DE69432810T2

DE69432810T2 - Frequenzsprungmusterzuteilung und Steuerung in mehreren autonom angeordneten Funknetzen

Info

Publication number: DE69432810T2
Application number: DE69432810T
Authority: DE
Inventors: David Frederick Bantz; Jaques Frederick Bauchot; Chia-Chi Huang; Fabien Patrick Lanne; Kadathur S. Natarajan; Michelle M. Wetterwald
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1993-04-22
Filing date: 1994-04-13
Publication date: 2004-04-15
Anticipated expiration: 2014-04-14
Also published as: EP0621707A2; US5394433A; CA2114570A1; EP0621707B1; EP0621707A3; JPH0715443A; CA2114570C; DE69432810D1; JP2501301B2

Description

Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung befasst sich im Allgemeinen mit der Datenübertragung und im Besonderen mit der Übertragung in einen Local Area Network (LAN). Die Erfindung befasst sich vor allem mit der Frequenzsprungmusterzuteilung, Interferenz-Überwachung und Sprungmuster-Prüfung in einer Umgebung mit mehreren autonom angeordneten Funknetzen.
Hintergrund der Erfindung
Eine mehrzellige Funk-LAN-Installation basierend auf Slow Frequency Hopping Spread Spectrum kann aus einer Reihe von Basisstationen bestehen, deren Bereiche sich überschneiden. In einem Frequenzsprung (Frequency Hopping = Frequenzsprung = FS)-System ändert sich die Trägerfrequenz des Transmitters innerhalb von Zeitintervallen, die zwischen diesen Zeitpunkten konstant bleiben. Der Zeitraum einer konstanten Frequenz wird „Sprung" genannt; Nachrichten können zwischen diesen Sprüngen ausgetauscht werden. In einem Slow Frequency Hopping-System entspricht die Dauer eines Sprungs mindestens einer Größenordnung, die größer ist als die übliche Zeit für eine Nachrichtenübertragung. Ein mehrzelliges Funk-LRN kann ebenfalls als Logisches LAN bezeichnet werden. Wichtig für eine erfolgreiche Arbeit Logischer LANs sind effektive Methoden zur Steuerung von Interferenzen.
Es existieren eine Reihe von Patenten in diesem generellen Bereich der Technologie, die alle bestimmte Vorteile und auch einige Nachteile aufweisen.
Die Patentanmeldung GB 2,203,314A von Heading legt eine Frequenzsprung-Zuteilungsanordnung mit einem Prozessor offen, in dem Terraindaten, Funkleistungsdaten und Sprungleistungsdaten gespeichert sind. Der Prozessor wird mit einer Tastatur bereitgestellt, wobei geografische Eingabeinformationen, Informationen zu den Netzen und die Zuteilungsanforderungen eingegeben werden. Der Prozessor ist so angeordnet, dass ein Algorithmus ausgeführt wird, in dem die gespeicherten Daten und die über das Eingabemittel eingegebenen Informationen die Frequenzsprunganordnung veranlassen, die Sprungfrequenzen zuzuteilen.
US-Patent 4,872,205 von Smith legt ein Frequenzsprung-Übertragungssystem offen, das beim ersten Start ein anderes, innerhalb dieses Bereichs aktiviertes System ausmachen kann, indem nach einer vordefinierten Funkfrequenz für einen festgelegten Zeitraum gesucht wird. Wenn diese bestimmte Frequenz erkannt wird, weiß das System, dass ein Mastersystem innerhalb des Bereichs arbeitet und eine erste vordefinierte Gruppe von Übertragungsfrequenz nutzt. Das System wählt folglich eine zweite, dritte usw. vordefinierte Gruppe mit Übertragungsfrequenzen aus. Wenn diese bestimmte Funkfrequenz nicht erkannt wird, wird das System Mastersystem, wählt eine erste vordefinierte Gruppe mit Übertragungsfrequenzen für eine Übertragung innerhalb des Systems und beginnt mit der Übertragung der vordefinierten Funkfrequenz, um seinen Masterstatus anzugeben.
US-Patent 4,850,036 von Smith legt ein Frequenzsprung-Funkübertragungssystem mit einer Steuereinheit offen, die unter Verwendung eines Frequenzsprung-Betriebsmodus von jeder einzelnen einer Vielzahl an Slavestationen empfängt und an diese überträgt. Während eines Startmodus überträgt die Steuereinheit unter Verwendung einer vordefinierten Frequenz eine Startnachricht an jede Slavestation. Die Nachricht gibt jeder Slavestation eine Frequenzsprungfolge an, die bei der Auswahl der Frequenzen aus einer Gruppe von Frequenzen zur Übertragung an und zum Empfang von der Steuereinheit verwendet werden soll. Diese Nachricht gibt ebenfalls jeder Slavestation eindeutige Startfrequenzen in der Frequenzsprungfolge an, an denen die Übertragung und der Empfang beginnen soll. Alle Slavestation-Übertragungen werden mit den Steuereinheitsübertragungen synchronisiert, wodurch verhindert wird, dass zwei Stationen die gleichen Frequenzen zum Übertragen an die Steuereinheit oder zum Empfangen von der Steuereinheit nutzen.
US-Patent 4,998, 290 von Olenick et al. legt ein System zur Ausführung von Funkübertragung über eine gegebene Anzahl an Funkkanälen für eine Vielzahl an teilnehmenden lokalen Stationen offen, das folgendes umfasst: eine variabel einstellbare Kanalübertragungseinheit an jeder dieser teilnehmenden lokalen Station und einen Controller oder eine zentrale Station mit einem Interferenz-Array-Prozessor zum Empfang von Daten, die das System sowie jede der teilnehmenden lokalen Stationen kennzeichnen, um jeder der teilnehmenden Station Bezugskanäle (Frequenzen) zuzuordnen, mit vorgegebenen Kanalabständen und so genanntem „book-page generator" zum Komprimieren von Daten in aufeinanderfolgende Buchseiten für erste und folgende Kanalzuordnungen für Stationen, die solche Bezugskanalabstände unterstützen. Es werden weitere Datenkomprimierungen vom „book-page generator" vorgenommen und „station pages" genannt; sie umfassen Anweisungen zur Frequenzverschiebung für die einzelnen Stationen. Da eine „station Page" von mehreren Buchseiten abgeleitet wird, kann jede Station angeordnet werden, ohne dass dies Einfluss auf den Inhalt der Buchseiten hat.
US-Patent 4,5,54,668 von Deman et al. legt ein Funkübertragungssystem offen, das mindestens eine Masterstation sowie eine Vielzahl an Slavestationen in einer Zwei-Wege-Frequenzsprung-Übertragung umfasst. Bei Telefongesprächen wird die Sprache digital codiert. Die digitalen Daten werden in Paketen unter Verwendung aufeinanderfolgender Töne in verschiedenen Frequenzen übertragen, wobei die Frequenzen durch geräuschlose Intervalle voneinander getrennt sind. Jede Slavestation verfügt über ihr eigenes Frequenzsprungmuster, unabhängig von den Mustern anderer Slavestationen, wobei jedoch ein gemeinsamer Pool mit verfügbaren Frequenzen allen Slavestationen zur Verfügung steht. Die Masterstationen sind in der Lage, jedes der Muster der Slavestationen zu generieren. Die Masterstationen senden Netzwerkzeitinformation für die Synchronisation aus und die Slavestationen werden mihilfe einer Kombination aus Slavestation-Identifizierungsnummer und Netzwerkzeit ermittelt.
US-Patent 4,532,636 von Wilkinson legt Funkübertragungs-Empfänger zur Verwendung in Frequenzsprung-Übertragungsnetzwerken offen, in denen das empfangene Signal in jeder Sprungperiode analysiert wird und einen Qualitätswert zugeordnet bekommt. Wenn mehr als ein Signal während einer Sprungperiode vorhanden ist, wird festgestellt, dass mehr als ein Netzwerk auf die gleiche Frequenz gewechselt hat. Ähnlich verhält es sich, wenn das empfangene Signal nicht mehr synchron ist; es wird festgestellt, dass mehr als ein Netzwerk auf die gleiche Frequenz gewechselt hat. Wenn mehr als ein Netzwerk auf die gleiche Frequenz gewechselt hat, wird das empfangene Signal vom Empfänger nicht ausgegeben, sondern durch ein früher (oder später) empfangenes Signal ersetzt.
US-Patent 5,038,399 von Buckert legt ein Funkfrequenz-Übertragungssystem mit Kanalisierung offen, wie beispielsweise ein mehrzelliges TDMA-System, mit einer Vielzahl an mehrmals nutzbaren Kanalstufen, wie beispielsweise einem Mehrfachfrequenz-Wiederverwendungskanal, wobei jede Stufe über mindestens einen zugeordneten Wiederverwendungskanal verfügt und wobei eine Methode und eine Vorrichtung folgendes umfassen: Bestimmen der relativen Interferenz für einen Wiederverwendungskanal einer ersten Wiederverwendungsstufe in Relation zur relativen Interferenz für einen Wiederverwendungskanal für mindestens eine zweite Wiederverwendungsstufe, was zu einem Anstieg der Wiederverwendungsstufen führt und wodurch der beantragenden Einheit mindestens eine Wiederverwendungsstufe je nach Anstieg der Wiederverwendungsstufen zugeordnet wird.
US-Patent 5,079,768 von Flammer legt ein Frequenzsprung-Paketübertragungssystem ohne Hauptuhr oder Hauptsteuereinheit offen, das zur Steuerung der Übertragung das Frequenzsprungtiming und die Identifikation eines Empfängers nutzt. Ein Frequenzsprung-Bandplan mit der Anzahl an Kanälen und dem zufälligen Muster für die Frequenzänderung und nominalem Änderungs-Timing ist allen Knoten im Netzwerk bekannt. Frequenzsprünge werden durch die Unterteilung von Übertragungsslots und die Ansammlung von Slots in Phasen implementiert, wobei jede Phase der Gesamtzahl an verfügbaren Slots (die Anzahl an Kanälen bestimmt die Anzahl an Zeitrahmen pro Kanal) entspricht. Ein Übertragungsknoten verfolgt das zuvor erstellte Frequenzsprungmuster für seinen Zielempfänger basierend auf zuvor erhaltenen Informationen. Der Übertragungsknoten identifiziert einen Empfängerknoten sowie den aktuellen Frequenzkanal eines solchen Empfängerknotens. Der Übertragungsknoten prüft dann den Frequenzkanal, um festzustellen, ob dieser zur Verfügung steht (das heißt, ob dieser nicht in Gebrauch ist und sich innerhalb eines akzeptablen Geräuschpegels bewegt). Wenn nicht verfügbar, verschiebt der Übertragungsknoten die Übertragung an den identifizierten Knoten auf einen späteren Slot. Während dieser Verzögerung identifiziert der Übertragungsknoten einen anderen Empfängerknoten sowie einen dazugehörigen aktuellen Frequenzkanal. Die Schritte zur Identifikation eines Empfängerknotens und zum Prüfen des entsprechenden aktuellen Frequenzkanals werden wiederholt, bis ein Knoten gefunden wird, der einen verfügbaren Frequenzkanal aufweist. Der Übertragungsknoten sendet dann ein Paket an den ausgewählten Empfängerknoten auf einer Frequenz und für einen Zeitraum, welche entsprechend dem aktuellen Slot definiert wurden. Ein solcher Übertragungsknoten verfolgt die sich ändernde Frequenz des ausgewählten Empfängerknotens, um Frequenzsynchronisation zu unterstützen.
