ITMI20091068A1 - Sistema di antenne commutate per una rete locale senza fili - Google Patents

Description

Titolo: Sistema di antenne commutate per una rete locale senza fili

DESCRIZIONE

La presente invenzione si riferisce in generale a reti locali (Locai Area Networks o LANs) senza fili.

Questi tipi di reti tipicamente comprendono una o più stazioni base o punti di accesso per la connessione ad una rete esterna (tipicamente cablata) ed una pluralità di stazioni. I punti di accesso tipicamente trasmettono pacchetti di informazioni ad una o più stazioni secondo un protocollo di comunicazione senza fili quali, ad esempio, quelli definiti dagli standard IEEE 802.11 e IEEE 802.16 ben noti nell'arte.

WO 2006/023239 descrive un metodo ed un sistema per la trasmissione di dati ad un nodo ricevente remoto su un collegamento senza fili. Il sistema descritto comprende un dispositivo di comunicazione per convertire pacchetti dati in segnali in radio frequenza (RF), una apparecchiatura di antenna comprendente una pluralità di elementi di antenna individualmente selezionabili ed un processore. L'apparecchiatura di antenna comprende un dispositivo selettore per accoppiare in modo selettivo uno o più degli elementi di antenna al dispositivo di comunicazione in modo da ottenere diverse figure di radiazione, denominate anche configurazioni di antenna. Il processore à ̈ atto a creare una tabella per ciascun nodo ricevente remoto che include dati relativi alla qualità di collegamento ottenuta per ciascuna configurazione di antenna. Tali dati sono ad esempio la frequenza di successo e l'indicatore di intensità del segnale ricevuto (received signal strength indicator o RSSI), come misurato, ad esempio, su un pacchetto ACK (secondo lo standard IEEE 802.11) ricevuto dal nodo ricevente remoto in risposta ad un pacchetto trasmesso al nodo ricevente remoto. Secondo il metodo descritto, quando il sistema deve trasmettere un pacchetto ad un nodo ricevente remoto, il processore seleziona la configurazione di antenna da utilizzare per la trasmissione di tale pacchetto sulla base dei dati contenuti nella tabella associata a quel nodo ricevente. Ad esempio, il processore può scegliere la configurazione di antenna che consente di ottenere la migliore frequenza di successo o il miglior RSSI. Alla ricezione di un pacchetto di ACK dal nodo ricevente remoto, in risposta al pacchetto trasmesso, il processore à ̈ atto ad aggiornare i dati contenuti nella tabella. Se il nodo ricevente remoto non riceve il pacchetto, il processore ritrasmette il pacchetto utilizzando un'altra configurazione di antenna opportunamente scelta dalla tabella. Dopo che un numero consecutivo di pacchetti à ̈ stato trasmesso con successo, il metodo descritto da WO 2006/023239 prevede che per la trasmissione di un pacchetto venga sondata una configurazione di antenna di test non utilizzata. Ciò consente di aggiornare i dati della tabella che sono relativi a configurazioni di antenna non utilizzate.

US 2007/0042715 descrive una rete senza fili comprendente una pluralità di stazioni ed un punto di accesso per connettere le stazioni ad una infrastruttura di rete fissa. Il punto di accesso comprende un sistema di antenne configurabile che può essere configurato secondo un certo numero di configurazioni di antenna. Il punto di accesso opera ciclicamente secondo un modo di funzionamento normale ed un modo di ottimizzazione di antenna. Il modo di ottimizzazione di antenna à ̈ utilizzato dal punto di accesso per raccogliere, per ogni stazione, dati relativi alla qualità del segnale in ogni possibile configurazione di antenna e memorizzarli in una apposita tabella. Durante il modo di funzionamento normale, il punto di accesso può operare secondo tre stati operativi: un primo stato in cui il punto di accesso trasmette pacchetti ad una stazione; un secondo stato in cui il punto di accesso riceve pacchetti da una stazione ed un terzo stato in cui il punto di accesso à ̈ inattivo ("idle"). Nel primo e secondo stato il punto di accesso utilizza la configurazione di antenna che, secondo i dati memorizzati nella suddetta tabella, consente di ottenere il collegamento migliore con la stazione. Nel terzo stato, il punto di accesso utilizza la configurazione di antenna che, secondo i dati memorizzati nella suddetta tabella, consente di ottenere in media il collegamento migliore con tutte le stazioni.

WO 2008/077113 descrive una rete senza fili comprendente una pluralità di stazioni ed un punto di accesso per connettere le stazioni ad una infrastruttura di rete fissa. Il punto di accesso comprende un sistema di antenne configurabile che può essere configurato in modo da generare un certo numero di configurazioni di antenna. In una forma di realizzazione MIMO (multiple-in, multipleout), il punto di accesso comprende più catene (paths) di ricezione/trasmissione collegabili ciascuna, mediante commutatore, ad una di due antenne. Il punto di accesso opera ciclicamente secondo un modo di funzionamento normale ed un modo di ottimizzazione di antenna. Il modo di ottimizzazione di antenna à ̈ utilizzato dal punto di accesso per raccogliere, per tutte le stazioni, dati relativi alla qualità del segnale ottenuti per tutte le catene di ricezione/trasmissione in tutte le possibili relative configurazioni di antenna e memorizzarli in una apposita matrice di connessione.

La Richiedente osserva che il sistema descritto da WO 2006/023239 ha i seguenti svantaggi. La creazione, l'utilizzo ed, in particolar modo, l'aggiornamento continuo di una tabella che contiene dati relativi alla qualità di collegamento per ciascuna configurazione di antenna comporta un sovraccarico (overhead) applicativo ed una riduzione della massima velocità media di trasmissione di dati utili (ovvero del massimo throughput) del sistema. Inoltre, quando il processore sonda la trasmissione di un pacchetto su una configurazione di antenna di test, potrebbe succedere che tale configurazione di test non abbia successo e che il pacchetto non venga ricevuto dal nodo ricevente remoto, con conseguente perdita dei dati trasmessi. Se anche -per evitare di perdere dati- il processore prova a rinviare il pacchetto perso al nodo ricevente su altre configurazioni di antenna fino a che non ne trova una che dia buon esito, tale processo di ritrasmissione comporta un aumento dell'overhead applicativo ed una ulteriore riduzione di throughput del sistema .

