DE60215612T2

DE60215612T2 - Reduzierung von Kanalüberlappungen in drahtlosen lokalen Netzwerken unter Verwendung eines zentralen Zugriffsprotokolls

Info

Publication number: DE60215612T2
Application number: DE60215612T
Authority: DE
Inventors: Arie Johannes De Heer; Harold Wilhelm Teunissen
Original assignee: Lucent Technologies Inc
Current assignee: Nokia of America Corp
Priority date: 2002-04-10
Filing date: 2002-04-10
Publication date: 2007-08-23
Anticipated expiration: 2022-04-11
Also published as: US7349366B2; EP1355450B1; EP1355450A1; DE60215612D1; US20030202498A1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Zugangspunkt für ein drahtloses lokales Netzwerk gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ausführung durch einen solchen Zugangspunkt und ein durch einen solchen Zugangspunkt zu ladendes Computerprogrammprodukt.
Allgemeiner Stand der Technik
Drahtlose lokale Netzwerke (WLANs) werden im allgemeinen gemäß einem Standard implementiert, der durch den internationalen Standard ISO/IEC 8802-11 (IEEE 802.11) definiert wird. Der Standard 802.11 ist ein Standard für drahtlose LAN-Systeme, die in dem ISM-Band von 2,4–2,5 GHz (für Industrie, Wissenschaft und Medizin) oder in dem 5-GHz-U-NII-Band arbeiten. Er konzentriert sich auf Protokolle der MAC (Mediumzugriffssteuerschicht) und der PHY (physischen Schicht) für sogenannte auf Zugangspunkten basierende Netzwerke oder Ad-hoc-Netzwerke.
Bei auf Zugangspunkten basierenden Netzwerken kommunizieren Stationen in einer Zelle direkt mit ihren assoziiertem Zugangspunkt. Die Menge von Stationen einer Zelle zusammen mit dem Zugangspunkt wird als Grundversorgungssatz (BSS) bezeichnet. Der Zugangspunkt (AP) leitet Nachrichten zu Zielstationen in derselben Zelle oder durch ein verdrahtetes Verteilungssystem zu anderen Zugangspunkten weiter, wovon aus solche Nachrichten letztendlich an einer Zielstation ankommen. Im Ad-hoc-Netzwerk kommunizieren die Stationen direkt miteinander und es besteht kein Zugangspunkt oder (verdrahtetes) Verteilungssystem.
Der Standard 802.11 unterstützt DSSS (Direktsequenz-Spreizspektrum) mit differentiell codiertem BPSK und QPSK, FHSS (Frequenzsprung-Spreizspektrum) mit GFSK (Gaußsches FSK) und Infrarot mit PPM (Impulspositionsmodulation). Diese drei PHYs (DSSS, FHSS und Infrarot) stellen alle Bitraten von 2 und 1 MBit/s bereit. Ferner umfaßt der Standard 802.11 Erweiterungen, die als 11a und 11b bezeichnet werden. Die Erweiterung 11b [2] ist für CCK-PHY (Komplementär-Codeumtastung) bestimmt, wodurch Bitraten von 5,5 und 11 MBit/s sowie die Grund-DSSS-Bitraten von 2 und 1 MBit/s in demselben ISM-Band von 2,4–2,5 GHz bereitgestellt wird. Die Erweiterung 11a ist für den OFDM-PHY-Standard mit hoher Bitrate (Orthogonalfrequenz-Multiplexmodulation) bestimmt, wodurch Bitraten im Bereich von 6 bis 54 MBit/s im 5-GHz-Band bereitgestellt werden.
Das grundlegende Mediumzugangsverhalten von 802.11 erlaubt Interoperabilität zwischen kompatiblen PHYs durch Verwendung der CSMA/CA (Vielfachzugriff mit Trägerkennung mit Kollisionsvermeidung), die als das Protokoll der verteilten Koordinationsfunktion (DCF) bekannt ist, und eine zufällige Backoff-Zeit nach einem Medium-belegt-Zustand. Zusätzlich verwendet der gesamte gerichtete Verkehr unmittelbare positive Bestätigung (ACK-Rahmen), wobei eine Neuübertragung vom Absender eingeteilt wird, wenn kein ACK empfangen wird. Das 802.11-CSMA/CA-Protokoll ist dafür ausgelegt, die Kollisionswahrscheinlichkeit zwischen mehreren Stationen zu reduzieren, die auf das Medium an dem Zeitpunkt zugreifen, an dem Kollisionen am wahrscheinlichsten auftreten würden. Kollisionen treten am wahrscheinlichsten unmittelbar nach dem Freiwerden des Mediums nach einem belegten Medium auf. Der Grund dafür besteht darin, daß mehrere Stationen darauf gewartet hätten, daß das Medium wieder verfügbar wird. Deshalb verwendet man eine Zufalls-backoff-Anordnung zur Auflösung von Mediumwettbewerbkonflikten. Zusätzlich definiert die 802.11-MAC Spezialfunktionsverhalten für Fragmentierung von Paketen, Mediumreservierung über Abruf-Interaktion des Typs RTS/CTS (Sendeanforderung/Sendeerlaubnis).
802.11-MAC beschreibt außerdem, wie Beacon-Rahmen durch den AP in regelmäßigen (Beacon-)Intervallen gesendet werden, um es Stationen (STAs) zu erlauben, die Anwesenheit von APs zu überwachen. 802.11-MAC enthält außerdem einen Satz Verwaltungsrahmen, wodurch eine STA aktiv nach anderen APs auf jedem verfügbaren Kanal scannen kann. Bei Netzwerken auf der Basis von 802.11-AP assoziieren sich die STAs mit einem AP mit einem entsprechenden Netzwerknamen oder einer entsprechenden BSS-Kennung, normalerweise assoziieren sich die STAs mit am besten empfangenem und nächstliegendem AP.