US-Patent 5,123,029 von Bantz et al legt eine Mischung aus Schemata für gesteuerten Zugriff und für zufälligen Zugriff offen, unter Verwendung von Techniken für Frequency Hopping Spread Spectrum-Übertragungen, die in einem digitalen Innenraum-Funkkommunikationssystem zwischen mobilen Stationen und einem Computersystem implementiert ist. Ein Sprung in einem Kommunikationssystem mit Frequenzsprung-Breitspektrum (Frequency Hopping Spread Spectrum) wird in zwei Intervalle unterteilt, so dass in jedem Intervall verschiedene Medienzugriffsprotokolle verwendet werden können. Das Protokoll verwendet in dem einen Intervall ein zentrales Steuerungsschema und in dem anderen Intervall ein dezentrales Schema, und die Intervalle können je nach Belastung des Systems verändert werden.
Die Patentanmeldung GB 2,234,142A von Ohteru legt ein mobiles Funksystem mit Interferenz-Minimierung und einer Steuerungsstation offen, die mit einem zugeschalteten Telekommunikationsnetzwerk und Basisstationen verbunden ist. Jede Basisstation ist in der Lage, Leistungsstufen der Signale zu senden, die sie von freien Kanälen erhalten hat. Als Reaktion auf ein Umfragesignal, das regelmäßig von der Steuerungsstation ausgesendet wird, antwortet jede Basisstation mit einem Signal, das die ermittelten Leistungsstufen, die Identifikation der freien Kanäle, die Identifikation der belegten Kanäle oder die Angabe nicht belegter Kanäle sowie die Identifikation von jeder Basisstation angibt. Die Steuerungsstation leitet von den empfangenen Signalen eine Schnittstellentabelle ab, die die Interferenzkoeffizienten zwischen allen Basisstations-Paaren in Matrixform entsprechend den Identifikationen der freien und belegten Kanäle sowie entsprechend den Identifikationen der Basisstationen angibt. Von den Interferenzkoeffizienten wird eine Vielzahl an Interferenzschätzungen für alle möglichen Kombinationen aus Kanälen und Basisstationen abgeleitet. Der Minimumwert der Interferenzschätzungen wird ermittelt, und die Kanäle mit dem Minimumwert werden den Basisstationen zugeordnet. Die zugeordneten Kanalkennungen werden von der Steuerungsstation an die Basisstationen ausgegeben.
Die deutsche Patentanmeldung DE 3,415,032 A1 von Andries legt eine Methode zur Verringerung von Interferenzen in Funkübertragungen offen. Um eine bekannte Methode zur Verringerung von Interferenzen in Funkübertragungen zu verbessern, nach der die Frequenzsprünge dergestalt verwendet werden, dass die Trägerfrequenz innerhalb kurzer Zeitintervalle zufällig innerhalb eines vordefinierten Frequenzbereichs verändert wird, wird in dieser Anmeldung vorgeschlagen, die Sprungfrequenzen hinsichtlich möglicher Interferenzen zu überwachen und jene Sprungfrequenzen zu ignorieren, die eine nicht tolerierbare Frequenz an auftretenden Interferenzen aufweisen und somit nicht weiter eingesetzt werden können.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung werden Steuerungsalgorithmen für eine automatisierte Verwaltung von Frequenzsprung-Operationen in mehrzelligen Funknetzen abgeleitet. Somit werden Lösungen für die folgenden Probleme geboten: 1) Die Zuteilung von Frequenzsprungmustern an mehrere Zellen in einem autonomen mehrzelligen Netzwerk. 2) Zuteilungsmethoden, durch die mehrere autonome, verteilte Netzwerke Frequenzsprungmuster auswählen können und ihr Verhalten dergestalt einstellen können, dass die Wahrscheinlichkeit von interzellulären Interferenzen minimiert wird. Diese Methoden ermöglichen einen unabhängigen Netzwerkbetrieb ohne einen Bedarf an expliziter Koordination zwischen den Netzwerken. 3) Die Prüfung von Frequenzsprungmustern zur Minimierung der Auswirkungen von Interferenzen.
Offenlegung der Erfindung
Ein Steuerungssystem für die automatisierte Verwaltung von Frequenzsprüngen in einem Funknetzwerk. Das System umfasst einen Wireless Network Manager (WNM) oder Controller sowie einen Wireless Control Agent (WCA), der die Verteilung und die Verwaltung von Sprungmustern im Funknetzwerk steuert. In einem einzelligen Netzwerk befinden sich der WNM und der WCA in einer einzelnen Basisstation. In einem mehrzelligen Netzwerk befindet sich der WNM in einer speziellen Station in einem LAN und der WCA befindet sich in jeder Basisstation im LAN. In jedem Fälle handelt es sich bei dem WNM um eine zentrale Verwaltungsstation und der WCA fungiert als Zellensteuerung.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 zeigt ein Diagramm von einem Innenraum-Funkübertragungssystem für digitale Daten entsprechend der vorliegenden Erfindung.
1A zeigt ein Blockdiagramm des in 1 gezeigten Systems mit den grundlegenden Komponenten einer mobilen Station und einer Basisstation;
2 zeigt ein Blockdiagramm des Funksystems, das in der Implementierung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung Verwendung findet;
3 zeigt ein Datenrahmendiagramm mit einem Protokoll für die Medienzugriffssteuerung entsprechend der vorliegenden Erfindung;
3A zeigt ein Datenrahmendiagramm mit einer Veränderung des Basisprotokolls, wie in 3 gezeigt;
4 zeigt das Blockdiagramm eines einzelligen Netzwerks;
5 zeigt das Blockdiagramm eines mehrzelligen Netzwerks;
6 zeigt ein Flussdiagramm des Frequenzsprungbetriebs eines einzelnen Logischen LANs;
7 zeigt eine generelle Abbildung der Struktur eines Superrahmens mit M Sprüngen in einem Kanalfrequenzband N;
8 zeigt ein Beispiel eines Frequenzbandes (83 MHz breit), unterteilt in 83 verfügbare Kanäle von jeweils 1 MHz Breite für Frequenzsprünge;
9 zeigt ein Blockdiagramm eines einzelnen autonomen Netzwerks mit mehreren Zellen;
10 zeigt ein Blockdiagramm zweier verteilter autonomer Netzwerke mit sich überschneidenden Zellbereichen;
11 zeigt ein Blockdiagramm zweier verteilter autonomer Netzwerke mit sich teilweise überschneidenden Zellbereichen;
12 zeigt die Abbildung eines Anforderungspakets für ein Sprungmuster von einer Basisstation an einen Wireless Network Manager;
13 zeigt ein Flussdiagramm mit der Verarbeitung einer Sprungmusteranforderung durch einen Wireless Network Manager;
14 zeigt die Abbildung einer Antwort auf eine Sprungmusteranforderung von einem Wireless Network Manager an eine Basisstation;
15 zeigt ein Flussdiagramm eines Sprungmustererhalts in einem autonomen verteilten Netzwerk;
16 zeigt ein Flussdiagramm einer Frequenzsprungmuster-Überwachung vor dem Sprung;
17 zeigt ein Flussdiagramm von der Aktualisierung der Tabelle mit inaktiven Kanälen ICT im Network Control Manager;
18 zeigt ein Diagramm mit der Gesamtzahl an Frequenz-Überlappungen, nachdem die gezählten Sprünge um eine Zahl zwischen 0 und 79 vorgeschoben wurden;
19 zeigt ein Diagramm mit einer entsprechenden Autokorrelationsfunktion für das Diagramm aus 18; und
20 zeigt ein Blockdiagramm einer umfassenden Strategie zur Steuerung von Interferenzen.
Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels
In 1 wird ein Innenraum-Funksystem gezeigt, das Kommunikation zwischen einer Vielzahl an mobilen Stationen 10, 12, 14 und 16 und den auf einem Computersystem befindlichen Anwendungen und Daten ermöglicht. In der Ausführung der Erfindung ist es zu beachten, dass andere Systeme ebenfalls Anwendung finden können. Das Computersystem umfasst üblicherweise einen Wireless Network Manager (WNM) oder Wireless Network Controller 18 mit angeschlossenem Monitor 20 sowie Tastatur 22 in einem Local Area Network (LAN), hier mit der Nummer 24 gekennzeichnet, das über eine Vielzahl an angeschlossenen Workstations oder Personal Computern (zur Vereinfachung nicht dargestellt) verfügt. An das LAN sind ebenfalls ein oder mehrere Gateways 26 und 28 angeschlossen, mit denen die mobilen Stationen 10, 12, 14 und 16 kommunizieren. Diese Gateways, Basisstationen genannt, werden entsprechend der vorliegenden Erfindung aufgerüstet, um bestimmte Funksystem-Management-Funktionen bereitzustellen, die den Zugriff der mobilen Stationen zum gemeinsamen Funkkanal zu koordinieren. Die Kommunikation zwischen mobilen Stationen wird mithilfe eines Relais über die Basisstationen 26 und 28 unterstützt.
Wie detailliert in 1A gezeigt, verfügt eine Basisstation 26 oder 28, bei der es sich um einen konventionellen Mikrocomputer handeln kann, über einen LAN-Adapter 30, der in einen Bus-Slot eingesteckt wird und mit der LAN-Verkabelung 32 verbunden ist. Der WNM 18, bei dem es sich üblicherweise ebenfalls um einen konventionellen Mikrocomputer handelt und der über ein oder mehrere Direct Storage Acces Devices (DSADs), wie beispielsweise Festplatten (nicht gezeigt) verfügt, umfasst ebenfalls einen LAN-Adapter 34, der wiederum in einem Bus-Slot eingesteckt und mit der LAN-Verkabelung 32 verbunden ist. Die LAN-Adapter 30 und 34 und die LAN-Verkabelung 32 zusammen mit der LAN-Software bilden das LAN 24. Das LAN 24 ist konventionell gestaltet und nicht Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Die Basisstation 26 oder 28 verfügt ebenfalls über einen RF Transceiver-Adapter 36, implementiert als gedruckte Schaltkarte (Printed Circuit Card), die in einen Bus-Slot der Basisstation eingesteckt ist. Der Transceiver-Adapter 36 umfasst einen Breitspektrum-Transceiver mit konventioneller Gestaltung. Der Transceiver-Adapter 36 verfügt über eine Antenne 38, mit der eine Funkverbindung 40 mit einer oder mehreren entfernten oder mobilen Stationen 10, 12, 14 oder 16 hergestellt wird. Bei der mobilen Station kann es sich um einen herkömmlichen tragbaren Computer oder einen Laptop handeln, und ähnlich wie die Basisstation verfügt sie über eine Antenne 42 und einen Transceiver-Adapter 44, ebenfalls als gedruckte Schaltkarte implementiert, die in einen Bus-Slot des Computers eingesteckt ist. Der Transceiver-Adapter 44, ebenso wie der Transceiver-Adapter 36, umfasst einen Breitspektrum-Transceiver von ähnlicher Bauart. Die Basisstation und die mobilen Stationen sind weiterhin mit Software, mit den Nummern 46 und 48 bezeichnet, zur Unterstützung der dazugehörigen Transceiver-Adapter ausgestattet.
2 zeigt das Funksystem, das sowohl den mobilen Stationen als auch den Basisstationen aus 1 gemeinsam ist. Das Funksystem umfasst einen Transceiver-Adapter 36 oder 44, der mit dem Computer 50 über die Bus-Schnittstelle 52 des Computers verbunden ist. Der Transceiverbereich wird unterteilt in einen RF Transceiver 54, bei dem es sich um einen handelsüblichen Breitspektrum-Transceiver handeln kann, und in ein spezielles Mikroprozessorsystem 56, das den Transceiver über eine Schnittstelle 58 steuert. Das Mikroprozessorsystem 56 umfasst weiterhin eine Systemschnittstelle 60, die den Transceiverbereich mit dem Computerbereich 50 verbindet. Das Mikroprozessorsystem umfasst einen speziellen Mikroprozessor 62 mit hochauflösender Hardware zur Bestimmung von Zeitintervallen oder „Timern", wie sie bei Echtzeit-Mikroprozessorsystemen üblich sind.
