EA016000B1 - Способ и устройство для подключения мобильных устройств связи к беспроводным сетям в подземных сооружениях - Google Patents

Abstract

Раскрыто устройство для подключения мобильных устройств связи к беспроводным сетям в подземных сооружениях. Указанное устройство содержит несколько базовых станций, расположенных на определенном расстоянии одна от другой внутри систем (11, 12) туннелей по существу по направлению осей туннелей, так, что зона (25) перекрывания общих зон (16) приема двух соседних базовых станций (21, 22, 23) минимальна, причем все базовые станции (21, 22, 23) работают в одном общем канале. Согласно способу, используемому для указанного устройства, мобильная станция переключается на соседнюю базовую станцию, когда качество сигнала падает ниже предустановленного порогового уровня.

Description

Изобретение относится к способу и к системе для осуществления беспроводной связи в подземных сооружениях, таких как системы туннелей, шахты и т.п.

Предшествующий уровень техники

Для осуществления беспроводной связи в подземных сооружениях, таких как, например, системы туннелей, шахты и т. п., используют различные системы. В последнее время в таких приложениях также все шире применяют беспроводные сетевые технологии, обычно используемые в офисных и бытовых приложениях. В частности, это относится к сетям, соответствующим серии стандартов ΙΕΕΕ 802.11.

Недостаток данных стандартов заключается в том, что при перемещении мобильных устройств от одной базовой станции к другой переключение сетевого соединения на следующую базовую станцию требует в некоторых случаях чрезвычайно длительного времени. Таким образом, данная технология не может быть использована в таком виде для машин или лиц, которым необходимо быстро постоянно перемещаться по горным выработкам, поддерживая при этом беспроводную связь.

Задержка в переключении связана с тем, что мобильное устройство поддерживает имеющееся соединение до тех пор, пока оно не исчезнет полностью. После этого начинается процесс поиска, который завершается установлением соединения с другой базовой станцией. Такой процесс может занимать до нескольких секунд, что неприемлемо для дистанционно управляемых машин или для беспроводных телефонных переговоров.

Если при использовании беспроводных локальных сетей (Ьоса1 Агеа №1\\όγ1<. ΕΑΝ) на поверхности земли, т. е. в обычных офисных, производственных или полевых условиях, необходимо обеспечить покрытие беспроводной связью сравнительно крупной области, для этого используют несколько базовых станций: на фиг. 1 схематично проиллюстрирован такой пример с использованием всенаправленных антенн. В принципе, весьма сходные характеристики можно получить, например, при использовании трех направленных антенн, разнесенных на 120°. Поскольку при использовании всенаправленных антенн беспрепятственное распространение сигнала происходит в некотором круге вокруг базовой станции, в данном случае, базовых станций 101, 102 и 103, при обеспечении надежного беспроводного покрытия во всей рассматриваемой области возникают большие зоны 110 перекрывания. Соответствующие зоны, в которых можно ожидать бесперебойный прием сигнала, без препятствий и без учета высотного профиля местности, обозначены как 105. Во избежание помех между базовыми станциями 101, 102 и 103 в столь крупных зонах 110 перекрывания базовые станции могут быть настроены так, чтобы работать в разных каналах (на разных частотах). При отсутствии идеальных условий распространения сигнала, например, внутри зданий, зачастую возникает необходимость установки еще более крупных зон перекрывания, чем в идеальных условиях распространения сигнала, что может приводить к ограничению функциональности и к уменьшению пропускной способности.

Кроме того, число каналов, которые могут быть использованы без создания взаимных помех во многих случаях (в частности, в сетях νΕΑΝ стандарта ΙΕΕΕ 802.11Ь/д) ограничено, что само по себе часто приводит к полной невозможности исключения перекрывания.

Разные каналы также используют для обеспечения оптимального и наиболее устойчивого состояния связи в разных условиях распространения радиочастотного сигнала (с учетом изменений атмосферных условий, структурных изменений и т. п.) и гарантированного получения всеми пользователями, параллельно функционирующими в пределах области покрытия, одинакового качества обслуживания.

Поскольку в настоящее время беспроводные локальные сети в основном используют для мобильных устройств, для которых обеспечение работы в режиме реального времени и, в частности, смена базовой станции в режиме реального времени, не является основным требованием, данная процедура является надежной.