Stand der Technik
Ein weiterer Betriebsmodus von 802.11 ist die Punktkoordinationsfunktion (PCF). In diesem Modus ist die Mediumzugangssteuerung zentralisiert. Während eines Beaconintervalls operiert ein Grunddienstsatz (BSS) abwechselnd im DCF-Modus und im PCF-Modus, wie es in dem Standard 802.11 vorgeschrieben wird. Im DCF-Modus haben sowohl der AP als auch die STAs gleiche Zugangsgelegenheiten, im PCF-Modus steuert der AP den Mediumzugriff durch Abfragen der STAs. Wenn eine STA abgefragt wird, darf die STA auf das Medium zugreifen, um ein Paket zu senden. Da der AP und die STAs keine Trägerkennung und Kollisionsvermeidung im PCF-Modus ausführen, kann dies zu einem unsynchronisierten Verhalten und Störungen benachbarter APs führen. Dies ist offensichtlich der Fall, wenn benachbarte APs auf demselben Frequenzkanal wie der AP arbeiten und wenn sich ihre Zellen mit der Zelle des AP überlappen. Diese APs werden als überlappende benachbarte APs bezeichnet. Die überlappenden benachbarten APs können kontinuierlich Kollisionsvermeidung durchführen (da das Medium konstant belegt scheint), was zu unfairer räumlicher Benutzung führt. Wenn zwei überlappende benachbarte APs in dem PCF-Modus arbeiten, kann dies ferner zu unkoordinierten Störungen und somit hohen Paketverlustwahrscheinlichkeiten aufgrund des Fehlens von Trägerkennung und Kollisionsvermeidung vor dem Mediumzugriff führen. Eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung ist die Linderung der Überlappung zwischen überlappenden benachbarten APs, um die oben erwähnten Probleme zu vermeiden.
Aus der Internationalen (PCT-) Patentveröffentlichung WO 02/06986 ist es bekannt, ein drahtloses lokales Netzwerk bereitzustellen, das Zugangspunkte umfaßt, wobei jeder Zugangspunkt folgendes umfaßt: Mittel zum Versorgen mindestens einer Station durch Verwenden eines Zentralmedium-Zugangssteuerprotokolls während eines Zeitraums und zum Überwachen der Überlappung mit Nachbarzugangspunkten und zum Definieren eines oder mehrerer Bereiche, in dem mindestens eine erste Station Überlappung erfährt, als Überlappungsbereiche, und eines oder mehrere Bereiche, in dem mindestens eine zweite Station keine Überlappung erfährt, als Nichtüberlappungsbereiche, und zum Definieren eines oder mehrerer benachbarter Zugangspunkte, die die Überlappung verursachen, als überlappende benachbarte Zugangspunkte, wobei der Zugangspunkt und die überlappenden benachbarten Zugangspunkte dergestalt synchronisiert sind, daß der Zugangspunkt die mindestens eine erste Station in den Überlappungsbereichen während einer Versorgungszeit innerhalb des Zeitraums versorgt, während die überlappenden benachbarten Zugangspunkte still sind, und umgekehrt.
Kurzfassung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung ist gegenüber der Offenlegung von WO 02/06986 dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zugangspunkt ferner Mittel umfaßt, um die Dauer der Versorgungszeit zu bestimmen, indem stille Anforderungen mit seinen überlappenden benachbarten Zugangspunkten ausgetauscht und ein Stillekompromißmechanismus ausgeführt wird, um so eine Synchronisierung mit überlappenden benachbarten Zugangspunkten zu erzielen.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung einen Zugangspunkt wie oben beschrieben, dadurch gekennzeichnet, daß der Zugangspunkt dafür ausgelegt ist, einen Stillekompromißmechanismus auszuführen, wozu folgendes gehört:

(a) Initialisieren eines eigenen Vorrats an Stille;
(b) Bestimmen eines Gesamtzeitraums, der für Überlappungsauflösung verfügbar ist;
(c) Bestimmen eines eigenen Bedarfs an Stille im Hinblick auf jeden überlappenden benachbarten Zugangspunkt;
(d) Austauschen einer Zeitdauer, die dem Zugangspunkt (1) für die Überlappungsauflösung mit seinen benachbarten Zugangspunkten (2, 3) verfügbar ist;
(e) Kombinieren eines zusammenfallenden Bedarfs unter Verwendung einer vorbestimmten Kombinationsregel;
(f) Bestimmen einer effektiven Überlappungszeit gemäß einer vorbestimmten Überlappungszeitregel;
(g) Setzen des eigenen Vorrats an Stille auf die effektive Überlappungszeit;
(h) Bestimmen eines minimalen Stillebedarfs und von Vorräten an Stille gemäß einer Minimalbestimmungsregel;
(i) Berechnen des eigenen Vorrats an Stille;
(j) Wiederholen der vorherige Schritte, bis ein vordefiniertes Kriterium erfüllt ist.

Der Hauptvorteil dieses Mechanismus besteht darin, daß die überlappenden APs einen fairen Anteil der verfügbaren Bandbreite erhalten. Wenn ein AP weniger als seinen (gleichen) Anteil der verfügbaren Bandbreite benötigt, wird die übrige Bandbreite auf die übrigen APs, die Zeit beanspruchen, verteilt.
Außerdem betrifft die Erfindung ein entsprechendes Verfahren.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Nachfolgend wird die Erfindung mit Bezug auf einige Zeichnungen erläutert, die lediglich zur Veranschaulichung gedacht sind und den Schutzumfang, der in den angefügten Ansprüchen definiert wird, nicht einschränken sollen.
1 zeigt drei überlappende Zellen eines WLAN.
2 zeigt den Inhalt der verschiedenen Zeiträume in einem PCF-Zeitraum.
3 zeigt ein Flußdiagramm der Schritte des Überlappungslinderungsmechanismus.
