DE202006005732U1

DE202006005732U1 - Vorrichtung zum Koordinieren einer nahtlosen Kanalumschaltung in einem Maschennetz

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Publication number: DE202006005732U1
Application number: DE202006005732U
Authority: DE
Original assignee: InterDigital Technology Corp
Current assignee: InterDigital Technology Corp
Priority date: 2005-04-08
Filing date: 2006-04-07
Publication date: 2006-08-31
Anticipated expiration: 2016-04-08
Also published as: CN200947612Y; TWM300925U; CN101502156A; TW200704247A; KR20060107415A; AR053709A1

Abstract

Maschennetz, das aufweist:
(a) mindestens einen Channel Master (CM) mit einem ersten Prozessor, der mit einem ersten Sender und einem ersten Empfänger verbunden ist; und
(b) mehrere Maschenpunkte (MPs), wobei jeder MP einen zweiten Prozessor umfaßt, der mit einem zweiten Sender und einem zweiten Empfänger verbunden ist, wobei der erste Prozessor des CM eine Kanalwechselabsichtsnachricht erzeugt, die von dem ersten Sender des CM an mindestens einen der MPs gesendet wird, wobei die Kanalwechselabsichtsnachricht die Absicht des CM anzeigt, von einem ersten Kanal auf einen zweiten Kanal zu wechseln, wobei der zweite Prozessor des mindestens einen MP bestimmt, ob er von dem ersten Kanal auf den zweiten Kanal umschalten soll, wenn der zweite Empfänger des mindestens einen MP die Kanalwechselabsichtsnachricht empfängt, wobei der zweite Sender des mindestens einen MP eine Kanalwechselantwortnachricht an den CM sendet, und der erste Prozessor des CM bestimmt, ob von dem ersten Kanal auf den...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft drahtlose Maschennetze. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Vorrichtung zum nahtlosen Koordinieren von Kanalwechseln, um den Funkwirkungsgrad von Maschennetzen zu verbessern.
Typische drahtlose Systeminfrastrukturen umfassen einen Satz von Zugangspunkten (APs), auf den auch als Basisstationen (BSen) Bezug genommen wird, welche jeweils mit einem verdrahteten Netzwerk verbunden sind, auf was als eine Backhaul-Verbindung Bezug genommen wird. In einigen Szenarien machen es die hohen Kosten für die direkte Verbindung eines gegebenen AP mit dem verdrahteten Netzwerk attraktiver, den AP statt dessen über seine benachbarten APs indirekt mit dem verdrahteten Netzwerk zu verbinden. Darauf wird als eine Maschenarchitektur Bezug genommen. Die Vorteile der Verwendung einer Maschenarchitektur sind die leichte Verwendung und die Einrichtungsgeschwindigkeit, da ein Funknetz eingerichtet werden kann, ohne daß Backhaul-Verbindungen und Verbindungsmodule für jeden AP bereitgestellt werden müssen.
In einem Maschennetz müssen zwei benachbarte Maschenpunkte (MPs) einen gemeinsamen Kanal verwenden, um fähig zu sein, Pakete aneinander weiterzuleiten. Der von den verschiedenen MPs wahrgenommene Störpegel kann sich sowohl geographisch als auch zeitlich stark ändern. Dies impliziert, daß ein Kanal von einem MP als wenig Störungen habend wahrgenommen werden könnte, während ein anderer MP auf dem gleichen Kanal unter hohen Störpegeln leidet. Ebenso kann ein MP auf einem gegebenen Kanal zu einem Zeitpunkt unter sehr wenig Störungen leiden, während der gleiche MP auf dem gleichen Kanal zu einem anderen späteren Zeitpunkt unter hohen Störpegeln leiden kann. Dies impliziert, daß MPs im Hin blick auf Kanäle, die verwendet werden sollen, sich widersprechenden Anforderungen und Präferenzen gegenüberstehen. Dies kann durch das Folgende zusammengefaßt werden:

1) MPs haben einen starken Antrieb, den gleichen Kanal wie andere MPs zu verwenden, um ihre Anschlußmöglichkeit zu dem Maschennetz zu verbessern. Außerdem hat das Maschennetz einen starken Antrieb, damit die MPs fähig sind, miteinander zu kommunizieren.
2) Zu einem beliebigen gegebenen Zeitpunkt sehen verschiedene MPs in einem Maschennetz verschiedene Störpegel jedes Kanals und haben somit verschiedene individuelle Präferenzen bezüglich des zu verwendenden Kanals.
3) Die von jedem MP wahrgenommene Störung ändert sich mit der Zeit, was bedeutet, daß ein Kanal, der zu einem Zeitpunkt für optimal für das Maschennetz befunden wurde, später nicht geeignet sein könnte.