Документ νθ 01/78327 описывает способ расположения множества базовых станций (точек доступа) сети, обеспечивающей беспроводную связь с определенной зоной охвата, в определенных условиях местности. Согласно известному решению, предусмотрено присвоение отдельного канала каждой точке доступа с целью минимизации помех, возникающих в связи с перекрыванием зон охвата двух точек доступа, работающих в одном канале.

Документ νθ 2006/086906 описывает традиционный способ осуществления беспроводной связи, согласно которому движущаяся мобильная станция покидает одну базовую соту радиосвязи для входа в другую базовую соту радиосвязи. При этом мобильная станция поддерживает связь с различными базовыми станциями в пределах коротких интервалов времени. Однако согласно описанному решению по νθ 2006/086906 при движении по туннелю может возникать затухание сигнала, и, следовательно, качество связи может ухудшаться в случае движущихся машин, на которых расположены мобильные станции. Для поддержания постоянного качества соединения между движущейся машиной и базовой станцией в известном решении предусмотрены, в частности, по меньшей мере две мобильные станции, размещенные на одной машине, которые осуществляют передачу данных по двум различным каналам.

Сущность изобретения

С учетом вышеописанного уровня техники задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в предоставлении способа, пригодного для переключений соединения в режиме

- 1 016000 реального времени, и соответствующего устройства для подключения мобильных устройств связи к сетям в подземных сооружениях.

Для решения поставленной задачи в соответствии с изобретением предлагается решение по п.1 формулы изобретения.

Изобретение основано на обнаружении многочисленных отличий работы в подземных сооружениях от стандартных наземных приложений: горные выработки или туннельные сооружения состоят из сети туннелей, проходящих прямолинейно на некоторые расстояния, при этом устройство связи, перевозимое машинами или переносимое персоналом, перемещается в пределах более или менее прямой трубообразной полости. В такой полости радиочастотный сигнал может более или менее прямо распространяться из одной точки только в двух направлениях.

Устройство для подключения мобильных устройств связи к беспроводным сетям в подземных сооружениях содержит несколько базовых станций, расположенных на определенном расстоянии одна от другой внутри систем туннелей, по существу, по направлению осей туннелей, так, что зона перекрывания общих зон приема двух соседних базовых станций мала настолько, насколько это возможно. В данном случае все базовые станции работают в одном общем канале. В соответствии со способом, используемым для эксплуатации данного устройства, мобильная станция производит переключение соединения на соседнюю базовую станцию при падении сигнала качества ниже заранее определенного порогового значения. Преимущество данного решения заключается в упрощении, обеспечиваемом наличием направленной одномерной системы туннелей, которая построена только вдоль продольной оси так, что определенная соседняя базовая станция всегда образует следующую соту радиосвязи. В оптимальном варианте базовые станции установлены на пересечениях туннелей, в результате чего такие пересечения также образуют для движущейся мобильной станции одномерную структуру.

Перечень фигур чертежей

Нижеследующее подробное описание примера осуществления изобретения приведено со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг. 1 представлена схема покрытия зоны связи в соответствии с известными технологиями;

на фиг. 2 - схема покрытия подземной зоны связи по одному из вариантов осуществления изобретения;

на фиг. 3 - блок-схема способа по одному из вариантов осуществления изобретения.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения

Как указано выше, на фиг. 1 схематично изображено покрытие зоны связи в соответствии с известными решениями, в частности, без учета препятствий и высотных профилей местности. Данная схема использована для определения зон 105 приема и зон 110 перекрывания.

На фиг. 2 представлена диаграмма покрытия подземной зоны связи по изобретению. Ссылочные номера 11 и 12 обозначают две пересекающихся взаимно перпендикулярных галереи. В данном контексте термин галерея использован как технический термин, обозначающий ход туннеля, обычно используемый в горном деле. Центр образующегося четырехстороннего пересечения галерей обозначен ссылочным номером 13. Ссылочный номер 15 обозначает горную породу, окружающую ходы 11 и 12. Другими словами, устройства связи на машинах или людях во всех случаях расположены в зонах 11, 12 и 13.