4 zeigt ein Flußdiagramm einer Subroutine des Mechanismus von 3.
5 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Zugangspunkts.
6 ist eine Tabelle eines Beispiels für Vorrat und Bedarf an Stille von drei verschiedenen APs.
7 zeigt ein Beispiel für eine Synchronisation der Stilleperioden zwischen drei APs.
Ausführliche Beschreibung
1 zeigt ein Beispiel für ein WLAN 1 mit drei Zellen 6, 7, 8. jede Zelle 6, 7, 8 wird durch einen Zugangspunkt (AP) versorgt. Die APs 1, 2 und 3 versorgen die Zellen 6, 7 bzw. 8. AP 1 ist mit STAs 4, 5 assoziiert. STA 4 befindet sich in einem Überlappungsbereich 10, der das Gemeinsame von Zelle 6 und Zelle 8 ist. In diesem Überlappungsbereich empfangen STAs Signale, die sowohl von AP 1 als auch von AP 3 kommen. Diese APs 1, 3 verwenden dieselbe Frequenz, was zu Störungsproblemen und Verlust von Datenpaketen führen kann. In 1 sind zwei weitere Überlappungsbereiche 11, 12 gezeigt. Alle drei APs 1, 2, 3 sind dafür ausgelegt, Überlappung zu erkennen. Dies kann zum Beispiel durch Erkennung von Paketverlusten oder durch Erkennung von Signalen von durch einen anderen Zugangspunkt versorgten STAs erfolgen. AP 1 versorgt außerdem STA 5, die sich in Zelle 6, aber außerhalb der Überlappungsbereiche 10, 11 befindet. Die Erkennung der Überlappung liegt außerhalb des Schutzumfangs der vorliegenden Erfindung, ist aber Fachleuten wohl bekannt. Die vorliegende Erfindung ist auf keinerlei Weise auf ein spezifisches Verfahren zur Erkennung von Überlappung zwischen benachbarten Zellen (d. h. APs) beschränkt.
Wenn AP 1 Überlappung mit einem oder mehreren benachbarten APs erkennt, startet er einen Überlappungslinderungsmechanismus. Der Schlüsselaspekt dieses Mechanismus besteht darin, daß sich der lokale (d. h. AP 1) und die überlappenden APs (d. h. AP 2, 3) so synchronisieren, daß der lokale AP die STAs in den Überlappungsbereichen 10, 11 versorgen kann, während die überlappenden benachbarten APs still sind und umgekehrt.
2 zeigt ein Beispiel für eine Zeiteinteilung für die Kommunikation von AP 1 mit seinen STAs 4, 5. Während eines Zeitrahmens 21 verwendet AP 1 das DCF-Protokoll. Als nächstes verwendet AP 1 in einem Zeitrahmen 22 das PCF-Protokoll. Dann verwendet gemäß dem Standard 802.11 AP 1 wieder DCF, siehe den Zeitrahmen 23. Der Zeitrahmen 22 ist in einen Zeitraum 25 zum Versorgen von STAs außerhalb der Überlappungsbereiche 10, 11 und einem Zeitraum 26 zur Versorgung von STAs in den Überlappungsbereichen 10, 11 unterteilt. Die Länge des Zeitrahmens 22 ist vorzugsweise für alle APs gleich.
Um STAs in den Überlappungsbereichen 10, 11 zu versorgen, verlangt AP 1 eine Stilleperiode von den überlappenden benachbarten APs (d. h. AP 2, 3). Den überlappenden APs (d. h. AP 2, 3) steht es frei, die verlangten Stilleperioden zu gewähren und sie könnten zum Beispiel eine kleinere Stilleperiode als von AP 1 verlangt anbieten. Wenn AP 2, 3 eine bestimmte Stilleperiode liefern, kann der verlangende AP 1 zum Beispiel die STAs in den Überlappungsbereichen 10, 11 in diesem spezifischen Zeitraum versorgen. Andererseits verlangen die überlappenden benachbarten APs ihren Anteil an Stille von AP 1. Die Kommunikation zwischen den APs 1, 2, 3 für den Stillekompromiß kann zum Beispiel durch Senden von Nachrichten unter Verwendung von Arbeitsfrequenzen der APs 1, 2, 3 hergestellt werden und liegt außerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung, ist Fachleuten aber wohl bekannt.
In 2 ist der Zeitraum 26 für die Versorgung von STAs in den Überlappungsbereichen 10, 11 in die Zeiträume 30 und 31 aufgeteilt. In dem Zeitraum 30 ist AP 1 still und in dem Zeitraum 31 versorgt AP 1 STAs in den Überlappungsbereichen 10, 11 (z. B. STA 4). Die Länge der Zeiträume 30 und 31 ist ein Ergebnis eines Überlappungslinderungsmechanismus. Bei diesem Mechanismus handeln die APs 1, 2, 3 einen Kompromiß zwischen ihrem Vorrat und Bedarf an Stille aus. Der Mechanismus wird mit Bezug auf 3 und 4 ausführlicher besprochen werden. Es wird angemerkt, daß der Zeitraum 26 auch in kleinere Zeiträume 30 und 31 unterteilt werden könnte, wobei die Zeiträume 30 und 31 in dem Zeitraum 26 alternieren.
3a zeigt ein Flußdiagramm einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In 3 sind Schritte eines möglichen Überlappungslinderungsmechanismus gezeigt. Bei der Beschreibung des Mechanismus werden bestimmte Symbole und Formeln verwendet, die im folgenden erläutert werden. Bei der Ausführung des Mechanismus bezeichnet jeder AP sich selbst als AP_local. Ein Zeitraum, in dem ein AP_local für Überlappungsauflösung verfügbar ist, wird als Ttol_local bezeichnet. Dieses Ttol_local entspricht dem Zeitraum 26 von 2. Tatsächlich wird nur ein Teil von Ttol_local zur Überlappungsauflösung verwendet. Diesen Teil müssen sich alle APs, die Überlappung auflösen, teilen, und er wird als effektive Überlappungszeit Tshared_local bezeichnet. Der Index "local" soll anzeigen, daß jeder AP, obwohl er ein gemeinsam benutzter Parameter ist, sein eigenes Tshared_local berechnet. Die Anzahl aller APs, die Stille verlangen und liefern, wird als #AP bezeichnet. Der maximale Zeitraum von Tshared_local, der von einem einzelnen AP beansprucht werden kann, ist gleich Tshared_local dividiert durch #AP und wird Claim_local genannt.