La Richiedente osserva inoltre che questo documento descrive un sistema comprendente un unico dispositivo di comunicazione (ovvero un'unica catena di ricezione/trasmissione) a cui possono essere collegate una o più antenne alla volta per ottenere diverse configurazioni di antenna.

Per quanto riguarda i sistemi descritti da US 2007/0042715 e WO 2008/077113, la richiedente osserva che essi sono svantaggiosi perché la creazione, l'utilizzo ed, in particolar modo, l'aggiornamento continuo di una tabella che contiene dati relativi alla qualità di collegamento per tutte o gran parte delle configurazioni di antenna possibili comporta un overhead applicativo ed una riduzione di throughput del sistema. Inoltre, il funzionamento ciclico secondo una modalità di ottimizzazione di antenna, che prevede l'interruzione del normale traffico dati, comporta un aumento dell'overhead applicativo ed una ulteriore riduzione di throughput del sistema.

La Richiedente si à ̈ posta il problema tecnico di aumentare la copertura di un dispositivo di comunicazione senza fili per servizi che richiedono elevato throughput limitando al contempo 1'overhead applicativo in termini computazionali e/o in termini di trasmissione di comunicazioni aggiuntive.

La Richiedente ha trovato che tale problema può essere risolto facendo funzionare il dispositivo di comunicazione senza fili secondo una modalità "normale" ed una modalità "di test". Nella modalità normale i ricetrasmettitori del dispositivo vengono connessi ad un sottoinsieme di antenne. Viene inoltre valutata la qualità di collegamento, cosicché le antenne utilizzate possono essere suddivise in sottoinsiemi a seconda della qualità valutata. Nella modalità di test un sottoinsieme dei ricetrasmettitori rimane connesso al corrispondente sottoinsieme di antenne che hanno dato la migliore qualità di collegamento, e la restante parte dei ricetrasmettitori viene connessa ad un numero corrispondente di antenne, almeno in parte diverso da quelle che hanno dato qualità peggiore, andando così alla ricerca di una migliore configurazione.

In un suo primo aspetto la presente invenzione riguarda un metodo per ricetrasmettere pacchetti dati in un dispositivo di comunicazione senza fili, detto dispositivo comprendendo M ricetrasmettitori, con M≥2, N antenne, con N>M, collegabili ciascuna ad almeno uno degli M ricetrasmettitori, ed un sistema di commutazione atto a connettere ciascuno di detti M ricetrasmettitori ad una sola di dette N antenne alla volta, il metodo comprendendo:

a) far funzionare il dispositivo secondo una modalità normale in cui:

al) si connettono gli M ricetrasmettitori ad M di dette N antenne così da formare M catene per la ricetrasmissione di pacchetti dati da/verso un altro dispositivo di comunicazione su un collegamento senza fili;

a2) si determinano valori indicativi di qualità del collegamento senza fili per le M antenne così connesse; b) al termine della modalità di funzionamento normale, far funzionare il dispositivo secondo una modalità di test in cui:

bl) tra dette M antenne, si distinguono m antenne migliori, che durante la modalità di funzionamento normale hanno dato valori indicativi di qualità migliori, da M-m antenne peggiori, che durante la modalità di funzionamento normale hanno dato valori indicativi di qualità peggiori, in cui 1 < m ≤ M-l;

b2) si connettono m degli M ricetrasmettitori a dette m antenne migliori e gli altri M-m ricetrasmettitori a rispettive M-m antenne di test, selezionate tra dette N antenne e almeno in parte diverse dalle M-m antenne peggiori;

b3) si determinano valori indicativi di qualità del collegamento senza fili almeno per le M-m antenne di test;

c) al termine della modalità di funzionamento di test, individuare le antenne migliori, in termini di valori indicativi di qualità di collegamento, tra le M-m antenne di test e le M-m antenne peggiori individuate in bl);

d) riprendere l'esecuzione del metodo partendo da a) in cui in al) gli M ricetrasmettitori vengono collegati alle m antenne migliori individuate in bl) ed alle M-m antenne migliori individuate in c).

L'invenzione consente di migliorare la copertura per servizi che richiedono elevato throughput (ad esempio, servizi di trasmissione video ad alta definizione ad almeno 10 Mbit/s) mediante un algoritmo che, rispetto alle soluzioni della tecnica nota sopra descritte, comporta un basso overhead applicativo senza impattare sui costi del dispositivo.

Infatti, considerato che ciascuno di detti M ricetrasmettitori può essere connesso ad una sola di dette N antenne alla volta e che -durante le modalità di funzionamento di test in cui M-m ricetrasmettitori sono collegati ad M-m antenne di test- gli altri m ricetrasmettitori sono collegati alle m antenne migliori, l'invenzione consente di garantire sempre una qualità minima di collegamento (pari a quella garantita dalle m antenne migliori), anche durante le fasi di test in cui le M-m antenne di test potrebbero avere qualità di collegamento molto scarse e comportare (in caso la trasmissione/ricezione fosse basata solo su tali antenne) la perdita dei pacchetti dati in arrivo.

Grazie a ciò, le fasi di test possono essere effettuate durante la normale ricetrasmissione dati del dispositivo. Ciò elimina la necessità delle soluzioni della tecnica nota di interrompere il normale traffico dati durante la modalità di test di ottimizzazione di antenna.

Inoltre, rispetto alle soluzioni note che richiedono, per ogni stazione associata ad un punto di accesso, la creazione, l'utilizzo ed, in particolar modo, l'aggiornamento continuo di una tabella che contenga dati relativi alla qualità di collegamento per tutte o gran parte delle configurazioni di antenna possibili, l'invenzione richiede la gestione di un numero ridotto di risorse.