Neben diesen Überlegungen, welche direkt den beobachteten Durchsatz und die Dienstqualitätsleistung (QoS-Leistung) des Maschennetzes betreffen, sind eine andere wichtige Betriebsüberlegung Kanalwechsel, um behördliche Anforderungen zu erfüllen.
Der Betrieb von drahtlosen Funkkommunikationen wird heute von der FCC (und ihren Gegenparts in anderen Ländern) reguliert. Insbesondere werden Kanalwechsel angeordnet, um gewisse Frequenzkanäle freizugeben und sie für einen vorbestimmten Zeitbetrag gegen weitere Verwendung zu sperren, wenn einmal ein aktives Radar erkannt wird, das auf einem Kanal arbeitet.
Sehr ähnlich zu Frequenzwechseln, die durch Störungs- und Leistungsüberlegungen motiviert sind, müssen Wechsel, die aufgrund von behördlichen Anforderungen motiviert sind, in einem drahtlosen Maschennetz behandelt werden.
Damit ein Maschennetz fähig ist, die weiter oben erwähnten sich widersprechenden Anforderungen zu bewältigen, müssen Maschensysteme frequenzagil sein, was bedeutet, daß sie fähig sein sollten, Kanäle zu wechseln. Derartige Kanal wechsel sollten in einer kloordinierten Weise durchgeführt werden, daß die Kanalwechsel nahtlos sind und die QoS für Endbenutzer aufrechterhalten werden kann.
Während herkömmliche drahtlose lokale Netzwerke (WLANs) heute keine Mittel bereitstellen, um nahtlose und koordinierte Frequenz- und Kanalwechsel sicherzustellen, wurde an den Spezifikationen der WLAN-Medienzugriffssteuerungsschicht (MAC) und der physikalischen Schicht (PHY) eine Ergänzung (IEEE 802.11h) vorgenommen, um behördliche Anforderungen für den Betrieb in dem 5 GHz-Band in Europa zu erfüllen.
Die dynamische IEEE 802.11h-Frequenzauswahl (DFS) ermöglicht jedoch nur WLAN-Systemen in dem 5 GHz-Band neben Radarsystemen zu bestehen, aber sie stellt keine Mittel zur Verfügung, durch welche Kanalwechsel in einer Weise durchgeführt werden können, die für Endbenutzer nahtlos ist, und die die effiziente Verwendung der Funkressourcen sicherstellt. Auch führt ein IEEE 802.11h-DFS-motivierter Kanalwechsel in einem unabhängigen Grunddienstesatz (IBSS) normalerweise zu einem Abbruch und erneuten Aufbau des IBSS. Ein IBSS ist ein WLAN, das ohne die Notwendigkeit eines AP arbeitet (d.h. im Gegensatz zu BSSen, die einen AP zum Weiterleiten von Verkehr verwenden, unter Verwendung eines Ad-hoc-Modus des WLAN). Aber vor allem behandelt die IEEE 802.11h-Erweiterung nicht die spezifischen Anforderungen und Einschränkungen von Maschensystemen.
Zusammengefaßt ist die Frequenzagilität bei gleichzeitiger Aufrechterhaltung der Anschlußmöglichkeiten und QoS ein äußerst wünschenswertes Mittel, um den Funkwirkungsgrad von Maschennetzen zu verbessern, aber ein Verfahren zur Erreichung dieses Merkmals wird durch die vorhandene Technologie nicht bereitgestellt. Außerdem muß ein Verfahren für Kanalagilität entworfen werden, das es Maschennetzen ermöglicht, gewisse behördliche Anforderungen im Hinblick auf IEEE 802.11h-DFS, ähnlich WLRNs, die heute in alten Infrastrukturen (BSS-Fall) und Ad-hoc-Modus (IBSS-Fall) arbeiten, zu erfüllen.
Es ist eine der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe, die Unzulänglichkeiten des bisherigen Stands der Technik zu überwinden. Die der vorliegenden Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird durch die Merkmale der Patentansprüche gelöst.
Die vorliegende Erfindung betrifft drahtlose lokale Maschennetze, indem in MPs verschiedene Verfahren und Signalisierungsmechanismen implementiert werden, um zu ermöglichen, daß Kanalwechsel in einer Weise durchgeführt werden, die für Endbenutzer nahtlos ist.
In einer Ausführungsform umfaßt ein Maschennetz mindestens einen Channel Master (CM = Kanalsteuerung) und mehrere MPs. Der CM sendet eine Kanalwechselabsichtsnachricht an mindestens einen der MPs, welche die Absicht des CM anzeigt, von einem ersten Kanal auf einen zweiten Kanal zu wechseln. Nach Empfang der Kanalwechselabsichtsnachricht bestimmt der mindestens eine MP, ob er von einem ersten Kanal auf einen zweiten Kanal umschaltet. Der mindestens eine MP sendet eine Kanalwechselantwortnachricht an den CM. Der CM bestimmt dann basierend auf der Kanalwechselantwortnachricht, ob von dem ersten Kanal auf den zweiten Kanal gewechselt werden soll. Die Kanalwechselabsichtsnachricht kann eine Änderung der Betriebsart, eine Änderung der Bandbreite oder eine Änderung einer Anzahl von Kanälen anzeigen. Die Kanalwechselabsichtsnachricht kann die Zeitsteuerung des Kanalwechsels anzeigen.
Ein detaillierteres Verständnis der Erfindung kann aus der folgenden Beschreibung eines bevorzugten Beispiels erhalten werden, die beispielhaft gegeben wird und die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen zu verstehen ist, wobei:
1A ein Signalflußdiagramm ist, das Verfahrensschritte darstellt, die durch einen CM und zwei MPs gemäß der vorliegenden Erfindung implementiert sind;
1B ein Signalflußdiagramm ist, das Verfahrensschritte darstellt, die implementiert sind, indem ein ge störter MP seinen CM gemäß der vorliegenden Erfindung auffordert, den Kanal zu wechseln;
1C ein Signalflußdiagramm ist, das Verfahrensschritte darstellt, die implementiert sind, indem ein beliebiger MP anderen MPs gemäß der vorliegenden Erfindung anzeigt, daß er den Kanal wechseln wird;
2 ein Blockschaltbild eines drahtlosen Maschennetzes mit einem CM und mindestens einem MP gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
Der Begriff "Zugangspunkt" (auf den hier im weiteren als „AP" Bezug genommen wird) umfaßt hier im weiteren eine Basisstation, einen Node B, eine Standortsteuerung, einen Zugangspunkt oder jede andere Art von Schnittstellenvorrichtung in einer drahtlosen Umgebung, ist jedoch nicht darauf beschränkt.
Die Merkmale der vorliegenden Erfindung können in eine integrierte Schaltung (IC) eingebaut werden oder in einer Schaltung aufgebaut werden, die eine Vielzahl von miteinander verbundenen Bestandteilen aufweist.
Die vorliegende Erfindung löst das weiter oben erwähnte Problem, indem verschiedene Quittungsaustauschverfahren und Signalisierungsmechanismen bereitgestellt werden, welche die Mittel bereitstellen, durch die Maschensysteme Kanäle in einer koordinierten Weise umschalten können. Die vorliegende Erfindung behandelt sowohl Szenarien, in denen die Beziehung zwischen MPs eine unter Gleichen ist (auf das später als ein „verteiltes" Szenario Bezug genommen wird) als auch in denen die Beziehung zwischen MPs eine zwischen Master und Slave ist (auf das später als „Master-Slave"-Szenario Bezug genommen wird). In dem letzteren Szenario wird auf den Master, der für das Vorschreiben der zu verwendenden Kanäle verantwortlich ist, als ein Channel Master (CM) Bezug genommen.
Der IEEE 802.11-Standard stellt keine Mittel bereit, mit denen die verschiedenen Knoten innerhalb von Maschen systemen Kanäle in einer koordinierten Weise und in einer Weise, die für Endbenutzer nahtlos ist, wechseln könnten.
Eine Ergänzung (IEEE 802.11h) wurde an den Spezifikationen für WLAN-MAC und PHY vorgenommen, um die behördlichen Anforderungen für den Betrieb im 5 GHz-Band in Europa zu erfüllen. Die Ergänzung soll WLAN-Systemen ermöglichen, in dem 5 GHz-Band neben Radarsystemen zu bestehen, aber sie stellt nicht die Mittel bereit, durch welche Kanalwechsel in einer Weise durchgeführt werden können, die für Endbenutzer nahtlos ist und die eine effiziente Nutzung der Funkressourcen sicherstellt. Außerdem behandelt die Ergänzung nicht die spezifischen Anforderungen von Maschensystemen.
Die vorliegende Erfindung löst alle weiter oben aufgezeigten Einschränkungen und ermöglicht somit den nahtlosen Kanalwechsel in der Vermaschung ohne Dienstunterbrechung und ohne drastische Verringerung des Wirkungsgrads des drahtlosen Mediums.
Die vorliegende Erfindung umfaßt bzw. diskutiert wird:

1) Die Signalisierung, mittels derer MPs die Frequenz/den Kanal (d.h. Kanalnummern oder Kennungen), Fähigkeiten ebenso wie die Betriebsart (z.B. IEEE 802.11a, b, g, n, j oder ähnliche) und die Betriebsbandbreitenfähigkeiten (IEEE 802.11n 10/20 oder 40 MHz, 11j 10 oder 20 MHz) austauschen.
2) Ein Verfahren, mit dem der CM einen Kanalwechselvorgang auslöst.
3) Ein Verfahren, mit dem ein gestörter MP seinen CM auffordern kann, die Kanäle zu wechseln.
4) Einen Mechanismus, durch den ein beliebiger MP anderen MPs in der Vermaschung mitteilt, daß er die Kanäle wechseln wird.
5) Ein Verfahren, mit dem ein gegebener MP als CM bestimmt wird.
6) Ein Verfahren und einen Ablauf für die Kanalumschaltung in dem Maschennetz, um behördliche Anforderungen zu erfüllen.

I Signalisierung, mittels derer MPs die Frequenz/den Kanal die Betriebsart und Betriebsbandbreitenfähigkeiten austauschen
Aufgrund der Notwendigkeit, daß benachbarte MPs einen gemeinsamen Kanal gemeinsam nutzen, wenn sie miteinander kommunizieren möchten, ist die Verteilung der Frequenz-/Kanal- und Betriebsartfähigkeiten von höchster Wichtigkeit bei der Kanalkoordinierung eines Maschensystems. In einem verteilten Szenario übersetzt sich dies in MPs, die diese Informationen gemeinsam austauschen. In einem Master-Slave-Szenario bedingt dies, daß die Neben-MPs diese Informationen an ihren CM senden. Das Folgende beschreibt die zugehörige Signalisierung detaillierter.
Ein CM oder jeder beliebige MP kann einen MP auffordern, seine Fähigkeitsinformationen zu melden. Diese Nachricht kann unter Verwendung einer Punkt-zu-Punkt-, einer Punkt-zu-Mehrpunkt- oder einer Rundrufsendung gesendet werden. Alternativ kann ein MP seine Fähigkeitsinformationen an den CM oder andere MPs in einer unaufgeforderten Weise (z.B. als Teil anderer Signalisierungsaustausche, die benötigt werden, um die Anschlußmöglichkeit einzurichten, wie etwa die Authentifizierung) oder in einer aufgeforderten Weise (z.B. wenn explizit angefordert) melden.
Diese Fähigkeitsinformationsnachrichten umfassen, sind aber nicht beschränkt auf:

1) Die Kanalnummern oder die Kanalkennungen, auf denen der MP fähig ist zu arbeiten.
2) Die Betriebsarten, zu deren Unterstützung der MP fähig ist (z.B. IEEE 802.11a, b, g, n, j oder ähnliche).
3) Die Betriebsbandbreite, die der MP fähig ist zu unterstützen (z.B. IEEE 802.11n–10, 20 oder 40 MHz, IEEE 802.11j–10 oder 20 MHz).
4) Die Anzahl der Kanäle, auf denen der MP fähig ist, gleichzeitig zu arbeiten (z.B. 1 einzelner Kanal oder 2 oder mehr gleichzeitige Kanäle, mit 10, 20 oder 40 MHz Breite und so weiter).
5) Die Anzahl der Bänder, innerhalb derer der MP fähig ist, gleichzeitig zu arbeiten (z.B. nur 2,4 GHz, nur 5 GHz, 2,4 und 5 GHz gleichzeitig und so weiter).
6) Frequenzagilitätsparameter, wie etwa die Kanalverweildauer, die minimale Kanalschaltzeit, die Konfiguration und Dauer von angeordneten Gesprächspausezeiten für Meßzwecke und so weiter.
7) Jede Kombination aus dem Obigen (z.B. Kanäle pro Band als eine Funktion der Betriebsbandbreiteneinstellung und so weiter).

