1, wobei die erste Antenne und die zweite Antenne Antennen mit starker Richteigenschaft umfassen.
System nach Anspruch 1, wobei der IP-Drahtlosstandard im Wesentlichen den IEEE 802.11-Kommunikationsstandard erfüllt.
System nach Anspruch 1, wobei der Router die Kommunikationssignale an einen Backend-Server in dem Funknetz überträgt.
System nach Anspruch 1, wobei der Router kommunikationsmäßig mit mindestens einer an dem Objekt befindlichen drahtlosen Vorrichtung gekoppelt ist, welche die Kommunikationssignale erzeugt und empfängt.