Benachbarte APs, die Überlappung mit AP_local aufweisen, sind Teil einer als Nachbarn bezeichneten Menge (NBRS). Wenn also AP_local Überlappung von j benachbarten APs erkannt hat, dann NBRS = {N₁, N₂, ... N_j}, wobei j eine positive ganze Zahl ist.
Wenn eine Menge von einem oder mehreren APs AP_local für eine Stilledauer n verlangt, wird dies als AP_local[n, S] bezeichnet.
Wenn eine Menge von einem oder mehreren APs eine Stilledauer n an AP_local abliefert, wird dies als
bezeichnet.
Der Überlappungslinderungsmechanismus beginnt mit einem Schritt 40. In einem Schritt 41 initiiert AP_local dann seinen Supply_local genannten eigenen Vorrat, der auf
gesetzt wird. Dies bedeutet, daß eine unbekannte (leere) Menge (∅) von APs eine unbegrenzte (8) Menge an Stille an AP_local liefern möchte. Als nächstes wird in Schritt 42 Ttol_local bestimmt. Dies kann dadurch geschehen, daß man Ttol_local gleich dem PCF-Zeitraum mal der Anzahl von Überlappung erfahrenden STAs, dividiert durch die Gesamtzahl assoziierter STAs, setzt. Außerdem wird für jeden überlappenden benachbarten AP N_i, der Bedarf an Stille bestimmt; d. h. N_i[demanded_silence, AP_local], wobei N_i ein AP in der Menge NBRS ist. Der Bedarf an Stille ist von der Anzahl von STAs in den Überlappungsbereichen 10, 11 und/oder von der Belastung der STAs abhängig. Der Stillebedarf für alle N_i in NBRS bildet eine Menge mit der Bezeichnung Demands. Diese Menge wird durch den AP von AP_local im Speicher gespeichert.
In einem nächsten Schritt 43 tauscht AP_local Ttol_local, Supply_local und Demands mit seinen überlappenden Nachbarn N_i aus. Als Ergebnis sind die folgenden Informationen für AP_local verfügbar:

• eine Menge Ttols_local, die alle Werte von Ttoly der überlappenden Nachbarn des AP_local enthält, Ttolslocal: = {Ttoly|Y∊NBRS};
• eine Menge Demands, die den gesamten Bedarf an Stille der überlappenden Nachbarn und des lokalen AP enthält, Demands: = {X[die Stille verlangen, Y]| Y∊NBRS∨Y = AP_local}, wobei X ein beliebiger AP außer AP Y sein kann;
• eine Menge Supplies_local, die die Vorräte an Stille der überlappenden Nachbarn von AP_local enthält, d. h. Supplieslocal: ={Y [die Stille liefern, X]|Y∊NBRS},wobei X ein beliebiger AP außer AP Y sein kann.

In Schritt 44 wird der zusammenfallende Bedarf gemäß der folgenden Regel zu einem Bedarf kombiniert: K[n, X], K[m, Y], ...→K[Max(n ... m), XY...]wobei K, X und Y APs sind und Max () eine Funktion ist, die das Maximum ihrer Parameter berechnet, und wobei n und m positive ganze Zahlen sind.
Dies bedeutet, daß, wenn zwei oder mehr überlappende APs (z. B. X und Y) Stille von demselben AP K anfordern, diese Anforderungen dann kombiniert werden und die verlangte Stille auf den längsten Bedarf gesetzt wird.
In Schritt 45 berechnet AP_local dann die effektive Überlappungszeit Tshared_local durch Verwendung der folgenden Formel: Tsharedlocal: = Min(Ttollocal, Max(Ttols)).
Dabei sind Min() und Max() Funktionen, die das Minimum bzw. Maximum der Parameter berechnen.
Dies bedeutet, daß die effektive Überlappungszeit immer das kleinste der lokalen Ttol_local und der längsten Ttol der überlappenden Nachbarn ist (es ist sinnlos, eine größere Überlappungszeit anzubieten, als die Nachbarn anfordern).
Das berechnete Ttol_local wird von dem AP_local zum Setzen seines eigenen Vorrats auf diese effektive Überlappungszeit verwendet, wobei die folgende Formel verwendet wird:
Der Überlappungslinderungsmechanismus schreitet mit einem Schritt 46 voran, in dem das Minimum der Vorräte und Bedarfe gemäß der nächsten Formel bestimmt wird:
wobei K, X und Y APs und n und m numerische Werte sind.
Wenn notwendig werden die Bedarfe durch den entsprechenden Vorrat begrenzt, da es nicht nützlich ist, mehr Stille von einem AP zu verlangen, als von diesem AP geliefert wird. Aus diesem Grund wird die Minimumfunktion Min() verwendet. Die Funktionsweise dieser Formel wird mit Hilfe eines Beispiels in 6 verdeutlicht.
In einem Schritt 47 berechnet AP_local nun seinen eigenen Vorrat an Stille. Dieser Schritt wird mit Hilfe von 4 erläutert, in der die verschiedenen Teilschritte erwähnt werden. Nach Schritt 47 wird Schritt 42 nochmals ausgeführt, gefolgt von den Schritten 43, 44, 45, 46 und 47. Dies heißt also, daß eine Schleife gebildet wird. Vorzugsweise ist die Schleife unendlich. Wenn keine Änderungen von Nachfragen und Vorräten der verschiedenen APs entstehen, konvergieren die Ergebnisse dieser Schleife, wie in einem nachfolgenden Beispiel gezeigt werden wird.