Der Mikroprozessor 62 ist mithilfe eines Speicherbusses 64 mit dem Programmspeicher 66 und dem Datenspeicher 68 sowie mit den Schnittstellen 58 und 60 verbunden, die eine Verbindung zur Bus-Schnittstelle 52 und RF Transceiver 54 herstellen. Bei dem Programmspeicher 66 handelt es sich üblicherweise um ein Read Only Memory (ROM), während es sich bei dem Datenspeicher 68 um ein statisches oder dynamisches Random Access Memeory (SRAM oder DRAM) handelt. Empfangene oder zu versendende Pakete befinden sich im Datenspeicher 68 und werden über die Schnittelle 58, gesteuert über serielle Verbindungen sowie über einen Direct Memory Access (DMA) Controller (nicht gezeigt) weitergegeben, der Teil des Mikroprozessors 62 ist. Die Funktion der seriellen Kanäle besteht darin, in einer HDLC (High Level Data Link Control)-Paketstruktur Daten zu verkapseln und Informationen zu steuern und das Paket in serieller Form dem RF Transceiver bereitzustellen. Weitere Informationen zur HDCL-Struktur finden sich beispielsweise bei Mischa Schwartz, Telecommunication Networks: Protocols, Modeling and Analysis, Addison-Wesley (1988).
Wenn ein Paket über den RF Transceiver 54 empfangen wird, prüfen die seriellen Kanäle die Zieladresse des Pakets, suchen nach Fehlern und deserialisieren das Paket in den Datenspeicher 68. Die seriellen Kanäle müssen in der Lage sein, die spezifische Adapteradresse sowie eine Rundsendungsadresse zu erkennen. Spezifische Mikroprozessoren mit den entsprechenden Möglichkeiten für serielle Kanäle und Timer bieten die Motorola 68302 und die National HPC46400E Mikroprozessoren. Motorola ist eingetragenes Warenzeichen der Motorola INC.
Der Computer 50 führt ein Betriebssystem 70 aus, das ein oder mehrere Anwendungsprogramme 72 unterstützt. Das Betriebssystem 70 kann einen Kommunikationsmanager 74 umfassen, oder bei dem Kommunkationsmanager 74 selbst kann es sich um ein auf dem Computer installiertes Anwendungsprogramm handeln. In beiden Fällen steuert der Kommunikationsmanager 74 einen Gerätetreiber 76 über das Betriebssystem 70. Der Gerätetreiber 76 wiederum kommuniziert mit dem Transceiver-Adapter 36 oder 44 über die Bus-Schnittstelle 52.
3 zeigt ein Protokoll, das entsprechend der vorliegenden Erfindung implementiert werden kann. Es ist zu beachten, dass ebenfalls andere Protokolle in der Ausführung der Erfindung Anwendung finden können. Das Protokoll ist sowohl in Funkfrequenz-, Infrarot- als auch in Kabelübertragungssystemen mit Rundsendungsfunktion anwendbar, ebenso wie bei konventionellen oder Breitspektrum-Modulationstechniken, und bei Funksystemen mit Slow Frequency Hopped Spread Spectrum wird bevorzugt dieses Protokoll eingesetzt, da diese Systeme mit dem Protokoll eine gleiche Zeitstruktur aufweisen. Die vorliegende Erfindung wurde jedoch unter Verwendung eines Direktsequenz-Breitspektrumsystems ausgeführt, das umgehend an das Protokoll angepasst werden kann.
In 3 werden fünf Intervalle gezeigt, die jeweils einen „Sprung" definieren. Das erste (und letzte) Intervall G ist das Intervall, in dessen Verlauf sich die Transmitterträger-Frequenz ändert. Es ist zu beachten, dass das Intervall G nur für Frequenzsprungsysteme notwendig ist. Dieses Intervall hat eine Dauer H. Das nächste Intervall X₁ ist das Intervall, in dessen Verlauf die Basisstation eine spezielle Nachricht an alle mobilen Station rundsendet, in der der Beginn des folgenden Intervalls B angegeben wird. Das Intervall B ist das Intervall, in dessen Verlauf nur die Basisstation eine Übertragung initiieren kann und die mobilen Stationen nur antworten können, wenn dies aufgrund des Nachrichtenprotokolls erforderlich ist. Die mobile Station kann beispielsweise eine Nachricht von der Basis bestätigen oder auf eine Abfrage antworten. Das Intervall B hat eine Dauer T1. Dem Intervall B folgt wiederum das Intervall X₂. Das Intervall X₂ ist das Intervall, in dessen Verlauf die Basisstation eine spezielle Nachricht an alle mobilen Stationen rundsendet, die das Ende des Intervalls B und den Beginn des Intervalls C angibt. Die Nachricht gibt ebenfalls die Länge des Intervalls C und optional auch die Länge des Intervalls B an.
Die Rundsendungsnachricht X₂ ist nicht zwingend notwendig. Informationen zur gesamten Sprungstruktur können auch im Intervall X₁ gegeben werden. Die Nachricht X₂ wird eingefügt, um den Betrieb einfacher entfernter Stationen zu unterstützen, die lediglich zu einem Betrieb im Konkurrenzmodus in der Lage sind. Diese Stationen warten auf die Nachricht X₂ und konkurrieren anschließend um eine Übertragung.
Das Intervall C ist das Intervall, in dessen Verlauf jede Station einschließlich (oder optional ausschließlich) der Basisstation um den Kanal konkurrieren und eine Nachricht ohne Zustimmung der Basisstation übertragen kann. Es kann beispielsweise ein CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance)-Protokoll in diesem Intervall verwendet werden. Das Intervall C hat eine annähernde Dauer von T₂.
Wenn eine mobile Station eine Nachricht versendet und eine Bestätigung erhält, kann sie davon ausgehen, dass die Nachricht korrekt empfangen wurde. Wenn nicht, tritt sie erneut in Konkurrenz. Am Ende des Intervalls C gibt es ein Schutz-Intervall, in dessen Verlauf eine mobile Station mit einer bestimmten Nachricht nicht übertragen kann. Wenn T_msq die Zeit zur Übertragung einer bestimmten Nachricht ist und T_ack die Zeit zur Übertragung einer Bestätigung und T_turnaround die Zeit zwischen dem Ende einer Übertragung einer Nachricht und der Einleitung der Übertragung einer Bestätigung, dann beträgt das Schutz-Intervall T_msg + T_ack + T_turnaround ES ist ZU beachten, dass aufgrund der Tatsache, dass T_msq eine Funktion der Länge der zu übermittelnden Nachricht ist, das Schutzintervall für verschiedene mobile Stationen, die eine Nachricht übertragen möchten, unterschiedlich lang sein kann. Das Schutzintervall ist nicht überflüssig, auch wenn Nachrichten und Bestätigungen genau bis zum Ende des Intervalls C gesendet und empfangen werden.
Durch Variieren der Zeit T₂ kann die Basisstation den Konkurrenzintervall ausdehnen oder verkürzen. Wenn das System wenig Belastung aufweist und der meiste Verkehr innerhalb der Basisstation stattfindet, ist es von Vorteil für die mobile Antwortzeit, den Zeitraum T₂ zu verlängern. Wenn das System jedoch stark belastet ist und der meiste Verkehr außerhalb der Basisstation stattfindet, sollte der Zeitraum T₂ minimiert werden. Der Zeitraum T₂ sollte jedoch nicht auf Null reduziert werden, da er den einzigen Mechanismus darstellt, durch den sich eine neu aktivierte mobile Station bei der Basisstation registrieren lassen kann.
Zusätzlich kann eine weitere Unterteilung des Intervalls B vorgenommen werden, in dem Entfernt-an-Basis-Verkehr in zugeordneten Zeit-Slots ausgeführt wird, wie in 3A gezeigt. In Figur 3A wird das Intervall B in die Subintervalle B₁ und B₂ unterteilt, und das Subintervall B₂ ist wiederum in eine Vielzahl an Zeit-Slots unterteilt, wobei jeder Zeit-Slot einer bestimmten entfernten Station zugeordnet wird. Anforderungen für einen zugeordneten Slot können von einer entfernten Station vorgenommen werden, in Reaktion auf eine Rundfrage während des Subintervalls B₁, oder die Anforderungen können während des Intervalls C vorgenommen werden. Mithilfe einer Bestätigung durch eine Nachricht von der Basisstation gewährleistet die Zuordnung eines Slots, dass die entfernte Station an die Basisstation während des zugeordneten Zeit-Slots übertragen kann.
Durch Variieren des Grenze zwischen dem Subintervall B₂ und dem Intervall C kann das System an verschiedene Arten von Verkehr angepasst werden. Wenn die Verkehrsbelastung durch festen, vorhersagbaren Verkehr (beispielsweise Echtzeit-Audio und Video) erhöht wird, kann die Grenze so bewegt werden, dass das Subintervall B₂ verlängert und das Intervall C verkürzt wird, womit die Anzahl an Zeit-Slots, die zugeordnet werden können, verringert wird. Wenn umgekehrt der Verkehr weniger vorhersehbar wird, kann die Grenze so verschoben werden, dass das Intervall C verlängert und somit eine größere Bandbreite für konkurrenz-basierten Verkehr bereitgestellt wird.
Es ist zu beachten, dass in 3 der „Sprung" in zwei Unterbereiche geteilt wird, wovon einer das Schema eines gesteuerten Zugriffs und der andere Bereich das Schema des zufälligen Zugriffs unterstützt. Die Erfindung kann in einer der drei folgenden Modusarten ausgeführt werden: Ein Modus, in dem nur die Nachricht X₁ gesendet wird, ein Modus, in dem nur die Nachricht X₂ gesendet wird und ein Modus, in dem beide Nachrichten gesendet werden.
In dem Fall, dass nur die Nachricht X₁ gesendet wird, stellt die Nachricht X₁ den Kopfbereich eines Rahmens dar. Sie identifiziert den Start des Informationsrahmens, enthält eine eindeutige Identifizierung der Basisstation, gibt das Frequenzsprungmuster an und definiert die Länge der Intervalle B und C. Optional enthält die Nachricht X₁ ebenfalls allgemeine Informationen zur Rundsendung und Systemsteuerung.
Beim Betrieb wartet jede mobile Station auf die Nachricht X₁. Wenn diese empfangen wurde, setzt eine mobile Station einen Timer für T₁ und für T₁ + T₂, sodass bekannt ist, wann der Konkurrenzintervall beginnt und wann ihre nächste Frequenzänderung geplant werden muss. Ein Rundsendungsempfang von Nachrichten wird nicht garantiert, ist jedoch wahrscheinlich. Die Funkbedingungen können dergestalt sein, dass eine mobile Station die Rundsendungsnachricht X₁ nicht empfangen kann. Da eine mobile Station nicht autonom übertragen kann, ohne nicht vorher die Nachricht X₁ zu empfangen und den Zeitraum T₁ verstreichen zu lassen, bleibt sie während des gesamten Zeitrahmen ruhig. Wenn alternativ dazu die mobile Station von der Basisstation während des Intervalls B abgefragt wird, kann jene antworten, doch sie kann in keinem Fall während des Intervalls C um eine Übertragung konkurrieren. Sie zieht zur Erinnerung T₁ + T₂ vom letzten Rahmen heran, um zu wissen, wann gesprungen wird und sie hört im nächsten Rahmen auf die Nachricht X₁. Wenn während mehrerer aufeinanderfolgender Rahmen keine Nachricht X₁ empfangen wird, muss die mobile Station davon ausgehen, dass sie keine Sprungsynchronisation mit dem restlichen System mehr aufweisen kann und wechselt in einen Modus zum Erhalt einer Synchronisation.
Bei jedem Rahmenzeitraum der Länge T = T₁ + T₂ kann es sich ebenfalls um einen Frequenzsprung-Zeitraum zur Implementierung und FCC-Regelung Nr. 15 handeln. Ein fester Zeitraum T ist vor allem in den folgenden Fällen nützlich:

1) Wenn mehrere Frequenzsprungmuster in überlappendem Betrieb in einem mehrzelligen Funksystem verwendet werden, macht ein fester Zeitraum T die Interferenztrennung leichter durchführbar. In diesem Fall können die Informationen zum Frequenzsprungmuster im Kopfbereich verwendet werden, um die Sprungsequenz für einen mobilen Terminal zu identifizieren.
2) Wenn alle Funkstationen in einem System mit dem gleichen Muster springen, erlaubt es ein fester Zeitraum T den verschiedenen Zellen, synchron zu springen, jedoch in verschiedenen Phasen des Sprungmusters. Dies verhindert Interferenzen zwischen den Zellen.

Es müssen verschiedene Überlegungen bei Auswahl des festen Zeitraums angestellt werden. Ein langer fester Zeitraum T verringert die Systembelastung und ein kurzer fester Zeitraum T verringert die Antwortzeit des Systems.
Anstelle der Nachricht X₁ kann das System nur die Nachricht X₂ übermitteln. Der Inhalt der Nachricht X₂ kann ähnlich gehalten sein wie der der Nachricht X₁, mit dem Unterschied, dass die mobilen Stationen, die die Nachricht X₁ empfangen, umgehend mit dem Konkurrieren beginnen können. Dies kann in manchen Anwendungen von Vorteil sein.
Für den Fall einer ausschließlichen Übertragung der Nachricht X₂ wird eine Abfrage der Basisstation einer mobilen Station am Ende des Intervalls B vorgeschlagen und die mobile Station antwortet mit einer langen Nachricht. (Generell muss das Protokoll verhindern, dass diese Nachricht zu lang wird). Es kann sein, dass die Antwort noch aktiv ist, wenn der Zeitraum T₂ schon verstrichen ist. Wenn nur X₁ Nachrichten bestehen, kann dies ein Problem darstellen, doch bei X₂ Nachrichten kann die Basisstation dann die Nachricht X₂ generieren, sobald die Antwort fertiggestellt ist, um sicherzustellen, dass ein verkürzter Zeitraum T₂ in die Nachricht X₂ eingefügt wird. Dadurch wird erreicht, dass der Konkurrenzintervall für die Dauer eines Sprungs gering gehalten wird.
Im dritten Betriebsmodus kann sowohl die Nachricht X₁ als auch die Nachricht X₂ verwendet werden, um die Implementierung der mobilen Station zu vereinfachen und Redundanz zu bieten. Die Nachricht X₁ signalisiert dann den Beginn des Intervalls B und die Nachricht X₂ das Intervall C.
In einer spezifischen Implementierung der Erfindung wird nur die Nachricht X₁ verwendet. Ein Vorteil der Nachricht X₁ gegenüber der Nachricht X₂ ist es, dass die Erscheinungszeit der Nachricht X₁ den mobilen Stationen bekannt ist, sodass diese zum Sparen von Energie ihre Empfänger bis zu dem Zeitpunkt ausschalten können, zu dem die Nachricht X₁ erwartet wird. Dies verringert auch die Wahrscheinlichkeit eines unzulässigen Empfangs von Nachricht des X-Typs. Die Kombination der Nachrichten X₁ und X₂ bietet die sicherste und einfachste Art der Implementierung in mobilen Stationen. Der ausschließliche Empfang von X₂ Nachrichten kann möglicherweise eine Vereinfachung bei konkurrenz-basierten mobilen Stationen bieten.
Die dynamische Anpassung der relativen Zeiträume der Intervalle B und C je nach Arbeitsbelastung des Systems stellt einen wichtigen Aspekt der Erfindung dar. Da alle Nachrichten über die Basisstation laufen, kann die Basisstation die relative Verkehrsintensität (Anzahl an Nachrichten) im Intervall B sowie im Intervall C aufzeichnen. Das Aufzeichnen wird normalerweise ausgeführt, indem Kennzeichnungen für die Anzahl an Nachrichten in jedem Intervall über einen zuvor festgelegten Zeitraum festgehalten werden. Am Ende des Zeitraums bewertet die Basisstation die für jedes Intervall angesammelten Kennzeichnungen und entscheidet auf der Basis dieser Informationen und anderer Faktoren darüber, ob die Länge jedes einzelnen Intervalls verändert werden soll.
Ein spezielles Beispiel wird in 3A gegeben, in der ein geändertes Protokoll gezeigt wird. Wenn die Anzahl an Nachrichten von der Basisstation an die mobilen Stationen groß ist, kann sich die Basisstation dafür entscheiden, das Subintervall B₁ zu verlängern und entsprechend das Subintervall B₂ sowie das Intervall C zu verkürzen. Wenn umgekehrt das Intervall C vermehrt genutzt wird und bei den mobilen Stationen geringer Bedarf an zugeordneten Slots herrscht, kann das Intervall C gegenüber dem Subintervall B₂ verlängert werden.
Da die Länge des Intervalls B₁ nur so lang sein muss, um die Übertragungs-Warteschlange der Basisstation für einen bestimmten Rahmen zu bearbeiten, kann die Basisstation die Länge dieses Intervalls für jeden Rahmen dynamisch verändern. Die Basisstation muss die Länge des Subintervalls B₁ zu dem Zeitpunkt der Rundsendung der Nachricht X₁ schätzen. Diese Schätzung basiert auf der Anzahl und Länge der Nachrichten in der Übertragungs-Warteschlange zu Beginn des Rahmens.
Andere Maßnahmen durch die Basisstation können ebenfalls in Betracht gezogen werden. Eine Entscheidung zur Verlängerung des Subintervalls B₂ beispielsweise kann am wirksamsten auf der Basis der Anzahl an ausstehenden Anforderungen zur Slot-Zuordnung durch mobile Stationen getroffen werden. Zusätzlich können mobile Stationen die Verzögerung beim Versuch der Verwendung des Intervalls C (oder die dabei erfahrenen Kollisionen) überwachen und diese Informationen an die Basisstation weitergeben, entweder in Reaktion auf regelmäßige Anfragen von der Basisstation nach dem Status oder als ein Feld im Paket selbst. Alternativ dazu kann die Basisstation die durchschnittliche Länge der Übertragungs-Warteschlange für sich und alle aktiven entfernten Stationen ermitteln. Die Warteschlangenlänge für die entfernten Stationen kann durch regelmäßige Berichterstattung oder durch Einfügen der Warteschlangenlängen in alle an die Basisstation übertragenen Pakete ermittelt werden.
In der vorliegenden Erfindung werden Methoden und Techniken zur Interferenz-Steuerung in Logischen LANs basierend auf Slow Frequency Hopping Spread Spectrum-Kommunikation beschrieben. In einem Niedrigfrequenzsprungsystem ändert sich die Trägerfrequenz zu einem zuvor festgelegten Zeitpunkt. Vor allem werden Methoden zum Ausführen der folgenden wichtigen Schritte in einem System offengelegt:
FS-Muster-Erhalt
FS-Muster-Überwachung vor dem Sprung
FS-Muster-Prüfung
Interferenzen zwischen benachbarten Zellen im System müssen mithilfe von geeigneten Methoden zur FS-Muster-Generierung und -Zuteilung minimiert und vorzugsweise komplett ausgeschaltet werden. Jedes Logische LAN verfügt über eine zentrale Einheit, den so genannten Wireless Network Manager (WNM) oder Wireless Network Controller (WNC). Die Begriffe Wireless Network Manager oder Wireless Network Controller werden in der folgenden Beschreibung beide verwendet und bezeichnen den gleichen Inhalt. Die FS-Komponente des Wireless Network Managers führt die FS-Muster-Verwaltung sowie Kontrollfunktionen in einem Logischen LAN aus. Jedes einzelne Logische LAN wird als autonomes Netzwerk betrachtet. Zwei autonome Netzwerke sind voneinander getrennte und unabhängige Einheiten, die nicht zwingend miteinander koordiniert werden. Zwei Logische LANs oder Netzwerke werden verteilt, falls die Funkbereiche einer oder mehrerer Zellen eines LANs mit einer oder mehreren Zellen des anderen LANs Interferenzen aufweisen.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung umfasst jedes System einen WNM und einen Wireless Control Agent (WCA). Die physische Position des WNM und WCA richtet sich nach dem Systemtyp.
In einem einzelligen Netzwerk 80, wie in 4 gezeigt, umfasst eine Basisstation 82 sowohl einen WNM 84 als auch einen WCA 88. Der WNM ist mit einem Monitor 86 und dem WCA 88 verbunden. Der WNM 84 und der WCA 88 sind gemeinsam zuständig für die Verteilung und Verwaltung der Sprungmuster. Bei dem WNM 84 handelt es sich um eine zentrale Verwaltungsstation, die in einer speziellen Station betrieben wird, in diesem Beispiel in der Basisstation 82. Der WCA 88 befindet sich in jeder Basisstation in einem Netzwerk. Da es in diesem Beispiel nur eine einzige Basisstation 82 gibt, ist es die gleiche Station, in der sich auch der WNM 84 befindet. Wie unten beschrieben, ist dies in einem mehrzelligen Netzwerk nicht der Fall.
Der WCA 88 ist mit einem drahtlosen Adapter 90 verbunden, der einen Funksteuerungs-Transceiver 92 zur Kommunikation mit einer Vielzahl an entfernten mobilen Stationen umfasst. Eine entfernte Station 94 umfasst einen Funksteuerungs-Transceiver 96 zur Kommunikation mit dem Funksteuerungs-Transceiver 92 im drahtlosen Adapter 90 der Basisstation 82. Entfernte Stationen 98 und 102 kommunizieren in ähnlicher Wiese über Funksteuerungs-Transceiver 100 und 104.
5 zeigt ein mehrzelliges Netzwerk 106, innerhalb dessen sich der WNM und der WCA in unterschiedlichen physischen Einheiten befinden. In diesem Beispiel handelt es sich bei dem WNM um einen zentralen Verwaltungsbereich in einer spezifischen Station. Der WCA kann sich in jedem Terminal oder in jeder Station eines Backbone-LAN befinden, unabhängig davon, ob es sich bei dieser Station um eine Basisstation handelt oder nicht. Für LANs mit mehreren Segmenten gibt es einen eindeutigen WNM für das ganze Netzwerk. Dies gilt auch für heterogene LANs, wie beispielsweise Token Rings, Ethernets und so weiter, solange die Netzwerk-ID eindeutig ist.
Der WCA befindet sich in jeder Basisstation, die mit einem Backbone-LAN verbunden ist, und agiert als Repräsentant des WNM. Der WCA dient als Zellen-Controller und ist zuständig für das Öffnen des Basisstationsadapters zur Kommunikation. Wie zuvor erklärt, sind der WNM und der WCA zuständig für die Verteilung und Verwaltung der Sprungmuster.
Das mehrzellige Netzwerk 106 aus 5 umfasst eine Basisstation, genannt Netzwerkstation 108, die den WNM 110 umfasst, der mit einem Monitor 112 und einem Backbone-Adapter 114 kommuniziert, welcher wiederum mit einem Backbone-LAN 116 verbunden ist. Es ist zu sehen, dass die Netzwerkstation 108 keinen WCA umfasst.
Eine Vielzahl an Basisstationen, die alle einen WCA enthalten, ist mit dem LAN 116 verbunden. Die Basisstationen 118 und 120 sind beispielsweise mit dem LAN 116 verbunden.
Die Basisstation 118 umfasst einen WCA 122, der mit dem WNM 110 der Netzwerkstation 108 über das LAN 116 und mit dem drahtlosen Adapter 124 kommuniziert, der einen Funksteuerungs-Transceiver 126 umfasst. Der Transceiver 126 kommuniziert mit einer Vielzahl an entfernten mobilen Stationen 128, 132 und 136, die alle Funksteuerungs-Transceiver 130, 134 und 138 umfassen.
Die Basisstation 120 umfasst einen WCA 138, der mit dem WNM 110 der Netzwerkstation 108 über das LAN 116 und mit dem drahtlosen Adapter 140 kommuniziert, der einen Funksteuerungs-Transceiver 142 umfasst. Der Transceiver 142 kommuniziert mit einer Vielzahl an entfernten mobilen Stationen 144, 148 und 152, die alle Funksteuerungs-Transceiver 146, 150 und 154 umfassen.
Wie der FS-Muster-Erhalt, die Überwachung vor dem Springen und die Musterprüfung für Netzwerke wie die aus den 4 und 5 ausgeführt werden, wird im Folgenden erklärt.
6 zeigt ein Flussdiagramm mit einem Überblick über die Frequenzsprungoperation in einem einzelnen Logischen LAN. Wenn eine Basisstation an Block 160 in Betrieb genommen wird, muss sie zunächst ein FS-Muster zur Verwendung in der Zelle erhalten, wie an Block 162 gezeigt. Die geschieht durch Senden einer Anforderung und anschließendem Erhalt eines FS-Musters als Antwort von dem Wireless Network Manager. Die Basis überwacht an Block 164 ihre Funkumgebung, um sicherzustellen, dass keine andere Basis in ihrer Umgebung das gleiche Muster verwendet. An Block 166 wird der Frequenzsprung gestartet. Die Basis gibt das FS-Muster ebenfalls an mobile Stationen in ihrem Bereich weiter. Mobile Stationen überwachen Interferenzen auf den Sprüngen in einem FS-Muster. Die Basisstation überwacht die Interferenzen auf dem FS-Muster an Block 168. An Block 170 wird festgestellt, ob eine FS-Prüfung notwendig ist. Wenn an Block 172 festgestellt wurde, dass eine Prüfung notwendig ist, wird zu Block 164 zurückgekehrt. Wenn keine Prüfung notwendig ist, wird das Springen mit dem gleichen Muster an Block 174 fortgesetzt und anschließend wird zu Block 168 zurückgekehrt. Details zu den verschiedenen Schritten werden im Folgenden beschrieben.
Zunächst wird die Frequenzsprungmusterverwaltung „innerhalb" eines einzelnen Logischen LAN betrachtet. Die Basisstationen in einem Logischen LAN arbeiten nicht synchron. Jede Basisstation folgt einem zyklischen Frequenzsprungmuster. Eine Periode dieses zyklischen Frequenzsprungmusters wird Superrahmen genannt. Superrahmen benachbarter Basisstationen müssen die folgenden Bedingungen erfüllen:

1) Alle Sprünge innerhalb eines Superrahmens weisen die gleiche Länge auf.
2) Alle Basisstationen verfügen über die gleiche Anzahl an Sprüngen innerhalb eines Superrahmens.

Superrahmen benachbarter Basisstationen werden nicht synchronisiert.
7 zeigt einen Superrahmen bestehend aus M Sprüngen. Es bestehen M Sprünge, wobei es sich bei M um eine ganze Zahl handelt, die kleiner ist als die ganze Zahl N (M < N), verwendete Sprünge zu jedem gegebenen Zeitpunkt und N-M nicht verwendete Sprünge. Wie ein Sprungmuster von einer Basisstation erhalten wird, wird im Folgenden kurz erklärt.
8 zeigt ein Beispiel für ein Frequenzband (83 MHz breit), das in 83 verfügbare Kanäle von jeweils 1 MHz Breite unterteilt ist. Ein Untersatz der Kanäle kann ausgewählt werden, um ein FS-Muster zu bilden. Jeder Sprung ist ein Megahertz (1 MHz) breit und die Frequenzen reichen von 2,400 Ligahertz (GHZ) bis 2,482 (GHZ). Es ist zu beachten, dass in der Ausführung der vorliegenden Erfindung auch ein anderes Frequenzband verwendet werden kann. In der Praxis verfügen die verschiedenen Länder über unterschiedliche Regelungen hinsichtlich der Frequenzbänder, die verwendet werden dürfen. Die Daten auf den Trägerfrequenzen (Sprungfrequenzen) werden zur Übertragung zwischen Basisstationen und mobilen Stationen nach Stand der Technik moduliert.
1. FS-Muster-Erhalt
Es können verschiedene FS-basierte LAN Installationen bestehen, die untereinander potentiell Interferenzen aufweisen können. Ein FS-basiertes LAN nach der Methode der FS-Muster-Generierung und Zuteilung, wie es in der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, wird als „Konformes" Logisches LAN bezeichnet. Wenn ein FS-basiertes LAN nicht nach der Methode der FS-Muster-Generierung und Zuteilung, wie sie in der vorliegenden Erfindung beschrieben wird, arbeitet, wird es als „Nicht konformes" Logisches LAN bezeichnet. Interferenzen können wie folgt klassifiziert werden:

1) Interferenzen, die zwischen mehreren Zellen eines einzelnen Logischen LAN auftreten. In 9 wird ein Konformes Logisches LAN mit drei Basisstationen (A, B und C) gezeigt, die sich überschneiden und von einem WNM1 gesteuert werden.
2) Interferenzen, die zwischen mehreren Zellen aus verschiedenen Konformen Logischen LAN-Installationen auftreten. In 10 tritt eine Interferenz zwischen Zelle E des LAN2 mit allen drei Zellen von LAN1 auf, während Zelle D von LAN2 eine Interferenz mit den Zellen B und C von LAN1 aufweist.
3) Interferenzen, die zwischen einer Konformen Logischen LAN-Installation und einer Nicht konformen FS-basierten LAN-Installation auftreten, welche auf dem gleichen Frequenzband arbeitet. In 11 weist Zelle G des Nicht konformen Logischen LAN eine Interferenz mit den Zellen A, B und C des Konformen Logischen LRN1 auf.

Muster-Erhalt in einem einzelnen autonomen Netzwerk
Die generelle Logik der Frequenzsprungoperation eines einzelnen Logischen LAN wurde in Bezug auf 6 beschrieben. Die Schritte werden wie folgt weiter ausgeführt:
Erster Erhalt von FS-Mustern durch die Basisstation
Es wird hier von einem Logischen LAN mit mehreren Basisstationen ausgegangen. Wenn eine Basisstation BSi aktiviert wird, sendet sie ein Sprungfrequenzanforderungs (Hopping Pattern Request = HPR)-Paket an dem Wireless Network Manager. In 9 senden die Basisstationen A, B und C des LAN1 HPR-Pakete (in 12 gezeigt) an ihren Wireless Network Manager WNM1.
Bei Erhalt des Hopping Pattern Request-Pakets an Block 176 führt der Wireless Network Manager die folgenden Schritte aus, die in 13 gezeigt werden.
Wenn mehrere FS-Mustersätze zur Verfügung stehen, wird die Netzwerk-ID (Network_ID) eines HPR-Pakets verwendet und entschieden, welches der FS-Muster genutzt werden soll, wie in Block 178 gezeigt. Dies kann implementiert werden, indem das Feld Network_ID mit dem Hash-Verfahren bearbeitet wird, wie in 12 gezeigt. Der ausgesuchte FS-Mustersatz könnte beispielsweise FSPSET lauten. Wenn nur FS-Mustersatz besteht, ist dieser standardmäßig FSPSET.
An Block 180 wird nach dem Zufallsprinzip ein FS-Muster aus dem Mustersatz (FSPSET) ausgewählt. Das ausgewählte Muster könnte beispielsweise PCHOICE lauten. Der Wireless Network Manager verfolgt FS-Muster, die Basisstationen mit gemeinsamer Netzwerk-ID zugeordnet wurden. An Block 182 wird ermittelt, ob das Muster PCHOICE bereits einer anderen Basis im Netzwerk zugeordnet wurde. Wenn dies der Fall ist, wird die Zufallsauswahl des FS-Musters wiederholt, indem zu Block 180 zurückgekehrt wird. Es ist zu beachten, dass es das Ziel einer zufälligen Musterauswahl ist, die Wahrscheinlichkeit einer Auswahl von bereits von anderen Basisstationen ausgewählten Mustern zu verringern.
Wenn das Muster noch keiner anderen Basisstation zugeordnet wurde, wird an Block 184 das FS-Muster an die Basisstation weitergegeben. Diese Übermittlung findet über das Backbone-Kommunikationsnetzwerk statt. Die FS-Muster-Informationen befinden sich in der Hopping Pattern Request-Nachricht, wie in 14 gezeigt. Bei Erhalt der Nachricht startet die Basisstation sofort die Sprünge mit ihrem neu zugeordneten FS-Muster.
Mustererhalt in mehreren verteilten autonomen Netzwerken Innerhalb eines einzelnen Logischen LAN minimiert der Wireless Network Manager die Interferenzen durch explizites Zuteilen unterschiedlicher FS-Muster an die einzelnen Basisstationen. Mehrere autonome Logische LANs, die sich physisch im gleichen Funkbereich wie die anderen befinden, werden Verteilte Netzwerke genannt. Autonome Netzwerke müssen ohne eine explizite Koordination arbeiten können. Das bedeutet, dass nicht davon ausgegangen bzw. vorausgesetzt werden kann, dass eine einzelne Entität mit globalem Wissen über alle verteilten Netzwerke besteht. Die folgende Methode wird eingesetzt, um eine implizite Koordination zu erzielen, so dass Interferenzen zwischen verteilten autonomen Logischen LANs minimiert werden können.
Als Beispiel wird nun davon ausgegangen, dass ein Unternehmer mehrere Konforme Logische LANs beispielsweise im ersten Stockwerk seiner Verkaufsräume (LAN1 für die Schuhabteilung, LAN2 für die Kleiderabteilung, LAN3 für die Kosmetikabteilung und so weiter) installieren möchte. Diese Netzwerke sind verteilt und können potentiell Interferenzen untereinander aufweisen. Die Installation solcher verteilter Netzwerke kann auf eine Weise ausgeführt werden, dass der gleiche Mustersatz von allen Netzwerken, wie in 15 gezeigt, verwendet werden kann. Für einen solchen Unternehmer, der Konforme Verteilte Logische LANs installiert, werden die Wireless Network Manager so programmiert, dass die Muster vom gleichen Satz, beispielsweise FSPSET0, ausgewählt werden, unabhängig voneinander, wie in 186 gezeigt. In dem oben gezeigten Beispiel eines Einzelhandels nutzen die drei Logischen LANs die Tatsache aus, dass sie sich alle im gleichen Stockwerk befinden und entscheiden sich dafür, den gleichen Satz an FS-Mustern zu verwenden. Jeder Wireless Network Manager ordnet verschiedene FS-Muster den Basisstationen zu, die er steuert. An Block 188 ordnet der WNM1 Sprungmuster an Basisstationen von LAN1 zu und an Block 190 ordnet WNMK Sprungmuster an Basisstationen von ZANK zu. Die Wireless Network Manager können jedoch nicht dafür garantieren, dass die von ihnen aus FSPSETO gewählten Musteruntersätze nicht miteinander verbunden sind. Es besteht eine geringe Wahrscheinlichkeit, dass zwei Wireless Network Manager ein oder mehrere gemeinsame Muster wählen. Eine inakzeptable Interferenz tritt dann auf, wenn die zu den verteilten Netzwerken gehörigen Basisstationen in genau den gleichen Phasen springen wie die anderen Basisstationen, ein Ereignis mit einer äußerst geringen Wahrscheinlichkeit, aber dennoch möglich. Dies kann umgangen werden durch Verwendung von Techniken zur Interferenz-Überwachung und Sprungänderungen, wie sie unten beschrieben werden.

1) FS-Operation mit mehreren autonomen Netzwerken Interferenzen bei einem Konformen Logischen LAN aufgrund vorhandener verteilter Nicht konformer LANs (beispielsweise installiert in einem Einkaufszentrum ein Schuhgeschäft ein Konformes LAN, doch der Nachbar, ein Spielwarengeschäft verfügt über ein Nicht konformes FS-basiertes LAN) ähneln Interferenzen durch zufällig ausgewählte FS-Muster. Die Interferenz-Stufe ist bei den Durchschnittswerten vergleichbar, zeigt jedoch größere Standardabweichungen als in der Zuteilung orthogonaler Muster. Die Wirkung der Interferenzen kann durch die Verwendung der unten beschriebenen Techniken zur Musterprüfung minimiert werden.
2) FS-Muster-Überwachung vor dem Springen In 16 wird eine Methode von einer Basisstation angewandt, um die anderen Basisstationen zu überwachen, die zu anderen Konformen Logischen LANs gehören, so dass die Verwendung des gleichen Frequenzsprungmusters vermieden werden kann, bevor mit dem Springen begonnen wird.

