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Technischer Bereich
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein drahtloses lokales Netzwerk
(LAN) und auf ein Verfahren zum Betreiben des LANs. Das LAN kann von
jedem beliebigen Typ sein, mit insbesondere aber nicht ausschließlich, einer
Anwendung in Kurzbereichapplikationen, wie diese in der Haus- oder
Büroumgebung
gefunden werden kann.
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Hintergrund der Erfindung
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Ein
typisches LAN umfasst einen zentralen Controller, bestehend aus
einem Controller und einer Primärstation
mit Funk-Sendeempfangsmitteln, wobei der Übertragungsbereich der Primärstation
das Funkdeckungsgebiet des LANs bestimmt, und aus einer Anzahl Sekundärstationen,
die sich in dem Deckungsgebiet befinden und mit dem zentralen Controller
registriert sind. Jede Sekundärstation
umfasst einen Funk-Sendeempfänger.
Kommunikation zwischen der Primärstation
und den Sekundärstationen in
dem LAN erfolgt auf Zeitduplexbasis. Aber in dem Zeiteinteilungsprotokoll
ist Platz gemacht für
Duplexübertragung
zwischen Sekundärstationen,
ohne dass dazu die Primärstation
erforderlich ist. Je nach der Umgebung kann es 2 oder mehr LANs
geben mit überlappenden
Deckungsgebieten und es ist auch möglich, dass eine Sekundärstation
imstande ist, umherstreift und Registrierung mit einem LAN sucht, obschon
sie außerhalb
des Bereichs der Primärstation
dieses LANs ist. Weil aber die umherstreifende Sekundärstation
außerhalb
des Bereichs ist, ist es unmöglich
die Downlink-Übertragungen
von der Primärstation
zu empfangen und folglich ist es unmöglich, die Framestruktur dieser
Ubertragungen zu ermitteln.
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US-A-5
633 876 beschreibt ein Schema zur Übertragung von Daten von einer
Basisstation zu einer Teilnehmereinheit außerhalb des Bereichs mit Hilfe
eines Speichers und Beförderungsverstärkers. Aber
darin wird nicht ein Mechanismus für eine umherstreifenden Teilnehmereinheit
zum Anschließen an
ein neues Netzwerk beschrieben, wenn die Einheit sich außerhalb
des Bereichs der Basisstation befindet.
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In "Packet Relay System
for Wireless LAN", "IBM Technical Disclosure
Bulletin", Heft
39, Nr. 2, Februar 1996, Seiten 133–135 beschreibt die Verwendung
eines Relaisterminals zur Kommunikation zwischen einem LAN-Zugriffspunkt
und einem draht losen Schatten-Benutzerterminal. Darin wird aber nicht
ein Mechanismus für
eine umherstreifende Teilnehmereinheit zum Anschließen an ein
neues Netzwerk beschrieben, wenn die Einheit sich außerhalb des
Bereichs der Basisstation befindet.
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Beschreibung der Erfindung
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Es
ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, dass es ermöglicht wird,
dass eine außerhalb
des Bereichs befindliche Sekundärstation mit
dem zentralen Controller eines LANs registriert, an das sie sich
anschließen
möchte.
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Nach
einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben
eines LANs mit einer Primärstation
mit einem Funk-Sendeempfängermittel
und einer Anzahl Sekundärstationen,
die je ein Funk-Sendeempfängermittel
haben, wobei das Verfahren die nachfolgenden Verfahrensschritte
umfasst:
- – das Übertragen
von einer ersten Sekundärstation,
die nicht imstande ist unmittelbar mit der Primärstation zu kommunizieren,
eines Signalbursts zum Empfang durch eine Sekundärstation, die sich in dem Bereich
der Primärstation
befindet, wobei die Sekundärstation
als Relaisstation für die
erste Sekundärstation
wirksam ist; gekennzeichnet durch:
- – das Übertragen
von großräumiger Steuersignale über ein
geographisches Gebiet, das eine Vielzahl von LANs umfasst,
- – das Übertragen
des Signalbursts während
eines vorbestimmten Zeitintervalls nach dem großräumigen Steuersignal, wobei
das vorbestimmte Zeitintervall den vielen LANs gemeinsam ist.