4 zeigt ein Flußdiagramm von Schritt 47 ausführlicher. Die Prozedur beginnt mit einem Schritt 50. Danach folgt ein Schritt 51, in dem die Anzahl der APs, die Stille verlangen oder liefern, die als #AP bezeichnet wird, mit der folgenden Formel bestimmt wird:
Length(Demands),
wobei Length() eine Funktion ist, die die Elemente einer Menge zählt.
In einem nächsten Schritt 52 ist der maximale Anspruch durch Verwendung der folgenden Formel: Claimlocal: = Tsharedlocal/#AP
Da #AP sowohl den AP_local als auch seinen Nachbarn enthält, stellt diese Division eine faire Verteilung der Vorräte und Bedarfe über die effektive Überlappungszeit hinweg sicher. In einem Schritt 53 wird dann der AP gewählt, der den kleinsten Bedarf aller überlappender APs aufweist. In einem Schritt 54 wird die Menge Demands aktualisiert mittels Entfernung des Bedarfs, der zu dem in Schritt 53 bestimmten AP gehört, aus der Menge Demands. In einem Schritt 55 wird die maximale Menge an Vorrat oder Bedarf mit der folgenden Formel bestimmt: n_max: = Min(n, Claimlocal)wobei n die Zeitdauer ist, die dem im Schritt 53 ausgewählten Bedarf entspricht.
In einem Schritt 56 wird geprüft, ob der kleinste Bedarf für AP_local ist. Wenn die Antwort von Schritt 56 "nein" ist, folgt der Mechanismus mit einem Schritt 58. Wenn die Antwort von Schritt 56 jedoch "ja" ist, folgt ein Schritt 57, in dem Supply_local unter Verwendung von n_max in der folgenden Formel aktualisiert wird:
wobei X der AP ist, der dem im Schritt 53 gewählten Bedarf entspricht.
Nach Schritt 57 folgt ein Schritt 58, in dem die effektive Überlappungszeit für die übrigen APs berechnet wird. Dies geschieht durch Verwenden der folgenden Formel: Tsharedlocal: = Tsharedlocal – n_max
Nach Schritt 58 wird geprüft, ob die Menge Demands leer ist. Wenn dies der Fall ist, folgt ein Schritt 60, in dem die Prozedur von Schritt 47 endet. Wenn Demands nicht leer ist, wird Schritt 51 nochmals ausgeführt, gefolgt von Schritt 52 und so weiter.
Es wird angemerkt, daß die oben angegebene Beschreibung lediglich zur Veranschaulichung dient und die vorliegende Erfindung auf keinerlei Weise einschränken soll.
5 zeigt ein Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Zugangspunkts 1, 2, 3 der vorliegenden Erfindung mit Prozessormitteln 121 mit Peripheriegeräten. Die Prozessormittel 121 sind mit Speichereinheiten 118, 122, 123, 124 verbunden, die Anweisungen und Daten speichern, mit einer oder mehreren Leseeinheiten 125 (zum Lesen z. B. von Disketten 119, CD-ROMS 120, DVDs usw.), einer Tastatur 126 und einer Maus 127 als Eingabegeräte, und als Ausgabegeräte mit einem Monitor 128 und einem Drucker 129. Zur Datenkommunikation über das WLAN 1 wird eine Schnittstellenkarte 130 bereitgestellt. Die Schnittstellenkarte 130 ist an eine Antenne 131 angeschlossen. Ferner ist der Zugangspunkt 1, 2, 3 durch E/A-Mittel 132 zur Kommunikation z. B. mit anderen Zugangspunkten mit einem verdrahteten Verteilungsnetzwerk 140 verbunden. Die gezeigten Speichereinheiten umfassen RAM 122, (E)EPROM 123, ROM 124 und eine Festplatte 118. Es versteht sich jedoch, daß weitere und/oder andere Speichereinheiten, die Fachleuten bekannt sind, vorgesehen werden können. Außerdem kann sich eine oder mehrere dieser physisch gegebenenfalls von dem Prozessormitteln 121 abgesetzt befinden. Die Prozessormittel 121 sind als eine Box gezeigt, sie können jedoch mehrere Verarbeitungseinheiten umfassen, die parallel arbeiten oder durch einen Hauptprozessor gesteuert werden, die sich abgesetzt voneinander befinden können, wie Fachleuten bekannt ist.
Darüber hinaus können andere Eingabe-/Ausgabegeräte als die gezeigten (d. h. 126, 127, 128, 129) vorgesehen werden. Bei einer alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann der Zugangspunkt 1, 2, 3 eine Telekommunikationseinrichtung sein, in die die Komponenten der Schnittstellenkarte 130 wie Fachleuten bekannt ist integriert sind.
In 6 ist ein Beispiel gezeigt, bei dem der Mechanismus ausführlicher erläutert wird. In dem Beispiel kommunizieren drei APs mit den Bezeichnungen A, B und C, um einen fairen Anteil an Stille zur Vermeidung bzw. Linderung von Überlappung zu bestimmen. Die Ergebnisse der verschiedenen Schritte von 3 sind in mehreren Spalten gezeigt. Auf der linken Seite der Tabelle ist die Anzahl der Iterationen aufgelistet. Eine Iteration ist als eine Ausführungsschleife der nachfolgenden Schritte 42–47 definiert. Für jede Iteration sind drei Zeilen gezeigt, die die Ergebnisse für die drei APs enthalten. Die Zeilen 1, 2 und 3 der Iteration 1 enthalten die relevanten Informationen für den AP A, B bzw. C.