Nachdem eine Basisstation ein Frequenzsprungmuster von seinem WNM an Block 192 erhält, hört die Basisstation insgesamt j verschiedene Frequenzen ab, um festzustellen, ob benachbarte Basisstationen das gleiche FS-Muster verwenden. In Block 193 wird j auf einen üblichen Wert von 4 initialisiert. Ein variabler Zähler i wird in Block 194 auf Null gesetzt. Der variable Zähler i zählt bis zu einem Maximum von j. An Block 196 beginnt die Basisstation mit der Überwachung der Frequenzsprungmuster der Basisstationen in der Umgebung, die möglicherweise von einem oder mehreren anderen WNMs gesteuert werden. Zu Beginn kennt die Basisstation keine der Basisstationen der Umgebung sowie deren Frequenzsprungmuster. Die Basisstation kennt jedoch sowohl die Sprungdauer als auch die Superrahmenlänge. Die Basisstation muss die in 16 gezeigten Schritte ausführen, um die Frequenzsprungmuster zu kennen.
Es wird davon ausgegangen, dass zu Beginn von jedem Frequenzsprung eine Basisstation einen Kopfbereich rundsendet, der die folgenden Informationen enthält:
NETZWERK ID BASIS ID F(1) F(2) ***F(N)
wobei „NETZWERK ID" das Netzwerk identifiziert, „BASIS ID" die Basisstation identifiziert, F(1) bis F(N) sind die nächsten N Sprungfrequenzen. Die Informationen F(1) bis F(N) ermöglichen es, dass die Frequenzsprungmuster über kontinuierliches Überwachen von den verschiedenen Basisstationen erlernt werden. Die Zahl N ist ein Systemparameter. N gleich 4 wird als passend erkannt. Davon ausgehend, dass die Kopfbereich-Fehlerrate 1 Prozent beträgt, ist die Wahrscheinlichkeit, alle 4 Kopfbereiche zu verlieren, gleich 10^–8.
16 zeigt, dass an Block 196 eine gegebene Basisstation auf einer festen Frequenz abhört und nach gültigen Kopfbereich-Nachrichten von benachbarten Basisstationen sucht. An Block 198, nachdem die gegebene Basisstation eine Kopfbereich-Übertragung von einer anderen Basisstation in einem anderen Netzwerk hört, versucht sie, das Frequenzsprungmuster dieser Basisstation an Block 200 zu verfolgen und sich einzuklinken, indem sie deren Kopfbereich-Übertragungen innerhalb eines Superrahmen-Zeitraums abhört. Die gegebene Basisstation vergleicht dann an Block 202 das erkannte Muster mit ihrem eigenen Muster. Wenn sie gleich sind oder sehr große Übereinstimmungen aufweisen, fordert die gegebene Basisstation an Block 206 ein neues FS-Muster von ihrem WNM an. Wenn die beiden Muster unterschiedlich sind, wird zu Block 194 zurückgekehrt und die gegebene Basisstation überwacht eine andere feste Frequenz, bis sie einen neuen Kopfbereich mit einer anderen Basis-ID von einem anderen Netzwerk hört. An diesem Punkt verfolgt die gegebene Basisstation dieses Muster und vergleicht die Unterschiede. Dieser Prozess wird an Block 208 wiederholt, bis sich an Block 210 in J (J = 4) aufeinanderfolgenden Superrahmen keine anderen Kopfbereiche mit unterschiedlicher Basis-ID von einem anderen Netzwerk befinden. Wenn keine potentiell Interferenzen aufweisenden FS-Muster gefunden werden, startet die gegebene Basisstation mit ihren eigenen Sprüngen und Übertragungen an Zeile 212.
3) FS-Muster-Prüfung
Die Grundidee ist es, zufälliges Überwachen und Feedback durchzuführen und FS-Muster zu prüfen und Interferenzen zu verringern. Die Basisstation überwacht kontinuierlich die erkannte Interferenz in jedem Sprung ihres Musters.
Interferenzen an einer Basisstation können durch benachbarte Basisstationen (die dem gleichen oder einem anderen Logischen LAN angehören) oder einige schmalbandige Interferenzquellen verursacht werden. Techniken, die zur Identifikation der Interferenz zwischen benachbarten Basisstationen und zur Ergreifung korrigierender Maßnahmen eingesetzt werden, werden im Folgenden beschrieben.
Sprung einfügen/löschen
Die Methode, die eine Basisstation zur Steuerung ihres Frequenzsprungmusters verwendet, wird im Folgenden beschrieben. Die Methode wird am besten in den 7 und 8 verdeutlicht. Die angewendeten Kriterien zur Ausführung von dynamischem Einfügen/Löschen von Frequenzsprüngen werden beschrieben. Ein Sprungmuster mit einer Länge M aus einer Gesamtheit von N verfügbaren Frequenzen wird verwendet. Davon ausgehend, dass verschiedene Basisstationen verschiedene Muster der Länge M verwenden, existieren (N-M) ungenutzte Frequenzen. Diese Frequenzen werden für dynamisches Einfügen/Löschen von Sprungmustern genutzt.
Dynamisches Einfügen/Löschen von Sprungmustern wird verwendet, um eine schmalbandige Interferenz zu verhindern. Die Grundideen des dynamischen Einfügens/Löschens von Sprungmustern sind die Folgenden:

a) Frequenzen löschen, bei denen Interferenzen erkannt wurden
b) Frequenzen einfügen, deren Status als gut angesehen wird

Um die Leistung jedes Frequenzkanals zu verfolgen, verwaltet eine Basisstation die folgende Tabelle in ihrem WCA. Die Tabelle ACT kann Teil des Datenspeichers 68 sein, der in 2 gezeigt wird.
Die Tabelle ist eine „Active Channel Table" (ACT). Diese Tabelle kann Teil des Speichers des WNM bilden, wie an der Netzwerkstation 108 von 5 gezeigt, und weist folgende Form auf:
Active Channel Table (ACT)
FA(1) bis FA(M) sind die in einem Superrahmen verwendeten M Frequenzen. Die Tabelle verfolgt die Statusarten (entweder gut oder schlecht) jedes Frequenzsprungkanals bis zu den letzten K Superrahmen. Entsprechend der Ergebnisse der Kanalüberwachung der ACT fordert eine Basisstation Frequenzsprunglöschungen bei ihrem WNM an. Ein Frequenzsprung wird als „schlecht" in einem Superrahmen definiert, wenn die folgende Bedingung erfüllt ist:
Die Löschung eines Frequenzsprungs wird angefordert, wenn sie mehr als Y Mal als schlecht unter den letzten K Superrahmen eingestuft wird. X, Y und K sind Systementwicklungsparameter.
Ein WNM erhält Anforderungen zum Löschen eines Frequenzsprungs von mehreren Basisstationen und trifft entsprechend eine Entscheidung zum Löschen/Einfügen von Frequenzsprüngen. Um dieses Ziel zu erreichen, verwaltet ein WNM eine „Inactive Channel Table" (ICT). Diese Tabelle weist die folgende Form auf:
Inactive Channel Table (ICT)
FI(1) bis FI(N-M) sind die N-M nicht aktiven Frequenzen. Zu Beginn sind sie ebenfalls die N-M ungenutzten Frequenzen (nicht im Satz der generierten M Frequenzen). Zeitpunkt der letzten Verwendung (Time of last Use = TOLU) gibt den Zeitpunkt der letzten Verwendung der Frequenz an und Letzte ersetzte Frequenz (Last Frequency Replaced = LFR) gibt die Frequenz an, die zuletzt ersetzt wurde. Involvierte Basisstationen (Bases Involved = BI) gibt den Satz mit den Basisstationen an, die von der Frequenzersetzung betroffen sind. Unbefriedigte Basisstationen (Bases Unsatisfied = BU) wird im Folgenden erklärt.
Wenn einmal das Löschen einer Frequenz von der ACT einer mobilen Basisstation angefordert wird, muss der WNM eine neue Frequenz in der Tabelle ICT als Ersatz finden. Die neue Frequenz wird entsprechend den folgenden Richtlinien ausgewählt:
Wenn die schlechte Frequenz eine bestimmte FI(j) ist und die anfordernde Basisstation nicht in der entsprechenden Spalte {BI(j)} ist, ersetzt der WNM die schlechte Frequenz durch LFR(j) und fügt den anfordernden Basisstationsindex {BI(j)} hinzu.
Diejenigen Frequenzen vom ungenutzten Satz in FI(*) haben bei der Auswahl zum Ersatz Priorität. Die neue Frequenz sollte von der schlechten Frequenz so weit wie möglich getrennt sein. Um sicherzustellen, dass eine möglichst weite Frequenztrennung vorgenommen werden kann, werden die (N-M) ungenutzten Frequenzen gleichmäßig über das ausgewählte ISM-Band verteilt.
Wenn die schlechte Frequenz selbst vom ungenutzten Satz stammt, fügt der WNM den anfordernden Basisindex in den entsprechenden Satz {BU(*)} in der ICT ein. Da der Satz {BU(*)} sich an den Satz {BI(*)} in der gleichen. Zeile annähert, weiß der WNM, dass die Frequenzersetzung nicht so effektiv wie erwartet ausfallen wird. Der WNM sollte eine zweite Frequenzersetzung vornehmen, falls weitere ungenutzte Frequenzen verfügbar sind, und die schlechte Frequenz löschen.
Wenn keine der N-M FI(*)s vom ungenutzten Satz stammen, fügt der WNM die Informationen zur schlechten Frequenz in eine „Frequency Replacement Waiting List" (FRWL) mit folgender Form ein: Frequency Replacement Waiting List (FRWL)