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Nach
einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein LAN geschaffen,
das die nachfolgenden Elemente umfasst:
- – eine Primärstation
mit einem Funksendeempfangsmittel;
- – eine
Anzahl Sekundärstationen,
die je ein Funksendeempfangsmittel haben;
- – Mittel
zum Übertragen
von einer ersten Sekundärstation
(HN), die nicht imstande ist, unmittelbar mit der Primärstation
zu kommunizieren, eines Signalbursts zum Empfang durch eine Sekundärstation,
die sich in dem Bereich der Primärstation befindet;
und
- – Mittel
zum Betreiben der zweiten Sekundärstationen
als eine Relaisstation für
die erste Sekundärstation;
gekennzeichnet
durch:
- – Mittel
zum Übertragen
großräumiger Steuersignale über ein
geographisches Gebiet, dass eine Vielzahl von LANs umfasst;
- – Mittel
zum Übertragen
des Signalbursts während
eines vorbestimmten Zeitintervalls nach dem großräumigen Steuersignal, wobei
das vorbestimmte Zeitintervall der Vielzahl von LANs gemeinsam ist.
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Mit
Hilfe der vorliegenden Erfindung ist die Außerbereichs-Sekundärstation
imstande, mit den Stationen des LANs synchronisiert zu sein und
imstande zu sein, mit dem zentralen Controller des LANs unter Verwendung
einer bereits registrierten Sekundärstation als Relaisstation
zu registrieren.
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Weitere
detaillierte Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den Unteransprüchen 2 und
4 definiert.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben.
Es zeigen:
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1 eine
Darstellung von 3 überlappenden LANs
und einer Anzahl Sender zum Fortpflanzen von Taktsynchronisationssignalen,
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2 eine
Darstellung einer typischen Framestruktur, verwendet in einem Zeitprotokoll
zur Verwendung in einem LAN,
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3 eine
Darstellung eines einzigen LANs zur Erleichterung des Verständnisses
des Verfahrens nach der vorliegenden Erfindung,
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4 ein
Zeitdiagramm, das ein modifiziertes Zeitprotokoll illustriert,
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5 ein
Zeitdiagramm, das zwei oder mehr LANs illustriert, die sich denselben
Kanal teilen, und
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6 eine
Darstellung der jeweiligen Steuernachrichten, die mit der Registrierung
eines versteckten Knotenpunktes (HN) assoziiert sind.
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In
der Zeichnung sind entsprechende Elemente mit denselben Bezugszeichen
angegeben.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In 1 sind
drei LANs, LAN 1, LAN 2 und LAN 3 dargestellt. Jedes LAN umfasst
einen zentralen Controller CC, gebildet durch eine Primärstation PS,
bestehend aus Funk-Sendeempfangsmitteln und einem assoziierten Controller
CON. Die geographische Ausdehnung des LANs wird durch das Funkdeckungsgebiet
des Senders der Primärstation
PS bestimmt. Innerhalb des Deckungsgebietes befinden sich Sekundärstation
SS, die Sendeempfangsmittel umfassen, ein Controller und ein Endbenutzergerät, das in
einer Heimumgebung beispielsweise ein Fernseher, ein VCR oder ein
PC sein kann. Die Ausgangsleistung des Senders der Sekundärstationen ist
vergleichbar mit der der Primärstation,
so dass die Sekundärstation
von jeder Stelle innerhalb des LANs kommunizieren kann.
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Im
Betrieb kann jede Primärstation
PS auf einer anderen Frequenz arbeiten oder kann zu verschiedenen
Zeiten auf derselben Frequenz arbeiten, so dass es zwischen benachbarten
LANs keine Interferenz gibt. Kommunikation zwischen einer Primärstation
PS und den Sekundärstationen
ist entsprechend einem Zeitteilungsprotokoll auf einer als Superframe
bezeichneten Sequenz von verketteten Frames basiert. 2 zeigt
zwei typische Frames F1, F2, die drei Hauptfelder BCH, RACH und
OD ("other data") umfassen. Das Feld
BCH umfasst einen Basisstationskanal, bestehend aus Synchronisationssignalen
und anderer Zeitinformation, die eine Sekundärstation benötigt zum
Ermitteln der Stelle des RACH-Feldes, das eine variable Länge haben kann.
Das RACH-Feld bildet einen Kanal mit beliebigem Zugriff und erfüllt drei
Hauptfunktionen: (a) Downlink-Übertragungen,
wie eine ALOHA-Nachricht oder oder Antworten auf ALOHA-Nachrichten, (b)
Uplink-Übertragungen
von den Sekundärstationen,
wie eine ALOHA-Nachricht oder Antworten auf die ALOHA-Nachricht
und das Bilden von Uplink-Kommunikationsverbindungen, und (c) Sekundärstation
zu Sekundärstation
Kommunikationen innerhalb des LANs. Das Feld OD bezieht sich auf den
Austausch von Daten. Wenn eine Sekundärstation, die mit einem zentralen
Controller registriert ist, eingeschaltet wird, soll sie das BCH-Feld
empfangen, um sich selbst zu synchronisieren und die Stelle des
RACH-Feldes zu ermitteln. Wenn einmal synchronisiert ist sie imstande,
das RACH-Feld zu empfangen und an mehreren oben genannten Betriebsarten
teilzunehmen.