Установка всенаправленной антенны 21 в центре четырехстороннего пересечения 13 галерей позволяет обеспечить линейное распространение радиочастотных сигналов только вдоль осей четырех туннелей, отходящих от пересечения, т.е. в ответвлениях 11 и 12. Распространение сигналов внутри породы в зоне 15 может быть исключено. Таким образом, зоны 16 приема на практике ограничены внутренним пространством галерей.

Таким образом, условия распространения радиочастотных сигналов под землей контролируются в значительно большей степени, нежели чем при стандартном наземном применении технологий беспроводной локальной сети (^1гс1с55 Ьоеа1 Агеа ΝοΙ\\όγ1<. \ν6ΛΝ). особенно внутри зданий, где проникновение сигналов сквозь тонкие стены неизбежно, а в большинстве случаев также и желательно.

Помимо базовой станции 21 для галереи 12 на фиг. 2 также представлены две базовые станции 22 и 23. Данная схема, очевидно, может быть повторена на других участках, и соответствующие базовые станции могут быть предусмотрены также и в галерее 12. Т-образные пересечения, в которых отсутствует одно ответвление 12, а также поворот в галереи 11 или 12 в оптимальном варианте оборудуют центральной базовой станцией, так же, как представлено на фиг. 2, или предусматривают такую конфигурацию соседних базовых станций, которая обеспечивает попадание поворота в зону 25 перекрывания.

Такие контролируемые условия распространения сигнала используют согласно способу по изобретению для обеспечения возможности гладкого переключения между базовыми станциями.

1. Для использования данного способа все базовые станции намеренно настраивают на один и тот же канал. Все базовые станции снабжают общим сетевым идентификатором.

2. Мощность передачи и расположение базовых станций, а также конструкцию и/или тип антенн выбирают таким образом, чтобы обеспечить для мобильных устройств лишь относительно небольшие по направлению вдоль оси туннеля зоны 25 покрытия, в которых связь может осуществляться с обеими ба- 2 016000 зовыми станциями, определяя таким образом зону 25 перекрывания минимального возможного размера. Поскольку распространение радиочастотного сигнала возможно только вдоль осей туннелей, такие зоны 25 перекрывания могут быть очень небольшими. В подземных сооружениях такое положение может быть обеспечено весьма простыми средствами, т.к. внешние факторы, влияющие на условия распространения сигнала, минимальны. Кроме того, зоны 25 перекрывания в оптимальном варианте могут быть определены так, чтобы зоны 16 приема соседних базовых станций, которые заранее определяют пороговое значение для приема, пересекались у стен туннеля, обозначенных ссылочным номером 17. Однако в оптимальном варианте пороговое значение сигнала, обеспечивающее зону 16 гарантированного приема, при необходимости устанавливают с запасом, т.е. большим, чем необходимо. Заранее проведенная настройка порогового значения, обычно производимая с данной целью специалистами в данной области, позволяет создать так называемое наименьшее возможное перекрывание 25 общих зон 16 приема в соответствии с локальными условиями. В данном контексте также возможна автоматическая адаптация мощности передачи, в том смысле, что для калибровки этой мощности в указанную общую зону 16 приема вносят измерительный прибор, после чего мощность передачи двух рассматриваемых базовых станций регулируют так, чтобы она соответствовала минимальной мощности передачи, обеспечивающей возможность приема. Если в данном контексте речь идет о центральной базовой станции 21, то другие станции, соответственно, 22, 23 и т. д. в отдельных ответвлениях могут быть отрегулированы соответствующим образом. В таком случае, кривые заранее определенных пороговых значений сигнала для приема таких двух соседних базовых станций в оптимальном варианте пересекаются в зоне стен туннеля.

Другая возможность автоматической адаптации мощности передачи заключается в использовании следующего способа: если две соседние базовые станции все еще могут видеть одна другую, т.е. если благодаря использованию высокоэффективных антенн они могут принимать одна от другой контрольные сигналы, они могут также самостоятельно динамически адаптировать мощность передачи. В данном контексте взаимная видимость не влияет на связь с мобильными устройствами, которые не могут достичь столь же хорошей мощности радиосигнала в связи со значительно худшими антеннами и условиями распространения сигнала (поляризацией и т.п.).