Ein CM oder jeder beliebige MP können ihre Fähigkeitsinformationen entweder unter Verwendung von Rundruf- oder Beacon-artigen Rahmen oder adressierten Rahmen, wie etwa Maschen-Beacon-Rahmen, Maschen-Probeanforderungsrahmen oder ähnlichem, als Rundruf senden.
II Verfahren, mit dem der CM einen Kanalwechselvorgang auslöst
1 ist ein Flußdiagramm eines Verfahrens, das in einem drahtlosen Kommunikationssystem 100 mit einem CM 105 und mehreren MPs 110₁ –110_N implementiert ist. Der CM 105 sendet den MPs 110₁ –110_N eine Kanalwechselabsichtsnachricht 115, welche die Absicht des CM anzeigt, von dem Kanal X auf den Kanal Y zu wechseln, wobei X und Y Kanalkennungen darstellen. Neben dem Kanalwechsel kann die Nachricht 115 auch einen Wechsel der Betriebsart, eine Änderung der Bandbreite oder eine Änderung der Anzahl von Kanälen enthalten. Die Nachricht 115 enthält auch Informationen bezüglich der Zeitsteuerung dieser Änderung.
Diese Nachricht 115 kann unter Verwendung eines Rundrufrahmens oder eines Punkt-zu-Punkt-Rahmens gesendet werden. Ein Vorteil der Verwendung eines Rundrufrahmens ist, daß er die Anzahl von über das drahtlose Medium (WM) gesendeten Nachrichten begrenzt, während der Vorteil der Verwendung eines Punkt-zu-Punkt-Rahmens (einen für jeden zugehörigen MP 110) ist, daß sie dazu neigt, die Robustheit der Si gnalisierung zu verbessern, da der CM 105 eine MAC-Quittung (ACK) von dem MP 110 erwartet, welche anzeigt, ob der MP 110 die Nachricht korrekt empfangen hat oder nicht. In dem Fall, daß von einem gewissen MP 110 keine ACK empfangen würde, könnte der CM 105 die Kanalwechselabsichtsnachricht erneut senden.
Nach Empfang der Kanalwechselabsichtsnachricht bestimmt jeder der MPs 110 basierend auf seinen Fähigkeiten, der Funkfrequenzumgebung (HF-Umgebung), die er von seinem Standort wahrnimmt, und der Verfügbarkeit anderer CMs/Leitwege in dem Maschennetz, ob er auf den neuen Kanal umschalten wird (Schritte 120₁ –120_N ).
Wenn dies einmal bestimmt ist, sendet jeder der MPs 110₁ –110_N eine Kanalwechselantwortnachricht 125, die eine Benachrichtigung, daß die Nachricht empfangen wurde (zutreffend für den Fall, in dem die Kanalwechselabsichtsnachricht unter Verwendung eines Rundrufs gesendet wird), oder eine Anzeige, ob der MP dem CM auf seinen neuen Kanal folgen wird oder nicht, enthalten kann. Diese Informationen könnten verschiedene vordefinierte Antworten enthalten, die umfassen, aber nicht beschränkt sind auf:

1) Der MP wird dem CM auf den neuen Kanal folgen.
2) Der MP würde gerne weiterhin von dem CM auf dem gleichen Kanal betreut werden. Dies könnte zum Beispiel der Fall sein, wenn das Abtasten des MP anzeigt, daß der neue Kanal seine Leistung verschlechtern wird, wenn ihm die Fähigkeiten fehlen, die Kanäle zu wechseln, oder wenn er bestimmt, daß der Kanalwechsel ihm nicht erlaubt, die QoS-Anforderungen des Verkehrs, den er betreut hat, zu erfüllen, oder er keinen alternativen Leitweg von dem Cluster nach außen hat.
3) Der MP wird dem CM nicht auf den neuen Kanal folgen, aber fordert den CM nicht auf, auf dem gleichen Kanal zu bleiben. Dies könnte zum Beispiel der Fall sein, wenn der MP einen anderen Kandidaten-CM ermittelt hat, von dem er glaubt, daß er eine bessere Leistung als der aktuelle CM auf dem neuen Kanal bieten kann.

Basierend auf der von seinen MPs 110 empfangenen Kanalwechselantwortbenachrichtigung 125 bestimmt der CM 105 dann, ob er die Kanäle wechseln wird oder nicht (Schritt 130). Dieser Schritt 130 ermöglicht dem CM 105, seine Kanalwechselabsicht zu überdenken. Zum Beispiel in den Fällen, in denen der CM 105 nur einen einzigen MP 110 betreut und dieser MP 110 anzeigt, daß er nicht auf den neuen Kanal folgen kann, könnte der CM 105 entscheiden, den Kanalwechsel nicht durchzuführen. Dies ist auch eine Gelegenheit für den CM 105, Messungen von den MPs 110 anzufordern, wenn er glaubt, daß Meßmeldungen dazu beitragen, eine bessere Entscheidung zu treffen.
Wenn der CM 105 entscheidet, mit dem Kanalwechsel fortzufahren, würde er dann eine Kanalwechselbestätigungsnachricht 135 an jeden der MPs 110₁ –110_N senden. Die Nachricht 135 enthält auch Informationen hinsichtlich der Zeitsteuerung dieses Kanalwechsels. Diese Nachricht 135 kann unter Verwendung eines Rundrufrahmens oder eines Punkt-zu-Punkt-Rahmens gesendet werden. Wenn der CM 105 sich entscheidet, mit dem Kanalwechsel fortzufahren, kann er die in der Kanalwechselantwort, die er von dem MP 110 erhalten hat, enthaltenen Informationen verwenden und sie an die MPs 110 verteilen, so daß sie ihre Leitweglenkungstabellen aktualisieren können. Dies wird verhindern, daß der CM 105 und die MPs 110 eine erhebliche Bandbreite für das erfolglose Senden von Paketen an MPs 110 verschwenden, die nicht auf den neuen Kanal gefolgt sind.
Ein zusätzlicher Schritt, der ebenfalls verwendet werden könnte, ist, die MPs 110 eine Kanalwechsel-Ausgeführt-Nachricht 140 an den CM 105 senden zu lassen, nachdem sie ihre Kanäle gewechselt haben. Diese Information könnte verwendet werden, um zu verhindern, daß der CM 105 eine erhebliche Menge an Bandbreite für das erfolglose Senden von Paketen an MPs verschwendet, die nicht auf den neuen Kanal gewechselt haben.
III. Verfahren, mit dem der CM einen Kanalwechselvorgang auslösen kann
Das Verfahren weist ein Quittungsaustauschverfahren auf, das einem MP ermöglicht, den CM für die Vermaschung (oder eine Teilmenge der Vermaschung unter der Steuerung des CM) aufzufordern, die Kanäle zu wechseln. Die Notwendigkeit einer derartigen Anforderung kann sich ergeben, wenn die von dem MP wahrgenommene Störung oder die Kanalaktivität derart ist, daß sie die QoS des Verkehrs, den er betreut, gefährdet.
Wie in 1B gezeigt, kann ein gestörter MP 110 eine Kanalwechselanforderungsnachricht 150 an seinen CM 105 senden. Die Kanalwechselanforderungsnachricht 150 wird als ein Punkt-zu-Punkt-Rahmen gesendet, welcher ein Rahmen ist, der für einen einzigen Zielknoten bestimmt ist, welcher aber nicht verhindert, daß mehrere Knoten an der Zustellung und Weiterleitung des Pakets an den Zielknoten beteiligt sind. Die Kanalwechselanforderungsnachricht 150 kann einen Teil oder alle der folgenden Informationen umfassen:

1) eine Zeitbeschränkung für die Durchführung des Kanalwechsels;
2) eine Liste bevorzugter Kanäle, auf die abgewandert werden soll;
3) Stör- oder Rauschpegelmessungen auf den aktuellen und Kandidatenkanälen;
4) eine Liste benachbarter MPs 110; und
5) Leitweglenkungsmetriken.

Nach Empfang dieser Nachricht kann der CM 105 dann verschiedene Vorgehensweisen ergreifen:

i) Der CM 105 kann das in Abschnitt II. beschriebene Quittungsaustauschverfahren einleiten. Diese Vorgehensweise kann in Fällen, in denen der CM 105 eine Vielzahl an MPs 110 steuert, bevorzugt sein.
ii) Wie in 1B gezeigt, kann der CM 105 eine Kanalwechselbestätigungsnachricht 155 senden, ohne seine Absicht dazu an die MPs 110 zu übermitteln.
iii) Der CM 105 kann entscheiden, die Nachricht von dem gestörten MP 110 zu ignorieren.

Zu jedem Zeitpunkt in dem weiter oben beschriebenen Ereignisfluß kann der CM 105 Messungen auf den aktuellen und vorgeschlagenen Kanälen durchführen und/oder Messungen von dem MP 110, der den Kanalwechsel anfordert, oder von jedem MP 110 unter der Steuerung des CM 105 anfordern.
IV. Verfahrensmechanismus, durch den ein beliebiger MP anderen MPs in der Vermaschung mitteilt, daß er die Kanäle wechseln wird
In dem rein verteilten Fall, wie in 1C gezeigt, (d.h. MPs 110 als gleichberechtigte Partner und ein CM an sich ist nicht vorhanden) ist es die Verantwortung jedes einzelnen MP 110 zu bestimmten, welche Kanäle verwendet werden sollen. Die MPs 110 haben immer noch starke Antriebe, den anderen MPs 110 mitzuteilen, daß sie die Kanäle wechseln müssen. Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit, daß benachbarte MPs 110 dem MP, der die Kanäle wechseln muß, folgen werden.
Wie in 1C gezeigt, weist das Verfahren einen Signalisierungsablauf auf, der einem MP 1101 ermöglicht, einen oder mehrere MPs 110₁ –110_N der Vermaschung zu benachrichtigen, daß der gestörte MP 110₁ die Kanäle wechseln wird. Der Bedarf an einem derartigen Verfahren wird sich ergeben, wenn die von dem gestörten MP 110₁ wahrgenommene Störung oder Kanalaktivität derart ist, daß sie die QoS des Verkehrs, den er betreut, gefährdet, oder wenn er die Kanäle, wie von behördlichen Anforderungen vorgeschrieben, wechseln muß.
Wie in 1C gezeigt, sendet der MP 110₁ eine oder mehr Kanalwechselbenachrichtigungen 160₁ –160_N , die dem gestörten MP 110₁ ermöglichen, einen oder mehrere MPs 110₂ – 110_N der Vermaschung zu benachrichtigen, daß der gestörte MP 110₁ von dem Kanal Y auf den Kanal Z umschalten wird. Neben dem Kanalwechsel können die Kanalwechselbenachrichtigungen 160₁ –160_N auch eine Änderung der Betriebsart, eine Änderung der Bandbreite oder eine Änderung der Anzahl von Kanälen enthalten. Die Nachricht kann auch Informationen bezüglich der Zeitsteuerung dieses Wechsels enthalten. Die Nachricht kann als eine Punkt-zu-Punkt-, Punkt-zu-Mehrpunkt- oder Rundrufsendung gesendet werden. Der Vorteil der Verwendung eines Rundrufrahmens ist, daß er die Anzahl von über das drahtlose Medium (WM) gesendeten Nachrichten begrenzt, während der Vorteil der Verwendung eines Punkt-zu-Punkt-Rahmens (einen für jeden zugehörigen MP 110) ist, daß sie dazu neigt, die Robustheit der Signalisierung zu verbessern, da der Sender des Rahmens eine MAC-Quittung (ACK) erwartet, welche anzeigt, ob der Ziel-MP die Nachricht korrekt empfangen hat oder nicht. In dem Fall, daß von einem gewissen Ziel-MP keine ACK empfangen würde, könnte der gestörte MP 110₁ die Kanalwechselabsichtsnachricht erneut senden.
Die Kanalwechselbenachrichtigung 160 kann einige oder alle der folgenden Informationen umfassen:

1) eine Zeitbeschränkung für die Durchführung des Kanalwechsels;
2) eine Liste bevorzugter Kanäle, auf die abgewandert werden soll;
3) Stör- oder Rauschpegelmessungen auf den aktuellen und Kandidatenkanälen; und
4) Leitweglenkungsmetriken.