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In 1 ist
ein Verfahren zum Fortpflanzen eine Großbereich-Steuernachricht, wie
ein Taktzyklussynchronisationsbereich über ein großes geographischen gebiet,
eine Veilzahl LANs umfassend. Das Basisprinzip basiert auf einem
Master-Taktgeber CLO, der ein Taktsignal sendet. Dieses Signal wird von
einer ersten Gruppe von Taktsignal-Sendeempfängern CL1 empfangen, die dazu
vorgesehen sind, die Taktsignale mit einem bekannten Zeitintervall
T zu senden, nachdem der Master-Taktgeber CLO das ur sprüngliche
Signal gesendet hat. Eine zweite Gruppe von Taktsignal-Sendeempfängern CL2
empfängt das
Taktsignal von der ersten Gruppe und sendet das Taktsignal aufs
neue mit demselben bekannten Zeitintervall T nachdem die erste Gruppe
CL1 ihr Taktsignal gesendet hat. Die Sequenz wird von der dritten und
den nachfolgende Gruppen je nachdem wiederholt. Die Gesamtzeit zwischen
jeder Neuübertragung,
als Funkdistanzklasse RDC bezeichnet, umfasst die Summe der Zeit
zum Übertragen
des Taktsignals und des bekannten Zeitintervalls T. Auf diese Weise
kann dadurch, dass der Master-Taktgeber CLO und jede der Gruppen
von Taktgebern CL1, CL2 usw. ihr RDC in ihrer Übertragung oder sonst bekannter
RDC eingeschlossen hat, eine Primärstation und eine Sekundärstation
den Start der Master-Taktübertragung
bestimmen und kann den Takt auf entsprechende Weise synchronisieren.
Die Übertragung aufeinander
folgender Taktsignale belegt eine Zeit, die als Taktzyklussynchronisationsgebiet
(CCSA) bezeichnet wird (siehe 4).
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In 3 wird
ein einziges LAN dargestellt, dessen geographische Ausdehnung durch
einen gestrichelten Kreis dargestellt ist. Eine Sekundärstation,
als versteckter Knotenpunkt HN bezeichnet, befindet sich außerhalb
des Deckungsgebietes des LANs und wünscht mit dem zentralen Controller
CC registriert zu werden. Da die Sekundärstation sich außerhalb
des Bereichs des Senders der Primärstation befindet kann sie
die BCH Information nicht hören,
welche die Stelle des RACH-Feldes angibt, das normalerweise verwendet
wird um neue Sekundärstationen
die Möglichkeit
zu bieten, sich in einem LAN zu registrieren, kann sie sich folglich
nicht registrieren.
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Das
Verfahren nach der vorliegenden Erfindung wird dem versteckten Knotenpunkt
HN erlauben, sich mit Hilfe einer als Beförderungsknotenpunkt FN bezeichneten,
innerhalb des LANs liegenden Imbereich-Sekundärstation an das LAN anzuschließen und
ist dadurch imstande, Übertragungen von
der Primärstation
zu empfangen. Dies kann dadurch effektuiert werden, dass Gebrauch
gemacht wird von dem Taktzyklussynchronisationsgebiet CCSA oder
einer anderen geeigneten Großbereichsteuernachricht,
die je Superframe nur einmal übertragen
wird, normalerweise am Anfang des Superframes, und schafft einen
Zeitbezugswert für
alle Stationen. Die Zeiteinteilung des in 2 dargestellten Superframes
wird durch Hinzufügung
eines Zeitschlitzes (oder Zeitintervalls) in der Zeitdomäne zwischen
dem Ende des CCSA und dem Start des betreffenden Superframes modifiziert.
Dies ist in 4 dargestellt und der zusätzliche
Zeitschlitz oder das zusätzliche
Zeit intervall wird als versteckter Antragsburstschlitz HiRBS bezeichnet.
Die Dauer des HiRBS ist von der Größenordnung eines einzigen Symbols.
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Ein
neuer HN, der sich an ein bestehendes drahtloses LAN anzuschließen wünscht, bestimmt die
Zeiteinteilung des HiRBS aus dem CCSA. Der HN sendet einen 1-Symbol Burst in dem
HiRBS. Die Primärstation
PC wird den HiRBS nicht empfangen, da HN sich außerhalb des Bereichs befindet.