Nel corso della presente descrizione, l'espressione "catena di ricetrasmissione" Ã ̈ usata per indicare una qualsiasi connessione tra un ricetrasmettitore ed una singola antenna che consente la ricetrasmissione di dati in un dispositivo di comunicazione senza fili;

"antenna" à ̈ utilizzata per indicare una singola struttura passiva, eventualmente composta da più elementi radianti, avente diagramma di radiazione non variabile;

"antenna direzionale" Ã ̈ utilizzata per indicare un'antenna avente un diagramma di radiazione non isotropo, tipicamente su uno stesso piano di riferimento di interesse;

"antenna omnidirezionale" Ã ̈ utilizzata per indicare un'antenna avente un diagramma di radiazione sostanzialmente isotropo, almeno su un piano di riferimento di interesse;

"copertura" à ̈ utilizzata per indicare un'area in cui una coppia di dispositivi di comunicazione senza fili à ̈ in grado di instaurare un collegamento dati ad un determinato valore di throughput (ad esempio, un valore di throughput per servizi di trasmissione video ad alta definizione può essere di 10 Mbit/s);

"throughput" o "velocità media di trasmissione di dati utili" di un dispositivo à ̈ utilizzata per indicare la quantità di dati utili che il dispositivo riesce effettivamente a trasmettere in una unità di tempo (tipicamente espressa in Mbit/s) . In un sistema di trasmissione con accesso a divisione di tempo (come, ad esempio, quello previsto dallo standard IEEE 802.11) ogni dispositivo può accedere in modo esclusivo al mezzo di trasmissione per la comunicazione con un altro dispositivo per un determinato intervallo di tempo. Tale intervallo di tempo viene utilizzato per la ricetrasmissione di dati utili da/verso l'altro dispositivo e per effettuare comunicazioni di servizio ed operazioni di servizio che dipendono dal protocollo di comunicazione utilizzato. Maggiore à ̈ il tempo impiegato per effettuare tali comunicazioni ed operazioni di servizio, minore à ̈ il tempo rimanente da utilizzare per la ricetrasmissione di dati utili,

"overhead" Ã ̈ utilizzata per indicare, in generale, la differenza tra il bit rate di trasmissione (ad esempio di 54 Mbit/s) ed il throughput. Tipicamente, l'overhead si compone di due parti, ovvero:

• l'overhead di protocollo, che à ̈ indicativo della quantità di comunicazioni ed operazioni di servizio necessarie ad implementare lo specifico protocollo di comunicazione utilizzato (ad esempio invio e/o trasmissione di messaggi di ACK, di "beacon", di informazioni di intestazione (header), e simili), mentre

· l'overhead applicativo à ̈ indicativo della quantità di comunicazioni ed operazioni di servizio necessarie ad implementare applicazioni specifiche gestibili dal dispositivo.

Preferibilmente, le N antenne sono del tipo direzionale in un determinato piano di riferimento.

Preferibilmente, m ≤ N-M.

Preferibilmente, la modalità di funzionamento normale ha una durata determinata che à ̈ maggiore di una durata determinata della modalità di funzionamento di test.

Secondo una forma di realizzazione, la durata della modalità di funzionamento normale termina quando à ̈ trascorso un periodo di tempo Tr e la durata determinata della modalità di funzionamento di test termina quando à ̈ trascorso un periodo di tempo Tu, con Tr>Tu.

Secondo una forma di realizzazione alternativa, la durata della modalità di funzionamento normale termina dopo la ricezione da parte del dispositivo di un numero P di pacchetti dati e la durata determinata della modalità di funzionamento di test termina dopo la ricezione da parte del dispositivo di un numero R di pacchetti, con P>R.

Secondo una forma di realizzazione preferita, la durata della modalità di funzionamento normale termina al verificarsi della prima di due condizioni: ricezione da parte del dispositivo di un numero P di pacchetti dati e termine di un periodo di tempo Tr. Inoltre, la durata determinata della modalità di funzionamento di test termina al verificarsi della prima di due condizioni: ricezione da parte del dispositivo di un numero R di pacchetti dati e termine di un periodo di tempo Tu.

Secondo una forma di realizzazione, che à ̈ vantaggiosa in particolar modo quando il dispositivo à ̈ un punto di accesso, in a2) e/o in b3) almeno parte dei valori indicativi di qualità viene determinata sulla base di pacchetti dati di acknowledgement.

Preferibilmente, in a2) i pacchetti dati di acknowledgement vengono elaborati per un periodo di tempo che à ̈ inferiore alla durata della modalità di funzionamento normale.

Secondo una forma di realizzazione, che à ̈ vantaggiosa in particolar modo quando il dispositivo à ̈ un punto di accesso, in a2) ed in b3) almeno parte dei valori indicativi di qualità viene determinata sulla base di pacchetti dati fittizi.

Tipicamente, in a2) i valori indicativi della qualità di collegamento vengono determinati su pacchetti dati ricevuti dal dispositivo, provenienti dall'altro dispositivo di comunicazione senza fili.

Tipicamente, in b3) i valori indicativi della qualità di collegamento vengono determinati su pacchetti dati ricevuti dal dispositivo, provenienti dall'altro dispositivo di comunicazione senza fili.

Tipicamente, in al) le M antenne sono selezionate secondo una combinazione scelta tra una pluralità di combinazioni possibili delle N antenne.

Tipicamente, in b2) vengono complessivamente collegate M antenne secondo una combinazione scelta tra la pluralità di combinazioni possibili delle N antenne.

Vantaggiosamente, in bl) vengono considerati i valori indicativi di qualità più recenti.

Vantaggiosamente, in c) vengono considerati i valori indicativi di qualità più recenti.