3. В мобильном устройстве программный контроллер, описанный далее со ссылками на фиг. 3, обеспечивает своевременный перевод соединения (переключение) на следующую базовую станцию, например 21, 23 или 22, в каждом случае, когда качество соединения с используемой в данный момент базовой станцией падает ниже заранее определенного уровня, когда качество соединения с другой базовой станцией оказывается выше, чем качество соединения с используемой в данный момент базовой станцией, или когда такое переключение становится желательным по другим параметрам качества соединения. Такие параметры также могут быть результатом функционирования мобильного устройства, например основаны на его положении в туннеле.

Ниже следует описание отдельных шагов способа переключения связи на примере одного из вариантов осуществления изобретения. Вследствие того, что всем базовым станциям 21, 22 и 23 выделен один и тот же канал для общей идентификации в сети, мобильному устройству не нужно производить активный поиск новых базовых станций на других частотах. Это позволяет исключить процесс сканирования, занимающий весьма значительное время. В нормальном режиме работы функцию активного сканирования мобильного устройства отключают. Вместо этого мобильное устройство сначала производит поиск альтернативных базовых станций в уже активном канале. Только в случае, если базовые станции не будут найдены в данном канале, возможно, что настройка конфигурации позволит произвести последующее полное сканирование, которое также может быть тогда связано с переключением каналов.

Другое преимущество такого решения заключается в получении возможности использования других каналов для альтернативных функций: так, для различных целей могут быть созданы совершенно отдельные сети при полном отсутствии помех радиочастотных сигналов между ними.

Мощность передачи и конфигурацию антенн (в частности, диаграмму направленности и коэффициент усиления антенн) базовых станций выбирают таким образом, чтобы свести долю передаваемой мощности, теряемую в результате отражений, к минимуму. Зона 25 перекрывания для двух антенн, например, в базовых станциях 21 и 22, должна быть выбрана так, чтобы обеспечить надежное переключение без прерывания связи при наибольшей предполагаемой скорости движения мобильного устройства.

Предусмотренный в мобильном устройстве программный контроллер обеспечивает максимально быстрое переключение на следующую базовую станцию, как только качество соединения падает ниже заранее установленного или динамически определяемого порогового значения. Измерение качества соединения производится постоянно в процессе обмена данными, а также посредством сигналов калибровочных измерений (также называемых контрольными сигналами), которые регулярно передает каждая из базовых станций, и при помощи которых мобильное устройство (клиент) может определить качество соединения, даже не производя обмен данными.

В данном контексте возможно использование нескольких разных способов измерения качества соединения.

1. В мобильном устройстве: измерение напряженности принимаемого поля от подключенной в дан

- 3 016000 ный момент базовой станции.

2. В мобильном устройстве: измерение отношения сигнал-шум для подключенной в данный момент базовой станции.

3. В базовой станции: измерение качества приема и отношения сигнал-шум для соединения с мобильным устройством и передача полученных значений мобильному устройству, которое затем принимает решение о моменте переключения на другую базовую станцию с возможным использованием параметров, самостоятельно определенных им в соответствии с пп. 1 и 2. Также может быть произведено измерение положения мобильного устройства, в частности, с использованием триангуляционной или трехсторонней навигации или на основании напряженности поля и отношения сигнал-шум данной и других базовых станций. В данном процессе возможен ввод опорных значений способом обучения в рамках единого процесса измерений.

Для обеспечения возможности учета при принятии решения измерений качества соединения с обеих сторон (т.е. как передачи радиочастотного сигнала от клиента к базовой станции, так и качества соединения базовой станции с клиентом), клиент может передавать в базовую станцию тестовое сообщение. Базовая станция возвращает такое сообщение клиенту с добавлением к данным измеренных значений качества соединения. Таким образом, клиент может использовать в принятии решения данные о качестве приема переданного им сообщения базовой станцией. Это особенно необходимо при работе в асимметричных условиях распространения радиочастотных сигналов, например, вследствие разных коэффициентов усиления антенн или разных выходных мощностей.