Schlechte Frequenz Anfordernde Basisstationen

BF(1) {RB(1)}

* *
Wenn sich der Umfang von {RB(k)} zusammen mit einer schlechten Frequenz BF(k) in der FRWL vergrößert und den Umfang einer bestimmten {BI(j)} in der ICT übersteigt, führt der WNM die folgenden Algorithmen aus:
Ersetzen von LFR(j) für alle Basisstationen in {BI(j)} durch FI(j), das heisst die vorherige Ersetzung rückgängig machen.
Ersetzen von FI(j) durch BF(k) in der ICT.
Ersetzen von {BI(j)} durch {RB(k)} in der ICT.
Aktualisieren von TOLU(j) in der ICT.
Entfernen der Zeile von BF(k) in der FRWL.
Das Ideal ist es hier, dass die N-M ungenutzten Frequenzen verwendet werden sollen, um die Interferenz-Frequenzen zu ersetzen, die mehr Basisstationen betreffen. Wenn mehrere Sätze mit {BI(*)} mit dem gleichen Umfang existieren, aus denen gewählt werden kann, wird TOLU(*) als zweites Kriterium bei der Auswahl der Ersatzfrequenz verwendet. In der folgenden Situation beispielsweise werden die Frequenzen von 1 bis 5 verwendet, um zwei FS-Muster zu konstruieren, die Frequenzen 6 und 7 gehören zum ungenutzten Satz:
Frequency Replacement History
Davon ausgehend, dass Frequenz 3 beider Muster als Interferenzen aufweisend ermittelt wird, wird sie durch 6 ersetzt. Dann weist Frequenz 2 beider Muster Interferenzen auf und wird durch 7 ersetzt. Die ICT sieht nun wie auf der rechten Seite gezeigt aus. Nun ist beispielsweise Frequenz 5 von Interferenzen in diesen beiden Mustern und einem anderen Muster betroffen und wird durch Frequenz 6 in allen drei Mustern ersetzt, und Frequenz 6 wird in diesen beiden Mustern durch ihren alten Wert 3 ersetzt.
In 17 wird ein detailliertes Flussdiagramm davon gezeigt, wie eine neue Frequenz als Ersatz durch den WNM in der ICT gefunden wird, nachdem eine Frequenz in der ACT einer mobilen Station zu löschen ist. An Block 300 antwortet der WNC auf eine Anforderung zum Entfernen einer schlechten Frequenz von FSP und zum Hinzufügen zur ICT und Setzen ihres Frequenzstatus auf „Entfernt". Die entfernte Frequenz erhält Timerkennungen mit ihrem TOLU an Block 302. Die ICT wird dann an Block 304 nach einer ungenutzten Sprungfrequenz durchsucht, die mehr als 10 Sprungfrequenzen von der gelöschten Sprungfrequenz entfernt ist. Das heisst, wenn die gelöschte Frequenz SPR22 (7) ist, dann bezieht sich die Suche auf eine Frequenz bei SPR32 oder höher. Wenn eine solche ungenutzte Sprungfrequenz gefunden wird, wird diese Sprungfrequenz an Block 306 als neue Sprungfrequenz ausgewählt, und sie ersetzt an Block 308 die gelöschte Frequenz. Die entfernte Frequenz wird ebenfalls in der Datenbank für alle anderen FSPs gelöscht, wie in Zeile 309 angegeben. Die Timerkennung TOLU wird von der neuen Sprungfrequenz entfernt und ihr Status wird an Block 310 auf „benutzt" aktualisiert. Die FSP-Datenbank wird dann an Block 312 durchsucht, um das FSP der Basis zu erhalten. Die FSP-Anforderung mit dem neu errechneten FSP wird an den Basisstations-Adapter gesendet, wie an Block 314 angegeben.
Wenn an Block 304 keine ungenutzte Sprungfrequenz gefunden werden kann, die mehr als 10 Frequenzen entfernt ist, wird an Block 316 ermittelt, ob eine ungenutzte Frequenz existiert, die weniger als 10 Frequenzen entfernt ist. Wenn eine gefunden wird, wird der Prozess an Block 306 fortgesetzt, wie zuvor beschrieben. Wenn an Block 316 keine Frequenz gefunden werden kann, wird an Block 316 ermittelt, ob eine gelöschte Frequenz gefunden werden kann, die mehr als 10 Sprünge entfernt ist. Wenn eine solche Frequenz gefunden werden kann, wird der Prozess an Block 324 fortgesetzt, wobei dort in dem Falle, dass mehrere solcher Sprungfrequenzen verfügbar sind, diejenige mit dem längsten TOLU ausgewählt wird. Dann wird der Prozess wie gerade beschrieben an Block 306 fortgesetzt. Wenn an Block 318 keine Frequenz gefunden werden kann, wird an Block 320 ermittelt, ob eine gelöschte Frequenz gefunden werden kann, die weniger als 10 Frequenzen entfernt ist. Wenn eine gefunden wird, wird an Block 324 wie gerade beschrieben fortgefahren. Wenn keine solche Frequenz gefunden werden kann, wird die Netzwerkverwaltung von der erfolglosen Ausführung an Block 322 unterrichtet.
Muster-Ersetzung
In einer Umgebung mit mehreren autonomen Netzwerken besteht eine geringe Wahrscheinlichkeit, das zwei, zu verschiedenen Logischen LANs gehörige Basisstationen genau das gleiche FS-Muster verwenden. Wenn diese zwei Basisstationen das gleiche FS-Muster verwenden und in der gleichen Phase springen, kann eine fatale Interferenz-Situation auftreten, wenn sich beide Basisstationen in geringer Funkentfernung voneinander befinden. In dieser Situation werden fast alle Frequenzkanäle in der Tabelle Active Channel Table (ACT) gelöscht. Sobald dies geschieht, erkennt die Basisstation die Situation, fordert von ihrem WNM ein neues FS-Muster an und verwendet dieses neue FS-Muster umgehend nach seinem Erhalt.
Sprung nach vorn verschieben
Wenn zu verschiedenen Logischen LANs gehörige Basisstationen FS-Muster verwenden, die zu unterschiedlichen FS-Mustersätzen gehörten, kann die Situation eintreten, dass bei bestimmten Phasen des FS-Musters das FS-Funksystem sehr viel mehr gravierende Interferenzen aufweist als in den anderen Phasen. Wenn sich die relative Frequenzgenauigkeit der an den verschiedenen Basisstationen verwendeten Kristalloszillatoren zwischen 10–5 bewegt, dann braucht eine Basisstation 1.000 Superrahmen, um sich aus der Phase zu bewegen, wenn eine gravierende Interferenz aufgetreten ist (ausgehend von 100 Frequenzsprüngen pro Superrahmen). Ein Ausweg aus dieser Interferenz-Situation ist es, einen Sprung im FS-Muster nach vorn zu verschieben, sobald eine gravierende Interferenz durch eine Basisstation entdeckt wird. Diese Fähigkeit zum adaptiven vorverlegen eines Sprungs ist wesentlich beim Erhöhen der Effizienz autonomer Systeme, die nach dem Zufallsprinzip generierte Muster verwenden.
Wenn in einem Superrahmen 80 Sprungfrequenzen bestehen und Interferezen zwischen 10 Mustern und einem einzelnen Muster auftreten, zeigt 18 die Gesamtzahl der Frequenz-Überschneidungen, wenn gezählten Sprünge um eine Zahl von 0 bis 79 vorverlegt werden. 19 zeigt die entsprechende Autokorrelationsfunktion. 19 zeigt, dass sich die Korrelation in der Anzahl an Frequenz-Überschneidungen auf nahezu Null verringert, wenn die gezählten Sprünge um 1 vorverlegt werden. Dies zeigt in der Praxis, dass ein Sprungzähler nur um 1 vorverlegt werden muss.
Generelle Strategie zur Steuerung von Interferenzen
Das Blockdiagramm aus 20 zeigt die generelle Strategie zur Steuerung von Interferenzen:
Der erste Schritt zur Steuerung von Interferenzen an Block 214 ist die Überwachung der Interferenz-Umgebung. Dies geschieht durch Aktualisieren der beiden zuvor beschriebenen Tabellen ACT und ICT. Durch Beobachten des Verhaltens von ACT wird die Interferenz an Block 216 in die folgenden drei Kategorien eingestuft:

1) Periodische Interferenz: Diese Art der Interferenz wird in Block 218 gezeigt und tritt auf, wenn schmalbandige Interferenzquellen existieren und periodisch bei jedem Superrahmen mit bestimmten Frequenzsprungkanälen Interferenzen aufweisen. Eine Basisstation erkennt diesen Typ der Interferenz, wenn die im Absatz nach der Beschreibung der ACT beschriebene Löschbedingung erfüllt wird. Wenn beispielsweise X auf 50, Y auf 4 und K auf 7 gesetzt wird, ergibt das ein Wiederholungsverhältnis größer als 50% für mehr als 4 von 7 Superrahmen. An Block 220 wird ein oben beschriebener Einfügen/Löschen-Mechanismus verwendet, um diese Art von Interferenz zu beseitigen.
2) Kontinuierliche Interferenz: Diese Art von Interferenz wird in Block 222 gezeigt und tritt auf, wenn eine benachbarte Basisstation zufällig das gleiche Frequenzsprungmuster verwendet und über dieselbe Phase wie die aktuelle Basisstation verfügt. So wird bei jedem Frequenzsprung eine Interferenz festgestellt. Eine Basisstation kann diesen Typ der Interferenz erkennen, wenn sie feststellt, dass plötzlich mehr als J Frequenzen für schlecht erklärt wurden. J = 15 beispielsweise bedeutet, dass mehr als ein Fünftel aller Sprungfrequenzen Interferenzen aufweisen. An Block 224 wird diese Art von Interferenz verhindert, indem ein Ersetzen des gesamten Sprungfrequenzmusters vom WNM angefordert wird.
3) Stoßweise Interferenz: Diese Art der Interferenz wird an Block 226 gezeigt und tritt auf, wenn bestimmte Phasen eines Frequenzsprungmusters in einem Superrahmen mehr Interferenzen aufweisen als andere Phasen. Diese Situationen entstehen meistens, wenn die von verschiedenen Basisstationen verwendeten Frequenzsprungmuster durch Zufallszahlgeneratoren anstelle von algebraischen Methoden generiert werden. Andere Situationen entstehen, wenn Interferenzen innerhalb verteilter Netzwerke auftreten. Eine Basisstation überwacht konstant den langfristigen Durchschnitt in der Zahl der „schlechten" Frequenzen in der ACT. Der Durchschnitt kann durch einen IIR Filter ersten Grades errechnet werden, mit einer Zeitkonstante von beispielsweise 10 Minuten. Wenn plötzlich die Anzahl an schlechten Sprungfrequenzen die langfristige Durchschnittszahl um einen bestimmten Schwellenwert überschreitet, versucht die Basisstation einen Sprung in ihrem FS-Muster vorzuverlegen und sie untersucht, ob sich die schlechten Frequenzen geändert haben. Wenn „Ja", bedeutet dies, dass die schlechten Frequenzen durch eine Stoßweise Interferenz verursacht wurden; sie können durch die Technik des Sprungvorschubs verhindert werden, wie an Block 228 gezeigt.

Einsatzmöglichkeiten in der Industrie
Es ist Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Zuteilung und Steuerung von Frequenzsprungmustern in Funknetzwerken zu bieten.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Zuteilung und Steuerung von Frequenzsprungmustern in einem einzelligen oder einem mehrzelligen autonomen verteilten Funknetzwerk zu bieten.
Ein ist noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Wireless Network Manager (WNM) und einen Wireless Control Agent (WCA) zu bieten, um die Verteilung und Verwaltung von Sprungmustern in einem einzelligen oder in einem mehrzelligen Funknetzwerk u steuern.
Es ist letztlich ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein einzelliges Funknetzwerk zu bieten, in dem der WNM und WCA in einer einzelnen Station zusammengefaßt sind und weiterhin ein mehrzelliges Funknetzwerk zu bieten, in dem sich der WNM in einer spezifischen Station auf einem LAN und sich der WCA in jeder Basisstation auf dem LAN befindet, wobei der WNM als zentrale Verwaltungsstation und jeder einzelne WCA als Zellen-Controller agieren.

Claims

1) Eine Methode zum Verwalten von Frequenzsprüngen in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk (80, 106) in einem Local Area Network (24, 116), verbunden mit einer Vielzahl an Basisstationen (26, 28), wobei jede über einen geografischen Bereich verfügt, definiert als eine Zelle (A bis C), in der mobile Stationen (10, 12, 14, 16) mit einer Basisstation (26, 28) kommunizieren können, wobei jede dieser Basisstationen (26, 28) in der Lage ist, eine bidirektionale Kommunikation mit einer oder mehreren der mobilen Stationen (10, 12, 14, 16) unter der Steuerung des Controllers (18) auszuführen, wobei die Methode durch dynamisches Verwalten der Frequenzsprünge gekennzeichnet ist und folgende Schritte umfasst: (a) Anfordern (162) durch eine gegebene Basisstation (26,28) einer Zuteilung eines Frequenzsprungmusters vom genannten Controller (18); (b) Überwachen (164) durch die genannte gegebene Basisstation (26, 28) des Frequenzsprungmusters der anderen genannten mehreren Basisstationen; (c) Anfordern (164) durch die genannte gegebene Basisstation (26, 28) eines neuen Frequenzsprungmusters, wenn eine andere der genannten anderen Basisstationen das gleiche Frequenzsprungmuster wie die genannte gegebene Basisstation verwendet; (d) Beginnen (166) mit dem Frequenzspringen durch die genannte gegebene Basisstation (26,28); (e) Überwachen (168) durch die genannte gegebene Basisstation (26, 28) der Interferenz hinsichtlich des zugeteilten Frequenzsprungmusters; (f) Ermitteln (170) durch die gegebene Basisstation (26, 28), ob eine Frequenzsprungmuster-Prüfung notwendig ist, als Ergebnis der Interferenzüberwachung; und (g) Rückkehr (172) zu Schritt (b), wenn eine Prüfung notwendig ist und wenn keine Prüfung notwendig ist, Fortfahren mit dem Springen mit dem gleichen Frequenzsprungmuster.