Wenn aber ein Beförderungsknotenpunkt
FN, der sich in dem Bereich der Primärstation PS befindet, den HiRBS hört, wird
er während
der RACH-Periode des betreffenden Frames mit einer RACH_notify Nachricht
antworten, die mit einer vordefinierten identifizierbaren Sequenz
anfängt
und Information enthält,
welche die Zeitbeziehung zwischen dem RACH und dem CCSA angibt.
Der HN hört
auf die RAC_notify Nachrichten um die Zeit des RACHs zu bestimmen,
so dass er den RACH für
die nächste
Stufe der Registrierung mit dem FN benutzen kann. Es ist für mehrere
Sekundärstationen
möglich,
dass er die HiRBS Nachricht hören
und als FNs handeln, aber für
den Fall, dass der HN den besten FN zum Bilden der Verbindung mit der
Primärstation
selektiert. Der HN sendet Registrierungsinformation zu dem selektierten
FN, der durch den FN in der nächsten
RACH-Periode befördert
wird um Registrierung von HN mit dem zentralen Controller zu effektuieren.
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5 illustriert
eine Anordnung, wobei zwei oder mehr LANs über denselben Frequenzkanal
arbeiten. Die zentralen Controller senden ihre betreffenden Superframes,
die von ungleicher Länge
sein können,
wie durch das Superframe des LANs 1 dargestellt, das die Frames
F1 bis F4 enthält
und durch das Superframe des LANs 2, das die Frames F1 und F2 enthält. Die
Terminierung der betreffenden Übertragungen
bezieht sich auf den Anfang der Übertragung
des CCSAs, so beginnt beispielsweise das Superframe des LANs 1 zu
einer vorbestimmten Zeit T1 nach dem Anfang des CCSA und das Superframe des
LANs 2 beginnt zu einer vorbestimmten Zeit T2 nach dem Start des
CCSA. Der HiRBS Zeitschlitz wird in einer gemeinsamen Zeitperiode
vorgesehen, der Bequemlichkeit halber unmittelbar nach dem CCSA,
damit einem HN die Möglichkeit
geboten wird, einen Signalburst zu senden, der durch FN in einem nahe
liegenden LAN detektiert wird. Danach findet Registrierung statt,
wie oben beschrieben.
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6 zeigt
ein Beispiel der Signalisierung zwischen dem HN, FN und dem zentralen
Controller CC zum Effektuieren einer Registrierung des HNs.
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Die
Sequenz umfasst Nachrichten 10 bis 24, die nachstehend zusammengefasst
sind:
- Nachricht 10 HN sendet HiRBS Burst
- Nachricht 12 FN sendet RACH_notify
- Nachricht 14 HN sendet Registrierungsantrag in nächstem RACH
- Nachricht 16 FN beantragt einen Zeitschlitz von dem CC
- Nachricht 18 CC gewährt
den Zeitschlitz
- Nachricht 20 FN sendet den Registrierungsantrag von HN
- Nachricht 22 CC gewährt
den Registrierungsantrag von HN
- Nachricht 24 FN sendet den gewährten Registrierungsantrag
zu HN.
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Andere
Signalisierung durch den HN wird durch den FN zu und von dem CC
weitergeleitet.
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Obschon
der versteckte Antragsburstschlitz HiRBS als am Anfang des Superframes
liegen beschrieben worden ist, kann er an einer anderen Stelle in
dem Superframe liegen, wie zwischen BCH und RACH des ersten Frames
oder am Anfang des ersten RACH Feldes, was ein festes Zeitintervall
von dem Anfang des CCSA ist und in die Sekundärstationen einprogrammiert
werden kann.
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Die
Beschaffung des HiRBS hat den Vorteil, dass das Minimum an verfügbarer Bandbreite
dem Umstand gewidmet werden soll, dass Außerbereich-Sekundärstationen
(oder versteckten Knotenpunkten) die Möglichkeit geboten wird, mit
einem LAN zu registrieren, wobei diese Bandbreite nicht benutzt
werden darf, wenn es keine versteckten Knotenpunkte gibt.
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Aus
der Lektüre
der vorliegenden Beschreibung dürften
dem Fachmann andere Abwandlungen einfallen. Solche Abwandlungen
können
andere Merkmale betreffen, die beim Entwurf, der Herstellung und
der Verwendung von drahtlosen LANs und Elementen davon bereits bekannt
und statt der oder zusätzlich
zu den hier bereits beschriebenen Merkmalen verwendbar sind.
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Industrielle Anwendbarkeit
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Durch
eine Basisstation gesteuerte drahtlose LANs.
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Text in der
Zeichnung
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6
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- Registrierungsantrag
- Antrag
- Registrierungsgewährung