Nach Empfang der Kanalwechselbenachrichtigung 160 kann dann jeder benachbarte MP 110 verschiedene Vorgehensweisen ergreifen. Zum Beispiel kann einer der MPs 110₂ – 110_N , der die Kanalwechselbenachrichtigung 160 empfängt, entscheiden, dem gestörten MP 110₁ zu folgen, wobei er in diesem Fall ebenfalls eine Kanalwechselbenachrichtigung 160 an seine Nachbarn senden würde, oder er könnte sich entscheiden, die von dem gestörten MP 110₁ empfangene Kanalwechselbenachrichtigung 160 zu ignorieren.
V. Verfahren, mit dem ein gegebener MP als CM bestimmt wird
Der Betrieb mit einem CM setzt voraus, daß MPs zuerst einen CM aushandeln und sich darauf einigen, dies wird als ein CM-(Neu-)Auswahlverfahren bezeichnet. Es gibt verschiedene Möglichkeiten und Verfahren, um wie folgt einen CM zu bestimmen:

1) Der erste MP in der Vermaschung wird automatisch der CM.
2) Ein MP bestimmt beim Einschalten, ob einer seiner Nachbarn ein CM ist. Der CM kann mit Hilfe von Rundruf-, Punkt-zu-Mehrpunkt- oder dedizierter Signalisierung auf Schicht 2 (L2) oder Schicht 3 (L3), die von dem MP als Teil der Einrichtungsverfahren (z.B. Authentifizierung, Maschen-Beacon-Rahmenwiederholung, Fähigkeitsaustausche oder ähnlichen) empfangen wird, identifiziert werden.
3) Der CM kann voreingestellt, d.h. für die Lebensdauer des Maschennetzes fest, oder zeitlich begrenzt sein (d.h. nach einem gewissen vorbestimmten Zeitbetrag oder verknüpft mit dem Auftreten gewisser Bedingungen wird das CM-Auswahlverfahren erneut ausgelöst).
4) In einer vorteilhaften Realisierung fällt der CM mit dem Maschenportal zusammen und weist daher automatisch auf den CM. Auf ein Portal wird als der Verbindungspunkt zwischen einem Maschennetz und einem Nicht-Maschennetz (z.B. ein Ethernet, das über eine Leitweglenkungseinrichtung mit dem Internet verbunden ist) Bezug genommen.
5) Der MP mit den meisten Verbindungen zu Nachbarn wird der CM.
6) Die MPs bestimmen den CM mit Hilfe einer Zufallszahlenziehung und die MPs, die untereinander diese zufällig erzeugte Zahl austauschen, bestimmen, welcher MP der CM wird.
7) Die MPs bestimmen den CM als eine Funktion der Anzahl von Sprüngen von dem Maschenportal oder von einem gewissen vereinbarten MP.
8) Eine beliebige Kombination ans den Obigen.

Die erforderliche Signalisierung, um den CM gemäß den weiter oben beschriebenen Verfahren zu ermitteln, weist die folgenden Schritte auf:

1) Ein Anforderungsinformationselementteil (IE-Teil) eines Rundruf-/Punkt-zu-Mehrpunkt-/Punkt-zu-Punkt-Signalisierungsrahmens wird durch das Maschennetz gesendet und zeigt benachbarten MPs die Notwendigkeit einer CM-Auswahl an, wobei es die Adresse des Quell-MP und andere Parameter, wie etwa Zeitüberwachungswerte, Auswahlkriterium, voreingestellte Kennung für den vorgeschlagenen CM, Antwortadresse und wo weiter, enthält.
2) Ein Antwort-IE-Teil eines Rundruf-/Punkt-zu-Mehrpunkt-/Punkt-zu-Punkt-Signalisierungsrahmens, das die Auswahlkriteriumantwort enthält, wird durch das Maschennetz gesendet.
3) Ein Vergleichsverfahren in den MPs wird durchgeführt, wobei die Auswahlkriteriumantworten von verschiedenen Nachbar-MPs ausgewertet werden und eine Entscheidung getroffen wird, welcher MP die Anforderungen im Hinblick auf das gewählte Auswahlkriterium (z.B. höchste gezogene Zufallszahl oder etwas ähnliches) erfüllt.

Der CM verwendet die in Abschnitt IV beschriebenen Verfahren, um Kanalumschaltungen auszuführen und zwischen Knoten in einer Vermaschung zu koordinieren.
VI. Verfahren und Ablauf für die Kanalumschaltung in der Vermaschung, um behördliche Anforderungen zu erfüllen
Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf:

1) Beim Einschalten, als Teil der (Neu-)Verbindung oder (Neu-)Authentifizierung, regelmäßig, aufgefordert oder unaufgefordert tauschen MPs, wie in Abschnitt I beschrieben, Fähigkeitsinformationen aus.
2) Maschen-DFS-relevante Parameter (z.B. CM-Kennung, Zeitüberwachungswerte, Verweilzeiten, Meßintervalle und Gesprächspausezeiten und so weiter) werden in Maschen-Beacon- oder Probeantwortrahmen oder durch Punkt-zu-Punkt-Rahmen an alle MPs gesendet.
3) Alle oder eine Teilmenge von MPs führen Messungen durch und melden diese Messungen zurück an den CM, alternativ oder in Kombination damit wertet jeder MP diese Messungen in Abhängigkeit von dem Auftreten eines Radars oder anderer Auslösebedingungen aus.
4) Wenn ein Radar oder andere gültige Auslösebedingungen erkannt werden, melden MPs diese Auslösebedingungen mittels Rundruf-/Punkt-zu-Mehrpunkt- oder Punkt-zu-Punkt-Rahmen an den CM, alternativ oder in Kombination damit melden sie das erkannte Radar oder die Auslösebedingung an benachbarte MPs und warten einen gewisse vorbestimmten Zeitbetrag auf eine Antwort von dem CM, die einen Frequenzwechsel einleitet.
5) Der CM (oder der MP selbst) sendet eine Maschenkanalumschaltbekanntmachung (MCSA) entweder als einen IE-Teil oder als eine beliebige andere Maschenrundruf-/Punktzu-Mehrpunkt- oder Punkt-zu-Punkt-Nachricht oder als einen unabhängigen Maschenrundruf-/Punkt-zu-Mehrpunkt- oder Punkt-zu-Punkt-Signalisierungsrahmen entweder an alle oder ein Teilmenge der MPs unter seiner Verantwortung. Diese MCSA enthält alle notwendigen Parameter, wie etwa die empfohlene, bevorzugte oder vorgeschriebene Umschaltzeit, den neuen Kanal, die Betriebsart und Bandbreiteeinstellungen. Diese MCSA-Signalisierung kann nur eine bestimmte Maschenverbindung, eine Gruppe von Maschenverbindungen beeinflussen oder die Einstellungen aller MPs ändern. Der CM kann die Fähigkeiten der MPs, wie durch die Nachricht 115 von 1 signalisiert, berücksichtigen. Diese Signalisierung kann auch vorgeschriebene Gesprächspausezeiten und andere Betriebseinstellungen, welche die Frequenz beeinflussen, enthalten.
6) Die MPs, welche die MCSA empfangen haben, werden ihre Frequenzeinstellungen, wie in 1 gezeigt, entsprechend den durch eine Kanalwechselbestätigungsnachricht 135 empfangenen Informationen ändern. Sie können den erfolgreichen Empfang oder die Ausführung der Änderungen in der Kanalwechselbestätigungsnachricht 135 von 1 an den CM quittieren oder auch nicht.