Alle Vorräte werden im Schritt 41 auf ihre Anfangswerte gesetzt, und für AP A bedeutet dies also einen Vorrat gleich dem unbekannten Wert von
Die Unterstreichung zeigt einen Vorrat an. In diesem Beispiel ist Ttol_A = 6, Ttol_B = 4 und Ttol_C = 3. Dies heißt, daß AP A einen Zeitraum von 6 zur Auflösung von Überlappung zur Verfügung hat usw. AP A verlangt Stille von AP B für einen Zeitraum von 4 und von AP C einen Zeitraum von 2. Dies ist in Zeile 1 der Tabelle in 6 als B[4,A] und C[2,A] angegeben. AP B und C initialisieren beide ihren Vorrat und stellen ihre Bedarfe, wie in Zeile 2 und Zeile 3 gezeigt. Nun werden in Schritt 43 die Vorräte und Bedarfe ausgetauscht. Dies heißt, daß der Inhalt von Zeile 2 und Zeile 3 der ersten Spalte in Zeile 1 der zweiten Spalte der Tabelle gesetzt wird. Als nächstes werden im Schritt 44 die zusammenfallenden Bedarfe kombiniert. Wenn zwei überlappende APs Stille von demselben AP anfordern, werden diese Anforderungen kombiniert, wobei die verlangte Stille auf den Bedarfe längste Bedarfe gesetzt wird. Die Bedarfe von anderen APs am AP A werden durch A[2,B] und A[2,C] repräsentiert. Diese beiden können mit der verlangten Stillemenge auf das Maximum gleich Max(2,2) = 2 kombiniert werden. Das Ergebnis von Schritt 44 für die Bedarfe an AP A ist also A[2,BC]. Die Bedarfe von anderen APs an AP B werden durch B[1,C] und B[4,A] repräsentiert. Diese werden zu B[Max(1,4)AC] = B[4,AC] kombiniert. Die Bedarfe von anderen APs an AP C werden durch C[2,B] und C[2,A] repräsentiert. Diese werden zu C[Max(2,2),AB] = C[2,AB] kombiniert. In Spalte 4 der Tabelle in 6 sind diese Bedarfe aufgelistet. Beide Zeilen 1, 2 und 3 enthalten dieselben Bedarfe. In Schritt 45 wird die effektive Überlappungszeit durch die verschiedenen APs bestimmt. Für AP A bedeutet dies die Berechnung von Tshared_A: = Min(Ttol_A, Max(Ttol_B, Ttol_C)) = Min(6, Max(4,3)) = 4. Für AP B und AP C kann ein Wert von 4 bzw. 3 berechnet werden, siehe Zeile 2 und 3 in Spalte 4 der Tabelle. In Schritt 45 setzt jeder AP seinen eigenen Vorrat;
Im Schritt 46 wird das Minimum der Vorräte und Bedarfe für alle Bedarfe X[n,S] in der Menge Demands unter Verwendung der oben definierten Formel bestimmt. In diesem Fall ist die Menge Demands = {A[2, BC], B[4, AC], C[2, AB]}. Die Menge Supplies_A = {B[8,∅], C[8,∅]} und die Menge Supplies_B = {A[8,∅], C[8,∅]} und die Menge Supplies_C = {A[8,∅], B[8,∅]}.
Nun wird das Minimum aller Vorräte und Bedarfe gesucht, weil es nicht nützlich ist, mehr Stille von einem AP zu verlangen, als von diesem AP bereitgestellt wird. Die Menge aller Vorräte für AP A ist definiert als: SA = (SuppliesA ∪ {SupplyA}) = {B[8,∅], C[8,∅], A[4,∅]}.
Die Menge aller Vorräte für AP B ist: S_B = (Supplies_B∪ {Supply_B}) = {A[8,∪], C[8,∪], B[4,∪]}.
Die Menge aller Vorräte für AP C ist: SC = (SuppliesC ∪ {SupplyC}) = {A[8,∅], B[8,∅], C[4,∅]}.
Da keine Kommunikation zwischen den APs A, B und C an diesem Punkt besteht, verwendet AP A nur die Menge SA bei den Berechnungen. AP A findet das Minimum von Vorräten und Bedarfen für AP A durch Bestimmen des Minimums der folgenden Bedarfe/Vorräte:
Min(A[2,BC], B[8,∅], C[8,∅], A[4,∅]) = 2, so daß der Bedarf auf 2 beschränkt wird, was folgendes ergibt: A[2, BC].
AP A findet das Minimum von Vorrat und Bedarfen für AP B durch Bestimmen des Minimums der folgenden Bedarfe/Vorräte:
Min(B[4, AC], B[8,∅], C[8,∅], A[4,∅]) = 4, so daß der Bedarf auf 4 beschränkt wird, was folgendes ergibt: B[4, AC].
AP A findet das Minimum von Vorrat und Bedarfen für AP C durch Bestimmen des Minimums der folgenden Bedarfe/Vorräte:
Min(C[2, AB], B[8,∅], C[8,∅], A[4,∅]) = 2, so daß der Bedarf auf 2 beschränkt wird, was folgendes ergibt: C[2, AB].
Die Ergebnisse von Schritt 46 für AP A sind in Zeile 1 der fünften Spalte in 6 gezeigt.
AP B und AP C bestimmen auch die minimalen Bedarfe für alle APs. AP B verwendet nur die Menge SB bei den Berechnungen und AP C verwendet nur die Menge SC bei den Berechnungen. Der Einfachheit halber werden nur die Berechnungen besprochen, die von AP C durchgeführt werden. AP C findet das Minimum von Vorräten und Bedarfen für AP A durch Bestimmen des Minimums der folgenden Bedarfe/Vorräte:
Min(A[2,BC], A[8, ∅], B[8,∅], C[3,∅]) = 2, so daß der Bedarf auf 2 beschränkt wird, was zu folgendem führt: A[2, BC]. Dieser Bedarf ist in der fünften Spalte der Tabelle in 6 gezeigt.