Vantaggiosamente, nel caso in cui il dispositivo di comunicazione senza fili sia associato ad una pluralità di ulteriori dispositivi di comunicazione senza fili, alla ricezione di un pacchetto dati proveniente da un dispositivo x della pluralità di ulteriori dispositivi, si controlla se il dispositivo sta funzionando secondo la modalità normale o la modalità di test. In caso di funzionamento in modalità normale, si esegue al) connettendo gli M ricetrasmettitori alle m migliori antenne individuate durante l'esecuzione più recente di bl) in relazione al dispositivo x ed alle M-m migliori antenne individuate durante l'esecuzione più recente di c) in relazione al dispositivo x. Inoltre, si esegue a2) determinando i valori indicativi di qualità per il pacchetto dati ricevuto ed associando i valori determinati al dispositivo x.

In caso di funzionamento in modalità di test, si esegue bl) facendo la distinzione sulla base di valori indicativi di qualità associati al dispositivo x. Inoltre, si esegue b2) connettendo gli M ricetrasmettitori alle m migliori antenne individuate durante l'esecuzione più recente di bl) in relazione al dispositivo x e ad M-m antenne di test. Inoltre, si esegue b3) determinando i valori indicativi di qualità per il pacchetto dati ricevuto ed associando i valori determinati al dispositivo x.

Vantaggiosamente, quando il dispositivo di comunicazione senza fili à ̈ associato alla pluralità di ulteriori dispositivi di comunicazione senza fili, c) viene eseguita per ogni dispositivo della pluralità di ulteriori dispositivi .

Vantaggiosamente, in caso di trasmissione di un pacchetto dati dal dispositivo ad un dispositivo x della pluralità di ulteriori dispositivi, il metodo comprende la connessione degli M ricetrasmettitori alle m migliori antenne individuate durante l'esecuzione più recente di bl) in relazione al dispositivo x ed alle M-m migliori antenne individuate durante l'esecuzione più recente di c) in relazione al dispositivo x, indipendentemente dal fatto che il dispositivo stia funzionando secondo la modalità normale o la modalità di test.

In un suo secondo aspetto, la presente invenzione riguarda un dispositivo di comunicazione senza fili comprendente M ricetrasmettitori, con M≥2; N antenne, con N>M, collegabili ciascuna ad almeno uno degli M ricetrasmettitori; un sistema di commutazione atto a connettere ciascuno di detti M ricetrasmettitori ad una sola di dette N antenne alla volta; e moduli atti a:

a) far funzionare il dispositivo secondo una modalità normale in cui:

al) si connettono gli M ricetrasmettitori ad M di dette N antenne così da formare M catene per la ricetrasmissione di pacchetti dati da/verso un altro dispositivo di comunicazione su un collegamento senza fili;

a2) si determinano valori indicativi di qualità del collegamento senza fili per le M antenne così connesse; b) al termine della modalità di funzionamento normale, far funzionare il dispositivo secondo una modalità di test in cui:

bl) tra dette M antenne, si distinguono m antenne migliori, che durante la modalità di funzionamento normale hanno dato valori indicativi di qualità migliori, da M-m antenne peggiori, che durante la modalità di funzionamento normale hanno dato valori indicativi di qualità peggiori, in cui 1 ≤ m ≤ M-l;

b2) si connettono m degli M ricetrasmettitori a dette m antenne migliori e gli altri M-m ricetrasmettitori a rispettive M-m antenne di test, selezionate tra dette N antenne e almeno in parte diverse dalle M-m antenne peggiori;

b3) si determinano valori indicativi di qualità del collegamento senza fili almeno per le M-m antenne di test;

c) al termine della modalità di funzionamento di test, individuare le antenne migliori, in termini di valori indicativi di qualità di collegamento, tra le M-m antenne di test e le M-m antenne peggiori individuate in bl); e d) ritornare in a) in cui in al) gli M ricetrasmettitori vengono collegati alle m antenne migliori individuate in bl) ed alle M-m antenne migliori individuate in c).

II dispositivo può essere una stazione e/o un punto di accesso di una rete di comunicazione locale senza fili.

Secondo una forma di realizzazione, che à ̈ vantaggiosa in particolar modo quando il dispositivo à ̈ un punto di accesso, il dispositivo comprende una unità di controllo che durante la modalità di funzionamento normale à ̈ configurata in modo da elaborare pacchetti dati di acknowledgemnt, su cui determinare in a2) i valori indicativi di qualità del collegamento senza fili per le M antenne, per un periodo di tempo che à ̈ inferiore alla durata della modalità di funzionamento normale. In questa forma di realizzazione, l'unità di controllo à ̈ configurata in modo da elaborare pacchetti dati di acknowledgemnt anche durante la modalità di funzionamento di test.

Secondo una forma di realizzazione, che à ̈ vantaggiosa in particolar modo quando il dispositivo à ̈ un punto di accesso, il dispositivo comprende una unità di controllo che à ̈ configurata in modo da elaborare pacchetti dati fittizi su cui determinare in a2) ed in b3) i valori indicativi di qualità del collegamento senza fili.

Per quanto riguarda ulteriori caratteristiche del dispositivo dell'invenzione si fa riferimento a quanto descritto sopra con riferimento al primo aspetto dell'invenzione .

In un suo terzo aspetto, la presente invenzione riguarda una rete di comunicazione locale senza fili comprendente almeno un punto di accesso ed almeno una stazione, in cui detta almeno una stazione à ̈ un dispositivo di comunicazione senza fili secondo il secondo aspetto dell'invenzione.

Tipicamente, la rete di comunicazione locale senza fili comprende una pluralità di stazioni, in cui ciascuna di detta pluralità di stazioni à ̈ un dispositivo di comunicazione senza fili secondo il secondo aspetto dell'invenzione.

Vantaggiosamente, anche detto almeno un punto di accesso à ̈ un dispositivo di comunicazione senza fili secondo il secondo aspetto dell'invenzione.