VII. Implementierung und Konfiguration
Die Signalisierungsnachrichten und Informationen, die, wie in den Abschnitten I–VI beschrieben, zwischen MPs oder zwischen MPs und dem CM ausgetauscht werden, können entweder durch L2- (z.B. MAC-Schicht) Signalisierungsrahmen oder IEs (bevorzugte Ausführungsform), L3- oder obige Signalisierungspakete oder IEs (z.B. eingekapselt in Internetprotokollpakete (IP-Pakete), Sendesteuerungsprotokoll-(TCP)/IP-Pakete oder ähnliches) oder eine Kombination davon implementiert werden.
Ebenso können die in den Abschnitten I–VI beschriebenen Verfahren entweder als Teil von L2-Hardware/Software in einer MAC- oder einer Unterschichtverwaltungseinheit (SME) (bevorzugte Ausführungsform), Software oberhalb der Schicht 2 (L2), zum Beispiel als Teil der Bedien- und Wartungsprogramme (O&M-Routinen) in MPs, oder als eine Kombination davon implementiert werden.
Alle in den Abschnitten I–VI beschriebenen Verfahren können Konfigurationseinstellungen in den einzelnen MPs unterworfen oder durch diese ergänzt werden und können Statistiken und Rückmeldungen an mascheninterne und maschenexterne Überwachungs- und Steuereinheiten bereitstellen, welche die Steuerung für die wesentlichen Betriebseigenschaften von MPs ausüben.
Diese Konfigurationseinstellungen und meldpflichtigen Statistiken können in einzelnen MPs oder Gruppen von MPs festgelegt werden oder von diesen gemeldet werden durch:

1) Datenbanken in PHY, MAC oder SME, die vorteilhafterweise in Form von Verwaltungsinformationsbasen (MIBs) realisiert (aber nicht darauf beschränkt) sind;
2) Signalisierungsnachrichten zwischen L2-MAC oder SME an obige Protokolleinheiten, die vorteilhafterweise in der Form von APIs realisiert (aber nicht darauf beschränkt) sind;
3) Grundelemente, die zwischen SME, MAC, PHY und anderen Protokolleinheiten in einer MP-Implementierung ausgetauscht werden und eine Kombination davon.

Konfigurationseinstellungen, die von externen Verwaltungseinheiten auf dem MP (oder Gruppen von MPs) verwendet werden können, können einen zulässigen Frequenzkanal und/oder Kanalbereiche, zulässige Betriebsarteinstellungen (z.B. IEEE 802.11a, b, g, j, n oder ähnliche), zulässige Bandeinstellungen (z.B. 2,4 GHz, 4,9 GHz, 5 GHz oder ähnliches), zulässige Bandbreiteeinstellungen (z.B. 10/20/40 MHz oder ähnliches), die maximal zulässige Anzahl von Kanälen (z.B. einen einzigen Kanal, zwei Kanäle oder ähnliches), Frequenzagilität ein oder aus, Adressen und Kennungen für den CM, Zeitschalterwerte (z.B. Kanalverweildauer und Meßintervalle) für die Frequenzagilität, den Frequenzumschaltbefehl für den MP oder jede Kombination davon enthalten.
Meldepflichtige Statistiken in dem MP, die von externen Verwaltungseinheiten verwendet werden können, können aktuelle Kanäle, Betriebsarten, die Bandbreite, die Anzahl gleichzeitiger Kanäle (oder Kombinationen davon) von MPs und Nachbar-MPs (soweit bekannt), Kanalstatistiken, wie etwa der Wert und die Art von durchgeführten Messungen und so weiter, und jede Kombination davon sein.
2 ist ein Blockschaltbild eines drahtlosen Maschennetzes 200 mit einem CM 205 und einem MP 210 gemäß der vorliegenden Erfindung. Obwohl zu Verdeutlichungszwecken nur ein MP gezeigt ist, sollte sich für jemanden mit gewöhnlichen Kenntnissen des Fachgebiets verstehen, daß das Maschennetz 200 mehrere MPs mit einem ähnlichen Aufbau wie dem des in 2 gezeigten MP 210 haben kann.
Wie in 2 gezeigt, umfaßt der CM 205 einen Sender 215, einen Empfänger 220 und einen Prozessor 225, und der MP 210 umfaßt einen Sender 230, einen Empfänger 235 und einen Prozessor 240. Der Prozessor 225 für den CM 205 erzeugt eine Kanalwechselabsichtsnachricht, die von dem Sender 215 an mindestens einen MP 210 gesendet wird. Die Kanalwechselabsichtsnachricht zeigt die Absicht des CM 205 an, von einem ersten Kanal auf einen zweiten Kanal zu wechseln. Nachdem die Kanalwechselabsichtsnachricht von dem Empfänger 235 in dem mindestens einen Maschenpunkt 210 empfangen wurde, bestimmt der Prozessor 240 in dem mindestens einen MP 210, ob der MP 210 von dem ersten Kanal auf den zweiten Kanal umschalten sollte. Falls ja, sendet der Sender 230 des mindestens einen MP 210 eine von dem Prozessor 240 erzeugte Kanalwechselantwortnachricht an den CM 205. Nachdem die Kanalwechselantwortnachricht von dem Empfänger 220 in dem CM 205 empfangen wurde, bestimmt der Prozessor 225 in dem CM 205 basierend auf der Kanalwechselantwortnachricht, ob von dem ersten Kanal auf den zweiten Kanal gewechselt werden soll.
Die Kanalwechselabsichtsnachricht kann eine Änderung der Betriebsart, eine Änderung der Bandbreite, eine Änderung der Anzahl von Kanälen oder die Zeitsteuerung des Kanalwechsels anzeigen. Entweder kann ein Rundrufrahmen oder ein Punkt-zu-Punkt-Rahmen verwendet werden, um die Kanalwechselabsichtsnachricht zu senden. Die Kanalwechselantwortnachricht kann eine Benachrichtigung enthalten, die den Empfang der Kanalwechselabsichtsnachricht bestätigt. Die Kanalwechselantwortnachricht kann anzeigen, ob der MP 210 von dem ersten Kanal auf den zweiten Kanal wechseln wird. Der Prozessor 240 in dem MP 210 kann basierend auf der HF-Umgebung des MP 210 oder basierend auf der Verfügbarkeit anderer CMs in dem Maschennetz bestimmen, ob er von dem ersten Kanal auf den zweiten Kanal umschalten soll.
Die vorliegende Erfindung offenbart ein Maschennetz mit mindestens einem Channel Master (CM) und mehreren Maschenpunkten (MPs). Der CM sendet eine Kanalwechselabsichtsnachricht, welche die Absicht des CM anzeigt, von einem ersten Kanal auf einen zweiten Kanal zu wechseln, an mindestens einen der MPs. Nach dem Empfang der Kanalwechselabsichtsnachricht bestimmt der mindestens eine MP, ob er von dem ersten Kanal auf den zweiten Kanal umschaltet. Der mindestens eine MP sendet eine Kanalwechselantwortnachricht an den CM. Der CM bestimmt dann basierend auf der Kanalwechsel antwortnachricht, ob von dem ersten Kanal auf den zweiten Kanal gewechselt werden soll. Die Kanalwechselabsichtsnachricht kann eine Änderung der Betriebsart, eine Änderung der Bandbreite oder eine Änderung einer Anzahl von Kanälen anzeigen. Die Kanalwechselabsichtsnachricht kann die Zeitsteuerung des Kanalwechsels anzeigen.
Obwohl die Merkmale und Elemente der vorliegenden Erfindung in den bevorzugten Ausführungsformen in bestimmten Kombinationen beschrieben werden, kann jedes Merkmal oder Element allein, ohne die anderen Merkmale und Elemente der bevorzugten Ausführungsformen, oder in verschiedenen Kombinationen mit oder ohne andere Merkmale und Elemente der vorliegenden Erfindung verwendet werden.