Die Methode nach Anspruch 1, wobei der Schritt (a) den genannten Controller umfasst, folgende Schritte ausführend: (a1) Auswahl (180) eines Frequenzsprungmusters aus einem vorbestimmten Satz an Frequenzsprungmustern; (a2) Ermitteln (182), ob das ausgewählte Frequenzsprungmuster zuvor schon einmal einer der anderen Basisstationen zugeteilt wurde; (a3) Rückkehr (182) zu Schritt (a1), wenn das ausgewählte Frequenzsprungmuster zuvor schon einmal zugeteilt wurde; und (a4) Weitergeben (184) des ausgewählten Frequenzsprungmusters an die genannte Basisstation.

Die Methode nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei der Schritt (b) folgende Schritte umfasst: (b1) Einklinken (200) in das Frequenzsprungmuster einer anderen Basisstation, um deren Frequenzsprungmuster kennenzulernen; (b2) Vergleichen (202) der Frequenzsprungmuster; und (b3) Anfordern (206) eines neuen Frequenzsprungmusters durch die genannte gegebene Basisstation, wenn die Frequenzsprungmuster an zuvor festgelegte Grenzen heranreichen.

Die Methode nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Schritt (e) weiterhin folgende Schritte umfasst: (e1) Klassifizieren (216) der Interferenz mithilfe vorbestimmter Gruppen (218, 222, 226); und (e2) Steuern (220, 224, 228) der Interferenz basierend auf der Gruppe, der sie zugeordnet wurde.

Die Methode nach Anspruch 4, wobei die vorbestimmten Interferenz-Gruppen (218, 222, 226) die Periodische Interferenz (218), die Kontinuierliche Interferenz (222) und die Stoßweise Interferenz (226) umfassen.

Die Methode nach Anspruch 5, folgende Schritte umfassend: (E1) Steuern einer Periodischen Interferenz durch die Technik zum Einfügen und Löschen eines Sprungs (220); (E2) Steuern einer Kontinuierlichen Interferenz durch eine Technik zur Ersetzung von Mustern (224); und (E3) Steuern einer Stoßweisen Interferenz durch eine Technik des Sprungvorschubs (228).

Eine Methode zum Verwalten eines drahtlosen Kommunikationsnetzwerks (18, 106) mit einem Controller (18), einer Vielzahl an Basisstationen (26, 28), von denen jede über einen geografischen Bereich verfügt, definiert als eine Zelle (A bis C), einem Local Area Network (24, 116), das die genannten Basisstationen mit dem genannten Controller (18) verbindet, und mit einer Vielzahl an mobilen Stationen (10, 12, 14, 16), wobei jede mobile Station (10, 12, 14, 16) und jede Basisstation (26, 28) einen Transceiver umfasst (36, 44), zur drahtlosen bidirektionalen Kommunikation untereinander, falls sich die Stationen ausreichend nahe beieinander befinden, wobei die genannte Methode durch dynamische Interferenz-Verwaltung gekennzeichnet ist, folgende Schritte umfassend: Verwalten einer Tabelle Inactive Channel Table (ICT) im genannten Controller (18) zur Verfolgung der inaktiven Sprungfrequenzen (FI(1) bis FI(N-M)) im genannten Netzwerk, einschließlich der Zeit der letzten Verwendung (Time of last Use = TOLU) (TOLU(1) bis TOLU(N-M)) einer Sprungfrequenz, dem Zeitpunkt, zu dem eine Frequenz zuletzt ersetzt wurde sowie der betroffenen Basisstationen; Verwalten einer Tabelle Active Channel Table (ACT) in jeder der genannten Basisstationen (26, 28) zur Verfolgung, ob eine gegebene Sprungfrequenz (FA(1) bis FA(M)) relativ frei von Interferenzen war und damit als gut angesehen wird oder ob eine gegebene Sprungfrequenz Interferenzen aufweist und damit als schlecht angesehen wird und ob diese innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums gelöscht wurde; Ermitteln (168), ob eine gegebene Sprungfrequenz an einer gegebenen Basisstation (26, 28) Interferenzen aufweist, wobei dieser Schritt zum Ermitteln das Abhören (196) der genannten gegebenen Basisstation (26, 28) an einer festen Frequenz und das Suchen nach einer Kopfbereich-Übertragung einer Basisstation eines Netzwerks umfasst, bei dem es sich nicht um das genannte Local Area Network (24, 116) handelt und wenn dies der Fall ist, Aktualisieren der ACT, um wiederzugeben, dass die gegebene Sprungfrequenz als schlecht betrachtet wird; Anfordern (164) einer neuen Sprungfrequenz vom genannten Controller (18) in Reaktion auf die Feststellung, dass die gegebene Sprungfrequenz als schlecht angesehen wird; Auswahl der genannten neuen Sprungfrequenz aus der ICT durch den genannten Controller (18) und Aktualisieren der ICT zum Wiedergeben der vorgenommenen Auswahl; Senden (314) der neuen Sprungfrequenz an jede Basisstation, die die als schlecht angesehene Sprungfrequenz verwendet hat; und An jeder Basisstation (26, 28), die die als schlecht angesehene Sprungfrequenz verwendet hat, stattdessen Verwenden der neuen Sprungfrequenz.

Die Methode nach Anspruch 7, wobei der Schritt zur Auswahl der genannten neuen Sprungfrequenz folgenden Schritt umfasst: Finden (304, 316) einer anderen Sprungfrequenz in der genannten ICT, die eine vorbestimmte Anzahl an Frequenzen von der gegebenen Sprungfrequenz entfernt ist.

Die Methode nach Anspruch 8, wobei der Schritt des Findens einer anderen Frequenz folgende Schritte umfasst: Ermitteln (304), ob sich eine ungenutzte Frequenz in der genannten ICT befindet, die mehr als die vorbestimmte Anzahl an Frequenzen von der gegebenen Sprungfrequenz entfernt ist, und wenn dies der Fall ist, Auswahl (306) dieser Frequenz als genannte neue Sprungfrequenz, und wenn dies nicht der Fall ist, Ermitteln (316), ob sich eine ungenutzte Frequenz in der genannten ICT befindet, die weniger als die vorbestimmte Anzahl an Frequenzen von der gegebenen Sprungfrequenz entfernt ist, und wenn dies der Fall ist, Auswahl (306) dieser Frequenz als genannte neue Sprungfrequenz.

Eine Vorrichtung zum Verwalten von Frequenzsprüngen in einem drahtlosen Kommunikationsnetzwerk (80, 106) in einem Local Area Network (24, 116), verbunden mit einer Vielzahl an Basisstationen (26, 28), wobei jede über einen geografischen Bereich verfügt, definiert als eine Zelle (A bis C), in dem mobile Stationen (10, 12, 14, 16) mit einer Basisstation (26, 28) kommunizieren können, wobei jede dieser Basisstationen (26, 28) in der Lage ist, eine bidirektionale Kommunikation mit einer oder mehreren der mobilen Stationen (10, 12, 14, 16) unter der Steuerung des Controllers (18) auszuführen, wobei die genannte Vorrichtung durch dynamisches Verwalten der Frequenzsprünge gekennzeichnet ist und Folgendes umfasst: (a) Ein Mittel zum Anfordern (162) durch eine gegebene Basisstation (26,28) einer Zuteilung eines Frequenzsprungmusters vom genannten Controller (18); (b) Ein Mittel zum Überwachen (164) durch die genannte gegebene Basisstation (26, 28) des Frequenzsprungmusters der anderen genannten mehreren Basisstationen; (c) Ein Mittel zum Anfordern (164) durch die genannte gegebene Basisstation (26, 28) eines neuen Frequenzsprungmusters, wenn eine andere der genannten anderen Basisstationen das gleiche Frequenzsprungmuster wie die genannte gegebene Basisstation verwendet; (d) Ein Mittel zum Beginnen (166) mit dem Frequenzspringen durch die genannte gegebene Basisstation (26,28); (e) Ein Mittel zum Überwachen (168) durch die genannte gegebene Basisstation (26, 28) der Interferenz hinsichtlich des zugeteilten Frequenzsprungmusters; (f) Ein Mittel zum Ermitteln (170) durch die genannte gegebene Basisstation (26, 28), ob eine Frequenzsprungmuster-Prüfung notwendig ist, als Ergebnis der Interferenzüberwachung; und (g) Ein Mittel zur Rückkehr (172) zu Schritt (b), wenn eine Prüfung notwendig ist und wenn keine Prüfung notwendig ist, Fortfahren mit dem Springen mit dem gleichen Frequenzsprungmuster.

Eine Vorrichtung zum Verwalten eines drahtlosen Kommunikationsnetzwerks (18, 106) mit einem Controller (18), einer Vielzahl an Basisstationen (26, 28), von denen jede über einen geografischen Bereich verfügt, definiert als eine Zelle (A bis C), einem Local Area Network (24, 116), das die genannten Basisstationen mit dem genannten Controller (18) verbindet, und eine Vielzahl an mobilen Stationen (10, 12, 14, 16), wobei jede mobile Station (10, 12, 14, 16) und jede Basisstation (26, 28) einen Transceiver umfasst (36, 44), zur drahtlosen bidirektionalen Kommunikation untereinander, wenn sich die Stationen ausreichend nahe beieinander befinden, wobei die genannte Methode durch dynamische Interferenz-Verwaltung gekennzeichnet ist, Folgendes umfassend: Eine Tabelle Inactive Channel Table (ICT) im genannten Controller (18) zur Verfolgung der inaktiven Sprungfrequenzen (FI (1) bis FI(N-M)) im genannten Netzwerk, einschließlich der Zeit der letzten Verwendung (Time of last Use = TOLU) (TOLU(1) bis TOLU(N-M)) einer Sprungfrequenz, dem Zeitpunkt, zu dem eine Frequenz zuletzt ersetzt wurde sowie der betroffenen Basisstationen; Eine Tabelle Active Channel Table (ACT) in jeder der genannten Basisstationen (26, 28) zur Verfolgung, ob eine gegebene Sprungfrequenz (FR(1) bis FA(M)) relativ frei von Interferenzen war und damit als gut angesehen wird oder ob eine gegebene Sprungfrequenz Interferenzen aufweist und damit als schlecht angesehen wird und ob diese innerhalb eines vorbestimmten Zeitraums gelöscht wurde; Ein Mittel zum Feststellen (168), ob eine gegebene Sprungfrequenz an einer gegebenen Basisstation (26, 28) Interferenzen aufweist, wobei dieses Mittel zum Feststellen ein Mittel zum Abhören (196) der genannten gegebenen Basisstation (26, 28) an einer festen Frequenz sowie ein Mittel zum Suchen nach einer Kopfbereich-Übertragung einer Basisstation eines Netzwerks umfasst, bei dem es sich nicht um das genannte Local Area Network (24, 116) handelt und einschließlich einem Mittel zum Aktualisieren der ACT, um wiederzugeben, dass die gegebene Sprungfrequenz als schlecht betrachtet wird; Ein Mittel zum Anfordern (164) einer neuen Sprungfrequenz von der genannten ICT durch den Controller (18) in Reaktion auf die Feststellung, dass die gegebene Sprungfrequenz als schlecht angesehen wird; Ein Mittel zur Auswahl der genannten neuen Sprungfrequenz aus der ICT durch den genannten Controller (18) und zum Aktualisieren der ICT zum Wiedergeben der vorgenommenen Auswahl; Ein Mittel zum Senden (314) der neuen Sprungfrequenz vom genannten Controller (18) an jede Basisstation, die die als schlecht angesehene Sprungfrequenz verwendet hat; und Ein Mittel an jeder Basisstation (26, 28), die die als schlecht angesehene Sprungfrequenz verwendet hat, um stattdessen die neue Sprungfrequenz zu verwenden.