Per quanto riguarda ulteriori caratteristiche della rete dell'invenzione si fa riferimento a quanto descritto sopra con riferimento al primo e secondo aspetto dell'invenzione.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi della presente invenzione risulteranno meglio dalla seguente descrizione dettagliata di sue forme di realizzazione preferite, fatta con riferimento ai disegni allegati. In tali disegni,

- la figura 1 mostra schematicamente una rete di comunicazione locale senza fili secondo una forma di realizzazione dell'invenzione;

- la figura 2 mostra schematicamente un dispositivo di comunicazione senza fili (punto di accesso o stazione) secondo una forma di realizzazione dell'invenzione;

- la figura 3 mostra schematicamente un sistema di commutazione con un sistema di antenne secondo una prima forma di realizzazione dell'invenzione;

- le figure 4a e 4b mostrano schematicamente un sistema di commutazione con un sistema di antenne rispettivamente secondo una seconda ed una terza forma di realizzazione dell'invenzione;

- la figura 5 mostra schematicamente un esempio di una implementazione pratica della forma di realizzazione di figura 4b;

- la figura 6 mostra un diagramma di flusso di una prima forma di realizzazione di un algoritmo di comando selezione commutatori secondo l'invenzione;

- la figura 7 mostra una parte di un diagramma di flusso di una seconda forma di realizzazione di un algoritmo di comando selezione commutatori secondo 1'invenzione;

- la figura 8 mostra risultati sperimentali ottenuti con un dispositivo secondo l'invenzione ed un dispositivo comparativo secondo l'arte nota.

La figura 1 mostra una rete 1000 di comunicazione locale senza fili secondo una forma di realizzazione dell'invenzione che comprende un punto di accesso 100 ed una stazione 10.

Tipicamente, la rete 1000 à ̈ una rete di tipo residenziale e può essere installata in ambienti quali case, uffici, saloni, scuole, stazioni ferroviarie, aereoporti e simili.

La rete 1000 Ã ̈ tipicamente configurata per fornire agli utenti servizi fruibili attraverso l'accesso ad un rete esterna, come servizi di IPTV video streaming, videoconferenze, VoIP (Voice over Internet Protocol), navigazione in Internet (Internet browsing) e simili.

L'invenzione à ̈ particolarmente vantaggiosa in caso di servizi che richiedono un alto throughput quali i servizi di IPTV video streaming, in particolare quelli ad alta definizione.

Tipici valori di alto throughput sono valori >5 Mbit/s. Preferibilmente, >10 Mbit/s. Ad esempio, un alto valore di throughput può essere un valore più o meno uguale alla metà del bit rate massimo garantito dalla rete esterna. Ad esempio, nel caso in cui il bit rate massimo garantito dalla rete locale senza fili 1000 sia di 54 Mbit/s ed il bit rate massimo garantito dalla rete esterna, con accesso via modem ADSL, sia di 20 Mbit/s, un alto valore di throughput può essere rappresentato da 10 Mbit/s.

Il punto di accesso 100 e la stazione 10 sono collegati tra loro mediante un collegamento senza fili e sono configurati per comunicare tra loro secondo un protocollo di comunicazione come, ad esempio, quello definito dallo standard IEEE 802.11.

Il punto di accesso 100 e la stazione 10 comunicano tra loro a frequenze operative tipicamente dell'ordine del GHz (ad esempio, secondo lo standard IEEE 802.11, tali frequenze sono comprese tra 2-2,5 GHz o 5-6 GHz).

Il punto di accesso 100 à ̈ tipicamente collegato ad una rete esterna (ad esempio Internet) cablata. Ad esempio, il punto di accesso 100 può essere collegato alla rete esterna mediante un modem XDSL o un router (non mostrati), in cui il punto di accesso 100 può essere integrato.

Il punto di accesso 100 Ã ̈ atto a trasmettere pacchetti dati provenienti dalla rete esterna alla stazione 10.

La stazione 10 Ã ̈ tipicamente collegata ad un dispositivo utente quali un Personal Computer, un set-topbox (ad esempio un decoder IPTV) e simili.

Tipicamente, la stazione 10 à ̈ un'entità separata dal dispositivo utente. Tuttavia, à ̈ contemplato anche il caso di stazione 10 integrata nel dispositivo utente.

Come mostrato in figura 2, il punto di accesso 100 e la stazione 10 comprendono ciascuno un sistema di antenne 110, un sistema di commutazione 120, un sistema di ricezione/trasmissione 130, una unità di controllo 140 ed una interfaccia cablata 150.

L'unità di controllo 140 comprende, tipicamente, una CPU e dispositivi di memoria atti a memorizzare dati ed appositi software di controllo.

L'unità di controllo 140, in generale, à ̈ adatta ad elaborare i pacchetti dati ricevuti dal sistema di ricezione/trasmissione 130, a convertirli in un formato adatto alla rete esterna a cui à ̈ collegato il punto di accesso 100 (o al dispositivo utente a cui à ̈ collegata la stazione 10) ed a mandarli all'interfaccia cablata 150 per spedirli alla rete esterna (o al dispositivo utente) . Inoltre, l'unità di controllo 140 à ̈ adatta ad elaborare i pacchetti dati ricevuti dalla rete esterna (o dal dispositivo utente) attraverso l'interfaccia cablata 150, a convertirli in un formato adatto alla comunicazione senza fili nella rete locale 1000 ed a mandarli al sistema di ricezione/trasmissione 130 per spedirli nella rete locale 1000. Questi tipi di elaborazioni vengono effettuate secondo tecniche ben note nell'arte per cui non verranno descritte ulteriormente nella presente descrizione.

Il sistema di antenne 110 vantaggiosamente comprende una pluralità di N antenne, con N > 2.

Preferibilmente, le antenne sono del tipo direzionale ed hanno caratteristiche e posizione tali da coprire nel loro complesso un angolo di 360°, sostanzialmente su uno stesso piano.

Il sistema di ricezione/trasmissione 130 vantaggiosamente comprende M rice-trasmettitori radio con M > 2 ed N > M. Per semplicità di descrizione, nella forma di realizzazione illustrata in figura 2 e nella descrizione seguente sono considerati solo due rice-trasmettitori radio 132, 134 e sei antenne.