Мобильное устройство также может осуществлять переключение на новую базовую станцию без какого-либо промежуточного поиска всех доступных базовых станций (так называемого сканирования). Кроме того, переключение может быть произведено на основе оценки данных о положении в шахте, например, относительно заранее определенных точек и (в случае транспортных средств) измерений пройденного расстояния (пройденного пути и траектории движения). Такая операция соответствует проверке положения по (виртуальной) карте. Для этого могут быть предусмотрены шлюзы, такие как шлюзы радиочастотной идентификации (Вабю Бтециепсу ИепййсаРоп, КЕШ) или петли индуктивности, обеспечивающие определение положения.

Другая возможность регулировки мощности передачи базовой станции может быть реализована при помощи следующей процедуры: в оптимальном варианте все базовые станции работают в одном и том же канале. Таким образом, наличие всего одного канала позволяет исключить переключение каналов в (единственном) приемнике мобильного устройства.

Каждая из базовых станций передает на установленной частоте сигнал, свидетельствующий об активности, и называемый далее контрольным сигналом, через заранее заданные промежутки времени, например, равные 100 мс или 5 с. Такие контрольные сигналы содержат в кадре данных информацию о базовой станции, такую как адрес МАС и/или сетевой идентификатор.

Каждая из базовых станций пытается принять маркерные импульсы (контрольные сигналы) соответствующих соседних базовых станций. Таким образом они получают информацию о мощности передачи. Однако прием таких маркерных импульсов может происходить на весьма большом пространстве, что не подходит для устойчивого соединения с мобильным устройством.

Поскольку в оптимальном варианте все базовые станции (или точки доступа) настроены на одну и ту же частоту, оценивающий модуль базовой станции может постоянно принимать контрольные сигналы всех базовых станций в радиусе приема в заранее определенные интервалы времени.

По принятым импульсам каждая из базовых станций может определить напряженности принимаемых полей соседних базовых станций. Эту информацию передают обратно передающей базовой станции по стационарной сети. Таким образом, передающая базовая станция получает от всех соседних с нею базовых станций информацию о наличии и качестве приема ими передаваемого ею сигнала. Если напряженность поля для всех необходимых соседних базовых станций превышает заранее определенное пороговое значение (которое в каждом конкретном случае зависит от удаления и мощности антенн отдельных базовых станций), то базовая станция автоматически уменьшает мощность передачи. Если же напряженность поля оказывается ниже заранее установленных пороговых значений (также зависящих от удаления и мощности антенн конкретных базовых станций), или соседняя базовая станция не получает контрольные сигналы, то базовая станция увеличивает свою мощность передачи.

Информация, обеспечиваемая данной функцией, также может быть использована для выявления показателей состояния системы: например, если базовая станция на долгое время перестает распознавать сигналы от соседней базовой станции, или если увеличение мощности передачи перестает приводить к повышению видимости станции ее соседями, это может указывать на неисправность антенн.

Указанный оценивающий модуль в рамках настоящего изобретения может быть осуществлен в составе драйвера сетевой карты или вне такого драйвера, в прикладной программе.

Статистические данные таких сетевых функций направляются в центральные серверы, которые обеспечивают возможность дистанционной регулировки данного способа калибровки и управления им. Однако данный способ может быть использован и децентрализованным образом отдельными базовыми

- 4 016000 станциями, например, на основе установленного времени. Другими словами, мощность передачи каждой из базовых станций регулируют так, чтобы обеспечить по возможности минимальное перекрывание создаваемых зон покрытия между мобильными станциями и базовыми станциями. Для этого все соседние базовые станции в каждом случае измеряют напряженность принимаемого поля маркерных импульсов, передаваемых каждой из указанных базовых станций, а результаты измерений используют для последующих операций управления, в которых мощность передачи указанной базовой станции регулируют так, чтобы получить уровень напряженности принимаемого поля в интервале измерений.

Каждая из мобильных станций также может определить напряженность принимаемого поля от соседних базовых станций посредством принятых импульсов. Оценивающий модуль мобильной станции определяет момент, в который становится необходимым переключение на другую базовую станцию (точку доступа), по напряженности поля контрольных сигналов или по другим элементам информации о качестве, например, по отношению сигнал-шум. Такое решение может быть принято по наибольшему или наилучшему значению напряженности поля или отношения сигнал-шум; или же процедура сравнения индивидуальных значений для переключения мобильного устройства может быть приведена в действие только при падении такого значения ниже соответствующего порогового значения.