Claims

Maschennetz, das aufweist: (a) mindestens einen Channel Master (CM) mit einem ersten Prozessor, der mit einem ersten Sender und einem ersten Empfänger verbunden ist; und (b) mehrere Maschenpunkte (MPs), wobei jeder MP einen zweiten Prozessor umfaßt, der mit einem zweiten Sender und einem zweiten Empfänger verbunden ist, wobei der erste Prozessor des CM eine Kanalwechselabsichtsnachricht erzeugt, die von dem ersten Sender des CM an mindestens einen der MPs gesendet wird, wobei die Kanalwechselabsichtsnachricht die Absicht des CM anzeigt, von einem ersten Kanal auf einen zweiten Kanal zu wechseln, wobei der zweite Prozessor des mindestens einen MP bestimmt, ob er von dem ersten Kanal auf den zweiten Kanal umschalten soll, wenn der zweite Empfänger des mindestens einen MP die Kanalwechselabsichtsnachricht empfängt, wobei der zweite Sender des mindestens einen MP eine Kanalwechselantwortnachricht an den CM sendet, und der erste Prozessor des CM bestimmt, ob von dem ersten Kanal auf den zweiten Kanal gewechselt werden soll, wenn der erste Empfänger des CM die Kanalwechselantwortnachricht empfängt.
Maschennetz, das aufweist: (a) mindestens einen Channel Master (CM) mit einem ersten Prozessor, der mit einem ersten Sender und einem ersten Empfänger verbunden ist; und (b) mehrere Maschenpunkte (MPs), wobei jeder MP einen zweiten Prozessor umfaßt, der mit einem zweiten Sender und einem zweiten Empfänger verbunden ist, wobei, wenn von dem zweiten Prozessor basierend auf Signalen, die der zweite Empfänger in einem bestimmten MP empfängt, Störungen oder Kanalaktivität wahrgenommen wird, die in dem bestimmten der MPs die Dienstqualität (QoS) des von dem bestimmten MP be treuten Verkehrs gefährdet, der zweite Prozessor des bestimmten MP eine Kanalwechselabsichtsnachricht erzeugt, die von dem zweiten Sender des bestimmten MP an den CM gesendet wird, und der erste Prozessor in dem CM eine Kanalwechselbestätigungsnachricht erzeugt, die von dem ersten Sender in dem CM an den bestimmten MP gesendet wird, wenn der erste Empfänger in dem CM die Kanalwechselanforderungsnachricht empfängt.
Maschennetz, das aufweist: (a) einen ersten Maschenpunkt (MP) mit einem ersten Prozessor, der mit einem ersten Sender und einem ersten Empfänger verbunden ist; und (b) mindestens einen anderen MP mit einem zweiten Prozessor, der mit einem zweiten Sender und einem zweiten Empfänger verbunden ist, wobei, wenn von dem ersten Prozessor in dem ersten MP basierend auf Signalen, die der erste Empfänger in dem ersten MP empfängt, Störungen oder Kanalaktivität wahrgenommen wird, welche die Dienstqualität (QoS) des von dem bestimmten MP betreuten Verkehrs gefährdet, der erste Prozessor des ersten MP eine oder mehrere Kanalwechselbenachrichtigungen erzeugt, die von dem ersten Sender an mindestens einen anderen MP gesendet werden.
Maschennetz nach Anspruch 3, wobei der zweite Prozessor des mindestens einen anderen MP entsprechend einer von dem zweiten Empfänger des mindestens einen anderen MP empfangenen Kanalwechselbenachrichtigung bestimmt, ob die Kanäle gewechselt werden sollen, und wenn der zweite Prozessor des mindestens einen anderen MP bestimmt, daß könnte gewechselt werden, erzeugt der zweite Prozessor eine oder mehrere Kanalwechselbenachrichtigungen, die von dem zweiten Sender des mindestens einen anderen MP an benachbarte MPs in dem Maschennetz gesendet werden.