Il sistema di commutazione 120 à ̈ atto a collegare le antenne ai due rice-trasmettitori radio 132, 134 in modo selezionabile così da formare, ad ogni selezione, due catene di ricezione/trasmissione 1, 2, visualizzate in figura 2. I segnali ricevuti/trasmessi su più catene di ricezione/trasmissione possono vantaggiosamente essere elaborati secondo tecniche MIMO (multiple-in and multipleout) note nell'arte.

Secondo una caratteristica dell'invenzione, ogni antenna à ̈ collegabile ad almeno uno dei due ricetrasmettitori radio 132, 134, ma non ad entrambi contemporaneamente. Il sistema di commutazione 120 à ̈ configurato in modo da collegare ciascuno dei due ricetrasmettitori radio 132, 134 ad una sola antenna alla volta, tra detta pluralità di N antenne.

Il numero di combinazioni dì coppie d'antenna collegabili ai due ricetrasmettitori 132, 134 dipende dallo specifico sistema di commutazione adottato. Ad esempio, il numero di combinazioni possibili dipende dal numero, dal tipo e dalla disposizione dei commutatori utilizzati per realizzare il sistema di commutazione 120.

Tipicamente, il sistema di commutazione 120 comprende due connettori in radio frequenza per il collegamento ai due rice-trasmettitori radio 132, 134, un certo numero di commutatori ed un circuito logico di controllo dei commutatori (non mostrato).

I commutatori hanno preferibilmente almeno un ingresso ed almeno due uscite.

I commutatori possono, ad esempio, essere del tipo misto Single Pole Doublé Throw (SPDT), Doublé Pole Doublé Throw (DPDT) e/o Single Pole Triple Throw (SP3T).

Le figure 3, 4a e 4b, mostrano schematicamente un sistema di commutazione 120 ed un sistema di antenne 110 rispettivamente secondo una prima, una seconda ed una terza forma di realizzazione dell'invenzione.

In tali forme di realizzazione, il sistema di antenne 110 comprende 6 antenne direzionali Al, A2, A3, A4, A5, A6 disposte in modo simmetrico in modo da coprire un angolo di 360°. Ad esempio, ciascuna antenna può avere un diagramma di radiazione con un'ampiezza di fascio sul piano orizzontale a 3dB di circa 75°.

Inoltre, il sistema di commutazione 120 comprende due connettori RF1, RF2 per il collegamento ai due ricetrasmettitori radio 132, 134 ed un certo numero di commutatori.

In particolare, nella forma di realizzazione illustrata in figura 3, il sistema di commutazione 120 comprende in totale 6 commutatori in radio frequenza di cui 4 commutatori del tipo SPDT (1 ingresso, 2 uscite, mostrati in figura come triangoli) e 2 commutatori del tipo DPDT (2 ingressi, 2 uscite, mostrati in figura come quadrati). Lo schema à ̈ adatto ad operare con un chipset WiFi con due catene di ricezione/trasmissione come, ad esempio, il chipset modello RT5600 o modello RT2880 della ditta Ralink Technology corporation che implementano rispettivamente lo standard IEEE 802.Ila e IEEE 802.11η.

Il sistema di commutazione 120 di figura 3 Ã ̈ adatto a collegare ogni possibile coppia delle 6 antenne Al, A2, A3, A4, A5, A6 ai due rice-trasmettitori radio 132, 134 tramite i due connettori RFl and RF2.

La tabella 1 mostra le possibili combinazioni (ventuno) di coppie di antenne che possono essere selettivamente collegate ai due rice-trasmettitori radio 132, 134 tramite i connettori RFl and RF2. Si osserva che ciascun rice-trasmettitore radio 132, 134 può essere collegato ad una rispettiva antenna alla volta.

RF2

Al A2 A3 A4 A5 A6

Al - A1A2 A1A3 A1A4 A1A5 A1A6

A2 - - A2A3 A2A4 A2A5 A2A6

RF1 A3 - A3A2 - A3A4 A3A5 A3A6

A4 - - - - - -

A5 - A5A2 A5A3 A5A4 - A5A6

A6 - A6A2 A6A3 A6A4 A6A5 -

Nelle due forme di realizzazione illustrate in figura 4a e 4b, il sistema di commutazione 120 comprende 2 commutatori in radio frequenza del tipo SP3T (1 ingresso, 3 uscite, mostrati in figura come quadrati) o 4 commutatori in radio frequenza del tipo SPDT (1 ingresso, 2 uscite, mostrati in figura come triangoli) . Questi schemi di commutazione, essendo più semplici dello schema di figura 3, hanno il vantaggio di ridurre le perdite per attenuazione (insertion loss), ma lo svantaggio di ridurre (da ventuno a nove) il numero di combinazioni possibili di coppie di antenne che possono essere selettivamente collegate ai due rice-trasmettitori radio 132, 134.

Tali combinazioni sono mostrate in tabella 2. Si osserva che ciascun rice-trasmettitore radio 132, 134 può essere collegato ad una rispettiva antenna alla volta.

RF2

Al A2 A3 A4 A5 A6

Al - A1A2 - A1A4 - A1A6

A2 - - - - -

RF1 A3 - A3A2 - A3A4 - A3A6

A4 - - - - - -

A5 - A5A2 - A5A4 - A5A6

A6 - - - - -

Secondo una forma di realizzazione preferita dell' invenzione, il sistema di antenne 110 ed il sistema di commutazione 120 sono realizzati in un unico circuito stampato (Printed Circuit Board o PCB).

La figura 5 mostra un esempio di PCB integrante la forma di realizzazione di figura 4b. Le 6 antenne Al, A2, A3, A4, A5, A6 sporgono dai sei lati di un esagono realizzato in un piano metallico interno del PCB e sono dipoli λ/4 con un elemento aggiuntivo frontale che funge da elemento direzionale per aumentare ulteriormente il massimo guadagno dell'antenna, λ rappresenta la lunghezza d'onda corrispondente alla frequenza di lavoro che nell'esempio illustrato à ̈ compresa nella banda tra 5-6 GHz. Il sistema di commutazione, comprendente commutatori discreti, à ̈ realizzato nello strato superiore del PCB. Lo strato inferiore del PCB comprende, invece, altri componenti che formano la logica di controllo del sistema di commutazione.