AP C findet das Minimum von Vorrat und Bedarfen für AP B durch Bestimmen des Minimums der folgenden Bedarfe/Vorräte:
Min(B[4,AC], A[8,∅], B[8,∅], C[3,∅]) = 3, so daß der Bedarf auf 3 beschränkt wird, was zu folgendem führt: B[3, AC].
AP C findet das Minimum von Vorrat und Bedarfen für AP C durch Bestimmen des Minimums der folgenden Bedarfe/Vorräte:
Min(C[2, AB], A[8,∅], B[8,∅], C[3,∅]) = 2, so daß der Bedarf auf 2 beschränkt wird, was zu folgendem führt: C[2, AB].
Die Ergebnisse von Schritt 46 für AP C sind in Zeile 3 der fünften Spalte in 6 gezeigt.
Im Schritt 47 bestimmt jeder AP seinen eigenen Vorrat an Stille. Der erste (Teil-)Schritt ist Schritt 51, in dem der AP die Anzahl der APs berechnet. In diesem Beispiel ist #AP = 3. Im Schritt 52 wird dann der maximale Anspruch bestimmt: Claim_A:= Tshared_A/#AP = 4/3. Im Schritt 53 muß der AP mit dem kleinsten Vorrat oder dem kleinsten Bedarf ausgewählt werden. Dies ist AP A mit dem Bedarf A[2, BC] (in diesem Moment könnte auch AP C ausgesucht werden). Dieser Bedarf wird im Schritt 54 aus der Menge Demands entfernt. Im Schritt 55 wird unter Verwendung von n_max: = Min(2, 4/3) = 4/3 der maximal mögliche Vorrat oder der maximal mögliche Bedarf berechnet. Wenn die Stilleanforderung für den lokalen AP bestimmt ist, wird Schritt 57 ausgeführt. In diesem Fall ist der Bedarf A[2, BC], so daß dies einer Bedarf von AP A kommende Bedarf ist. Der lokale AP ist AP A, und dies bedeutet also, daß Schritt 57 ausgeführt wird, in dem Supply_local auf A[4/3, BC] gesetzt wird. In der Tabelle von 6 ist dies auf A[1,3, BC] gerundet, siehe Zeile 1 der letzten Spalte. Als nächstes wird im Schritt 58 die effektive Überlappungszeit für die übrigen APs berechnet: Tshared_A: = 4 – 4/3 = 2,6. Im Schritt 5 wird geprüft, ob die Menge Demands leer ist. In diesem Moment ist die Menge Demands = {B[4, AC], C[2, AB]}, so daß die Antwort "nein" ist. Dies bedeutet, daß Schritt 51 folgt. Die Anzahl der APs wird durch length(Demands) berechnet und dies ist gleich 2. Die Schritte 52 bis 58 werden nochmals ausgeführt, bis die Menge Demands leer ist. Dann folgt Schritt 60, was bedeutet, daß Schritt 47 geendet hat. Die oben erwähnte Prozedur wird auch von AP B und AP C ausgeführt. Die Ergebnisse sind in der letzen Spalte von Zeile 2 und 3 in 6 gezeigt.
Nach Schritt 47 wird die Prozedur von 3 mit Schritt 42 fortgesetzt wird. Die Ergebnisse für AP A, B und C der zweiten Iteration sind in Zeile 4, 5 bzw. 6 von 6 gezeigt. Die dritte Iteration ist in den Zeilen 7, 8 und 9 gezeigt. Nach der dritten Iteration ändern sich die Endergebnisse (d. h. die Einsen in der letzten Spalte) nicht mehr. Das heißt, daß der Algorithmus auf eine stabile Situation konvergiert.
Mit den Endergebnissen aus der Tabelle von 6 werden die Stillemomente zwischen den drei APs A, B und C synchronisiert. In 7 ist ein mögliches Beispiel für eine solche Synchronisation gezeigt. In 7 ist ein Zeitraum gezeigt, in dem APs A, B und C einander Stille bereitstellen. Zwischen 0 und 1 ist AP C still, was als zwei Zeichen "S" abgebildet ist. In diesem Zeitraum versorgen die APs A und B die Überlappungsbereiche 10, 12, die gemeinsam mit AP C benutzt werden, der durch "C" angegeben ist. Zwischen 1 und 2 ist AP B still und die anderen beiden APs versorgen die Überlappungsbereiche 11, 12, die mit AP B gemeinsam benutzt werden. Zwischen 2 und 3 ist AP A still und die APs B und C versorgen die Überlappungsbereiche 10, 11. Zwischen 3 und 3,5 ist AP still und B versorgt den Überlappungsbereich 11, der gemein sam mit AP A benutzt wird. Zwischen 3,5 und 4 ist AP B still und AP A versorgt den Überlappungsbereich 11, der gemeinsam mit B benutzt wird.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung berechnen alle APs weiter die Vorräte und Bedarfe in einer unendlichen Schleife. Der Grund dafür besteht darin, daß Änderungen bezüglich der Menge an verlangter Stille auftreten könnten.