В частности, во избежание потери данных при роуминге операция переключения может быть осуществлена следующим образом. Для этого необходимо обеспечить отсутствие потерянных кадров данных и кадров данных с неясным маршрутом отправитель-получатель. Для решения данной задачи используют явную отмену регистрации потока данных на старой базовой станции и регистрацию на новой базовой станции.

В рамках данной процедуры мобильная станция отменяет свою регистрацию (аутентификацию) на старой базовой станции. Базовая станция прекращает соединение. После прекращения соединения также прекращается привязка мобильной станции к базовой станции.

Мобильная станция производит регистрацию на новой базовой станции. В данной операции в соответствии с известными схемами может быть произведен обмен ключами, используемыми для обеспечения защиты передачи данных. В альтернативном варианте обмен такими ключами может быть произведен заранее, и ключи могут быть сохранены в мобильном устройстве для ускорения процедуры регистрации. Затем мобильная станция получает разрешение на установление соединения с базовой станцией для обмена данными. На следующем этапе устанавливается привязка мобильной станции к новой базовой станции. С этого момента поток данных идет через новую базовую станцию.

Если обе базовые станции (и мобильная станция) работают в одном и том же канале, данный процесс может занимать, например, 2,5 мс. Это означает, что вышеописанное использование единого канала и стандартной процедуры обеспечивает возможность крайне быстрого и надежного переключения на новую базовую станцию.

В данном способе по изобретению с целью ускорения общей последовательности намеренно опущены некоторые шаги последовательности, определенные стандартом. Исключение таких шагов (например, сканирования каналов) является результатом ограничения выбора канала и оптимизации переключения и регистрации (аутентификации).

Вместо качества соединения или в дополнение к данному параметру в качестве критерия принятия решения также может быть использована последовательность базовых станций; в данном варианте в мобильную станцию загружают план, содержащий последовательность базовых станций и их однозначные идентификаторы (адреса МАС). Кроме того, при необходимости также могут сохранены напряженности принимаемого поля от конкретных базовых станций, по которым затем можно определить положение мобильного устройства в туннеле 11 или 12. Таким образом, мобильное устройство получает информацию о своем положении, в результате чего она может, не производя поиска, надежно определить следующую базовую станцию для переключения и впоследствии установить с нею соединение.

Другая возможность измерения качества соединения без проведения самостоятельного поиска связана с использованием второго принимающего модуля, используемого исключительно для проверки качества соединения с разными базовыми станциями. Программный контроллер оценивает значения, полученные таким приемником, и предлагает программному контроллеру мобильного устройства установить новое соединение.

Если такой принимающий модуль также содержит передатчик (в таком случае он представляет собой приемопередающее устройство и, следовательно, содержит полный сетевой интерфейс), мобильное устройство также может попеременно использовать оба сетевых интерфейса, производя переключение между ними на уровне приложений.

Если по каким-либо причинам оптимизированное принятие решения не может быть произведено, для поиска базовой станции используют полное сканирование, определенное в соответствии со способом, обычно применяемым в беспроводных локальных сетях, причем в таком случае соединение в данном канале также может быть разорвано, если это необходимо. Полное сканирование также может быть произведено при включении системы. Данный процесс автоматически настраивает систему на использование выбранного канала. В альтернативном варианте такой канал может быть установлен в мобильном устройстве на постоянной основе.

- 5 016000

На фиг. 3 представлена блок-схема способа по одному из вариантов осуществления изобретения. Первый программный модуль 41 периодически или непрерывно производит измерения качества соединения. Для этого либо измеряют качество соединения в потоке данных, либо измеряют напряженность поля контрольных сигналов, регулярно принимаемых всеми базовыми станциями. При помощи таких контрольных сигналов каждая из базовых станций (периодически) предоставляет мобильным станциям информацию о возможностях доступа к ней. Результаты измерений сравнивают с сохраненными данными на шаге сравнения 42. Пока качество соединения остается достаточно высоким (устойчивое сетевое соединение), измерения 41 качества соединения не приводят ни к каким действиям (стрелка 43) кроме возобновления измерений в соответствии с конфигурацией системы.