Vantaggiosamente, il PCB di figura 5 può essere meccanicamente integrato in un WiFi extender così da consentire un miglioramento dell'estetica del prodotto rispetto a WiFi extender noti dotati di antenne esterne a dipolo che sporgono dal dispositivo.

Il punto di accesso 100 e la stazione 10 possono avere struttura simile (stesso numero di antenne, stesso numero di ricetrasmettitori ed, eventualmente, anche stesso tipo di commutatori e numero di combinazioni di antenne disponibili) o diversa.

Il punto di accesso 100 e la stazione 10 della rete 1000 comprendono ciascuno moduli hardware e software adatti ad implementare l'invenzione nei suoi vari aspetti.

In particolare, secondo una forma di realizzazione dell'invenzione, tali moduli sono vantaggiosamente adatti ad eseguire almeno tre sotto-processi (thread) in parallelo: un thread di ricezione, un thread di trasmissione ed un thread di comando selezione commutatori.

Il thread di trasmissione viene eseguito ogni volta che il dispositivo (punto di accesso 100 o stazione 10) deve trasmettere un pacchetto dati ad un altro dispositivo. Esso à ̈ atto ad elaborare i pacchetti dati in trasmissione da ciascun ricetrasmettitore 132, 134 secondo tecniche convenzionali ben note nell'arte (ad esempio secondo lo standard 802.11 sopra menzionato).

Il thread di ricezione viene eseguito ogni volta che il dispositivo (punto di accesso 100 o stazione 10) riceve un pacchetto dati da un altro dispositivo. Esso à ̈ atto ad elaborare i pacchetti dati ricevuti da ciascun ricetrasmettitore 132, 134 secondo tecniche convenzionali ben note nell'arte (ad esempio secondo lo standard 802.11 sopra menzionato). Inoltre, secondo l'invenzione, per ogni pacchetto dati ricevuto, il thread di ricezione à ̈ vantaggiosamente atto a valutare la qualità di collegamento separatamente per ogni catena di ricetrasmissione 1, 2 (ovvero, per ogni ricetrasmettitore 132, 134).

Secondo una forma di realizzazione preferita dell'invenzione, l'indicatore di base utilizzato per stimare la qualità di collegamento à ̈ un parametro noto nell'arte come indicatore della potenza del segnale ricevuto ("Received Signal Strength Indication" o RSSI). L'utilizzo di questo parametro à ̈ vantaggioso perché il software di base dei sistemi di ricetrasmissione wireless attualmente disponibili sul mercato sono tipicamente già dotati di una funzione di misura di RSSI.

II valore di RSSI acquisito per ogni pacchetto in arrivo à ̈ legato alla potenza del segnale elettromagnetico ricevuto.

Il valore di RSSI viene valutato separatamente per ogni ricetrasmettitore 132, 134.

Assumendo che il canale di ricetrasmissione sia reciproco, le antenne con la migliore qualità di ricezione garantiscono anche la migliore qualità in trasmissione. Nel corso della presente descrizione, i valori indicativi della qualità di ricezione sono pertanto considerati indicativi della qualità del collegamento in generale (sia in ricezione sia in trasmissione).

A partire dal RSSI, la qualità del collegamento può essere valutata: sulla base del semplice valore di RSSI; sulla base di una media dei valori di RSSI ottenuti per più pacchetti successivi; sulla base della potenza del segnale ricevuto, che può essere stimata tramite il valore di RSSI; sulla base della media della potenza ottenuta per più pacchetti successivi; o sulla base di una più generica funzione del/dei valori di RSSI e/o della potenza.

La valutazione della qualità del collegamento viene vantaggiosamente effettuata senza interrompere il normale flusso di pacchetti dati ricetrasmessi dal dispositivo. Ciò consente di ottimizzare il throughput e di minimizzare l'overhead applicativo.

Quando il dispositivo à ̈ una stazione 10, considerato che il normale flusso di dati à ̈ tipicamente diretto dal punto di accesso 100 verso la stazione 10, il dispositivo à ̈ vantaggiosamente adatto a valutare la qualità del collegamento sulla base del RSSI misurato su ogni pacchetto dati ricevuto, proveniente dal punto di accesso 100.

Quando il dispositivo à ̈ un punto di accesso 100, invece, il flusso di pacchetti dati dalla stazione 10 verso il punto di accesso 100 potrebbe non essere garantito. In particolare, il traffico dati verso il punto di accesso potrebbe essere assente, sporadico o comunque non costante nel tempo.

Pertanto, per quanto riguarda la valutazione della qualità del collegamento in corrispondenza del punto di accesso 100 si possono prevedere diversi casi:

1) il caso in cui il protocollo di trasmissione preveda l'invio di pacchetti di acknowledgment (ACK) per ogni pacchetto dati ricevuto, per cui il punto di accesso riceve un pacchetto di ACK per ogni pacchetto dati ricevuto dalla stazione 10 ad esso collegata, ed

2) il caso in cui il protocollo di trasmissione non preveda l'invio di pacchetti di acknowledgment (ACK).

Nel primo caso, si osserva che - nonostante tutti i sistemi di ricezione wireless attualmente disponibili sul mercato siano dotati di software di base atto a calcolare il valore di RSSI su qualsiasi segnale ricevuto e, quindi, anche sui pacchetti di ACK - si possono prevedere due situazioni diverse: la) la situazione in cui il punto di accesso sia configurato per l'elaborazione dei pacchetti di ACK e del relativo RSSI da parte della unità di controllo 140 del punto di accesso; e lb) la situazione in cui il punto di accesso sia configurato in modo da non prevedere l'elaborazione di tali pacchetti e del relativo RSSI da parte della unità di controllo 140 del punto di accesso (ciò al fine di risparmiare risorse di computazione e migliorare le prestazioni del dispositivo).