Claims

Drahtloses lokales Netzwerk mit Zugangspunkten (1, 2, 3), wobei jeder Zugangspunkt (1, 2, 3) folgendes umfaßt: Mittel zum Versorgen mindestens einer Station (4, 5, 6, 7) durch Verwenden eines Zentralmedium-Zugangssteuerprotokolls während eines Zeitraums (22) und zum Überwachen der Überlappung mit Nachbarzugangspunkten und zum Definieren eines oder mehrerer Bereiche, in dem mindestens eine erste Station (4) Überlappung erfährt, als Überlappungsbereiche (10, 11, 12) und eines oder mehrere Bereiche, in dem mindestens eine zweite Station (5) keine Überlappung erfährt, als Nichtüberlappungsbereiche (6', 7', 8') und zum Definieren eines oder mehrerer benachbarter Zugangspunkte, die die Überlappung verursachen, als überlappende Nachbarzugangspunkte (2, 3), wobei der Zugangspunkt (1) und die überlappenden Nachbarszugangspunkte (2, 3) dergestalt synchronisiert sind, daß Zugangspunkt (1) die mindestens eine erste Station (4) in den Überlappungsbereichen (10, 11) während einer Versorgungszeit (31) in dem Zeitraum (22) versorgt, während die überlappenden Nachbarzugangspunkte (2, 3) still sind und umgekehrt, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zugangspunkt (1, 2, 3) ferner Mittel zum Bestimmen der Dauer der Versorgungszeit (31) durch Austauschen von Stilleanforderungen mit seinen überlappenden Nachbarzugangspunkten (2, 3) und Ausführen eines Stillekompromißmechanismus, um so Synchronisierung mit überlappenden Nachbarzugangspunkten (2, 3) herzustellen, umfaßt.
Drahtloses lokales Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentralmedium-Zugangssteuerprotokoll ein Punktkoordinatenfunktionsprotokoll (PCF) ist.
Drahtloses lokales Netzwerk nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Zugangspunkt (1, 2, 3) Mittel zum Ausführen eines Stillekompromißmechanismus umfaßt, wozu folgendes gehört: (A) anfängliches Setzen (41) der Zeitperiode für den eigenen Vorrat an Stille als unbegrenzt; (B) Bestimmen (42) eines Gesamtzeitraums, der für Überlappungsauflösung verfügbar ist; (C) Bestimmen (42) eines Bedarfs an Stille jedes überlappenden Nachbarzugangspunkts; (D) Austauschen (43) der Zeitdauer, die dem Zugangspunkt (1) für die Überlappungsauflösung mit seinen Nachbarzugangspunkten (2, 3) verfügbar ist; (E) Kombinieren (44) eines zusammenfallenden Stillebedarfs aus den überlappenden Nachbarzugangspunkten durch Verwenden einer vorbestimmten Kombinationsregel; (F) Bestimmen einer effektiven Zeit zur Abwicklung der Überlappung gemäß einer vorbestimmten Regel; (G) Setzen (45) des Zeitraums für den eigenen Vorrat an Stille auf die effektive Zeit für die Abwicklung der Überlappung; (H) Bestimmen (46) eines minimalen Stillebedarfs und von Vorräten an Stille des Zugangspunkts und seiner überlappenden Nachbarzugangspunkte gemäß einer Minimalbestimmungsregel; (I) Berechnen (47) des eigenen Vorrats an Stille; (J) Wiederholen der vorherige Schritte, bis ein vordefiniertes Kriterium erfüllt ist.
Drahtloses lokales Netzwerk nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Berechnung (I) des eigenen Vorrats an Stille folgendes umfaßt: (a) Bestimmen (52) eines beanspruchbaren Zeitraums einer maximalen Stille durch Dividieren der Zeit zur Abwicklung der Überlappung durch die Summe der Anzahl überlappender Nachbarzugangspunkte plus Eins; (b) Auswählen (53) eines kleinsten Stillebedarfs, wovon eine Menge den Stillebedarf aus allen überlappenden Zugangspunkten (1, 2, 3) darstellt; (c) Entfernen (54) des kleinsten Stillebedarfs aus der Menge; (d) Bestimmen (55) einer maximalen Zeit von Vorrat/Bedarf durch Berechnen des Minimums des maximalen beanspruchbaren Stillezeitraums und der Zeitdauer, die dem kleinsten Stillebedarf aus Schritt (b) entspricht; (e) Aktualisieren (57) des Zeitraums des eigenen Vorrats an Stille, wenn (56) der kleinste Stillebedarf ein Bedarf an Zugangspunkt (1) ist; (f) Extrahieren (58) der maximalen Zeit des Vorrats/Bedarfs aus der effektiven Überlappungszeit; (g) Wiederholen der vorherigen Schritte, bis die Menge leer ist.
Verfahren, das durch Zugangspunkte (1, 2, 3) eines drahtlosen lokalen Netzwerks durchzuführen ist, wobei jeder Zugangspunkt (1, 2, 3) dafür ausgelegt ist, mindestens eine Station (4, 5, 6, 7) durch Verwenden eines Zentralmedium-Zugangssteuerprotokolls während eines Zeitraums (22) zu versorgen und Überlappung mit Nachbarzugangspunkten zu überwachen und einen oder mehrere Bereiche zu definieren, in dem mindestens eine erste Station (4) Überlappung erfährt, als Überlappungsbereiche (10, 11, 12) und einen oder mehrere Bereiche, in dem mindestens eine zweite Station (5) keine Überlappung erfährt, als Nichtüberlappungsbereiche (6', 7', 8') und einen oder mehrere Nachbarzugangspunkte, die Überlappung verursachen, als überlappende Nachbarzugangspunkte (2, 3) zu defi nieren, wobei der Zugangspunkt (1) und die überlappenden Nachbarzugangspunkte (2, 3) dergestalt synchronisiert sind, daß Zugangspunkt (1) die mindestens eine erste Station (4) in den Überlappungsbereichen (10, 11) während einer Versorgungszeit (31) in dem Zeitraum (22) versorgt, während die überlappenden Nachbarzugangspunkte (2, 3) still sind und umgekehrt, gekennzeichnet durch Bestimmen der Dauer der Versorgungszeit (31) durch Austauschen von Stilleanforderungen durch den Zugangspunkt (1) mit seinen überlappenden Nachbarzugangspunkten (2, 3) und Ausführen eines Stillekompromißmechanismus, um so Synchronisierung mit überlappenden Nachbarzugangspunkten (2, 3) herzustellen.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Zentralmedium-Zugangssteuerprotokoll ein Punktkoordinatenfunktionsprotokoll (PCF) ist.