Если же модуль 42 сравнения определяет, что качество соединения упало ниже заранее установленного уровня (стрелка 44), то мобильное устройство производит краткий поиск доступных базовых станций на заданной частоте (модуль 45). Такой опрос может быть внутренним, производимым в памяти мобильного устройства, или внешним, на имеющейся базовой станции, а также, в альтернативном варианте, использовать и внутренний, и внешний опрос в заранее установленном порядке. Затем в модуле 45 производят измерения возможного качества соединения, результат которых передают в следующий модуль 46 сравнения. При наличии базовой станции с лучшим значением показателя качества (в качестве которого могут быть использованы, например, напряженность поля или отношение сигнал-шум) мобильная станция переключает активное соединение на новую базовую станцию (стрелка 47). В данном случае модуль 48, по существу, представляет собой вышеупомянутый модуль 41 измерений. Если качество соединения с возможной новой базовой станцией не выше или даже ниже, чем качество используемого в данный момент соединения, управление возвращается (49) к модулю 45 измерений, после чего последний через короткий интервал заново начинает измерения и производит опрос.

Поскольку такая процедура происходит быстро и частично может проходить параллельно с потоком данных, практически никакого прерывания потока данных, как при осуществлении сканирования по известным технологиям, нельзя обнаружить. Таким образом, данный способ также может быть использован в приложении к машинам, которые быстро изменяют направление движения, и, например, движутся по криволинейным траекториям. Данное преимущество весьма значительно при использовании в соответствующем оборудовании всего одного канала, т. к. время изменения может составлять всего несколько миллисекунд.

Сбой в операции смены базовой станции при помощи данного способа в условиях устойчивой сети может происходить только по одной причине, а именно, из-за отказа базовой станции или повреждения антенн. В таком случае, дополнительно производят полное сканирование по известным технологиям до тех пор, пока сетевое соединение не будет восстановлено.

В соответствии с другим примером осуществления изобретения дальнейшее преимущество связано с процедурой, которая может быть произведена при наличии ограниченных зон, как в случае подземных шахтных сооружений. В таком случае, изобретение использует тот факт, что мобильное устройство, портативное или установленное на машинах, циклически используют в некоторых ограниченных зонах шахты. Данное обстоятельство также ограничивает число базовых станций, необходимых в рабочем цикле или цикле перемещений.

В процессе перемещения мобильного устройства оно производит регистрацию на каждой базовой станции, которая попадает в зону его досягаемости, т. е. может распознавать контрольные сигналы, один раз (например, во время первого хода машины) или, в качестве предосторожности, при каждом ходе. В данном контексте такую регистрацию производят до выполнения собственно операций роуминга и на самом деле по подозрению, т.е. в целях возможного последующего установления соединений.

Затем, если мобильное устройство получает информацию о том, к какой точке доступа оно должно переключиться, вышеописанная последовательность изменяется следующим образом: при оставлении данной базовой станции в процессе роуминга вместо отмены регистрации производят лишь отмену привязки. Другими словами, регистрацию (аутентификацию) сохраняют. Вместо регистрации на новой базовой станции производят передачу на новую базовую станцию сообщения привязки, т.к. регистрация уже существует (кроме случая первого прохода). Данная процедура ускоряет роуминг и обеспечивает высокую надежность работы в случаях быстро перемещающихся машин и резких изменений в покрытии беспроводной локальной сети.

Помимо описанного варианта осуществления с использованием одного канала данные способы также могут быть использованы в случае нескольких каналов, в частности, если сканирование может быть произведено полностью параллельно обмену данными, например, при наличии второго приемника.

Дополнительная возможность применения данной системы связана с использованием сетевой информации (о том, какие клиентские устройства расположены вблизи базовой станции или другого клиента), например, для выявления возможных столкновений с персоналом или другими машинами и выдачи соответствующих предупреждений или отключения оборудования.

Другие функции мобильного устройства могут быть использованы для регистрации качества инфраструктуры беспроводной локальной сети и их дальнейшей виртуальной обработки в виде карты

- 6 016000 покрытия беспроводной локальной сети в центральных системах. Непрерывное или регулярное периодическое проведение таких операций обеспечивает возможность обнаружения, например, отказов базовых станций или неисправностей антенн или отклонения их настройки от оптимальной. Такие ошибки могут быть обнаружены прежде, чем они окажут негативное влияние на работу системы.

Claims (12)

1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

   1. Система мобильной связи в подземных сооружениях, содержащая несколько базовых станций, расположенных на определенном расстоянии одна от другой внутри систем (11,12) туннелей, по существу, по направлению осей туннелей, причем зоны (16) покрытия соседних базовых станций (21, 22, 23) имеют зоны (25) перекрывания, отличающаяся тем, что все базовые станции (21, 22, 23) настроены на работу в одном общем канале, а каждая мобильная станция выполнена с возможностью выбора используемой базовой станции на основании сигнала качества соединения.
2. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что базовые станции (21) расположены на пересечениях (13) или, соответственно, в точках поворота хода туннеля системы туннелей.
3. 3. Система по п.1 или 2, отличающаяся тем, что каждая базовая станция содержит одну или большее количество антенн, осуществляющих передачу и прием, по существу, по направлению продольных осей туннелей.
4. 4. Система по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что расстояние между двумя соседними базовыми станциями (21, 22, 23) выбрано так, чтобы кривые заранее определенных пороговых значений сигнала для приема такими двумя соседними базовыми станциями пересекались в зоне стен туннеля.
5. 5. Система по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что устройства связи выполнены с возможностью осуществления связи в соответствии с серией стандартов ΙΕΕΕ 802.11.
6. 6. Система по любому из пп.1-5, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью поддержания регистрации мобильных станций, расположенных в пределах ее зоны, в максимально возможном числе базовых станций, причем указанные мобильные станции в каждом случае имеют привязку к одной из таких базовых станций.
7. 7. Способ организации подземных сетей с использованием технологий беспроводных локальных сетей, включающих систему по любому из пп.1-6 и по меньшей мере одну мобильную станцию, причем все базовые станции в системе туннелей работают в одном общем канале, сеть спроектирована и настроена с обеспечением перекрывания зон покрытия, а мобильная станция выбирает используемую базовую станцию на основании сигнала качества соединения, включающий этапы, на которых периодически или непрерывно определяют при помощи мобильной станции или базовой станции, с которой установлено соединение, качество связи с базовой станцией, с которой установлено соединение; сравнивают найденное качество связи с заранее определенным пороговым значением качества связи, причем при падении найденного значения ниже указанного порогового значения качества связи мобильная станция определяет, какая из других базовых станций расположена в радиусе возможного соединения, и далее измеряют при помощи мобильной станции или указанной другой базовой станции возможное качество связи с указанной другой базовой станцией; после чего сравнивают определенное таким образом возможное качество связи с заранее определенным пороговым значением качества связи и переключают связь на новую базовую станцию в случае выявления более высокого качества связи.
8. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что качество связи определяют путем измерения напряженности принимаемого поля и/или путем измерения отношения сигнал-шум.
9. 9. Способ по п.7, отличающийся тем, что зоны покрытия между мобильными станциями и базовыми станциями, определяемые мощностью передачи каждой из базовых станций, регулируют в каждом случае путем измерения всеми соседними базовыми станциями напряженности принимаемого поля маркерных импульсов, передаваемых каждой из указанных базовых станций, и последующим управлением адаптацией мощности передачи указанной базовой станции для получения напряженности принимаемого поля в одном интервале измерений.
10. 10. Способ по п.7, отличающийся тем, что обеспечивают поддержание регистрации мобильных станций, расположенных в пределах зоны одной или более базовых станций, в максимально возможном числе базовых станций, причем указанные мобильные станции в каждом случае имеют привязку к одной из таких базовых станций.
11. 11. Способ по п.10, отличающийся тем, что все базовые станции передают маркерные импульсы, причем мобильные станции выполнены с возможностью регистрации в тех базовых станциях, маркерные импульсы которых они детектируют.
12. 12. Способ по п.10 или 11, отличающийся тем, что мобильные станции выполнены с возможностью отмены привязки к старой базовой станции в случае смены старой базовой станции на другую новую базовую станцию с целью привязки к новой базовой станции без проведения операции регистрации.