Nel caso la), l'unità di controllo 140 del punto di accesso à ̈ già adatta ad effettuare la valutazione della qualità di ricezione sulla base dei valori di RSSI misurati sui pacchetti di ACK ricevuti.

Nel caso lb), invece, l'unità di controllo 140 potrebbe essere configurata in modo da abilitarla all'elaborazione dei pacchetti di ACK e del relativo RSSI così da consentire la valutazione della qualità del collegamento sulla base dei valori di RSSI misurati sui pacchetti di ACK ricevuti. Tuttavia, considerata la gran quantità di pacchetti di ACK tipicamente ricevuti (uno per ogni pacchetto trasmesso) , questa soluzione potrebbe sovraccaricare l'unità di controllo 140.

In entrambi i casi, al fine di evitare di caricare eccessivamente l'unità di controllo 140, si può vantaggiosamente prevedere di adattare l'unità di controllo 140 in modo da abilitarla all'elaborazione dei pacchetti di ACK e del relativo RSSI solo per brevi periodi durante i quali verrà effettuata la valutazione della qualità di ricezione sulla base dei valori di RSSI misurati per i pacchetti di ACK ricevuti in quei periodi.

Un'altra forma di realizzazione dell'invenzione, che potrebbe essere implementata in particolare nei casi lb) e 2) sopra menzionati, prevede l'invio di pacchetti dati fittizi ("dummy") dalla stazione 10 al punto di accesso 100, tali da garantire un flusso di pacchetti dati minimo che permetta al punto di accesso 100 di stimare la qualità del collegamento con quella stazione 10. L'invio di pacchetti dummy può essere effettuato periodicamente o secondo predeterminati criteri (ad esempio, solo in caso di assenza di trasmissione di pacchetti di dati per un certo periodo di tempo predeterminato).

Rispetto alla forma di realizzazione precedente questa forma di realizzazione comporta una piccola diminuzione della banda utile per la trasmissione dati.

Nonostante queste forme di realizzazione relative alla valutazione della qualità del collegamento siano state descritte solamente con riferimento al punto di accesso 100, in caso di necessità, esse possono essere utilizzate anche per effettuare la valutazione della qualità in corrispondenza della stazione 10.

Il thread di comando selezione commutatori viene eseguito periodicamente dal dispositivo (punto di accesso 100 o stazione 10) ed ha il compito di valutare periodicamente quale sia, tra le combinazioni di antenna possibili da collegare ai ricetrasmettitori, quella che consente di ottimizzare la qualità del collegamento senza fili tra il dispositivo ed un altro dispositivo.

La figura 6 mostra il diagramma di flusso di una forma di realizzazione di un algoritmo di comando selezione commutatori che può essere eseguito nel caso di dispositivo (punto di accesso 100 o stazione 10) dotato di due ricetrasmettitori 132, 134 e di punto di accesso 100 collegato ad una sola stazione 10 o di una stazione 10 collegata ad un solo punto di accesso 100.

Secondo il diagramma di flusso di figura 6, al blocco 200 il thread di comando selezione commutatori comanda il sistema di commutazione 120 in modo tale che i due ricetrasmettitori 132, 134 siano collegati ad una coppia di antenne (ad esempio Al, A2), tra le combinazioni possibili (ad esempio, quelle indicate in Tabella 1 o 2). La coppia di antenne può essere scelta in modo casuale o secondo un criterio predeterminato.

Al blocco 201 il thread di comando selezione commutatori rimane in standby per un tempo Tr. Durante questo periodo (modalità di funzionamento normale del dispositivo) avviene la normale ricezione/trasmissione di pacchetti dati, che viene eseguita tramite i thread di ricezione e di trasmissione che sono eseguiti in parallelo, indipendentemente dal thread di comando selezione commutatori. Per ogni pacchetto dati ricevuto il thread di ricezione à ̈ vantaggiosamente atto a determinare valori indicativi della qualità del collegamento senza fili per la prima e la seconda catena di ricetrasmissione 1, 2.

Il valore di Tr determina il minimo tempo di reazione del dispositivo ad eventuali variazioni nella qualità del segnale ricevuto. Un valore basso può essere necessario per ambienti che variano rapidamente le loro caratteristiche propagative, mentre un alto valore di Tr garantisce maggiore stabilità e minore overhead applicativo. Vantaggiosamente, Tr viene pertanto impostato sulla base di tempi tipici di variazione dell'ambiente circostante. Tr può durare, ad esempio, tra 200 e 5000 millisecondi .

Tr può avere un valore fisso predeterminato o può essere variato al variare delle condizioni operative.

Allo scadere del tempo Tr, al blocco 202, il thread di comando selezione commutatori à ̈ atto ad individuare la catena di ricetrasmissione (e quindi anche l'antenna) che sta fornendo la qualità di collegamento migliore e quella che sta fornendo la qualità peggiore. Ad esempio, nella forma di realizzazione illustrata, allo scadere del tempo Tr, il thread di comando selezione commutatori à ̈ atto ad individuare l'antenna migliore e l'antenna peggiore sulla base dell'ultima valutazione di qualità di collegamento effettuata dal thread di ricezione per la coppia di antenne (e.g. Al, A2) selezionata al blocco 200. Il valore peggiore viene memorizzato in una variabile Aworse (ad esempio quello ottenuto con l'antenna A2). Vantaggiosamente, nella variabile Aworse viene memorizzato anche l'identificatore (ad esempio A2) dell'antenna che ha dato il valore memorizzato .

Al blocco 203, il thread di comando selezione commutatori mantiene il collegamento tra il ricetrasmettitore e l'antenna che ha garantito il valore migliore (ad esempio ricetrasmettitore 132 ed antenna Al) e collega l'altro ricetrasmettitore con un'antenna di test (ad esempio A4), diversa dalle prime due, disconnettendo la seconda antenna (A2). La scelta dell'antenna di test viene preferibilmente fatta a rotazione, secondo una lista predeterminata in maniera che tutte le antenne, a turno, vengano connesse.

A questo punto, al blocco 204 il thread di comando dei commutatori rimane in standby per un tempo Tu minore di Tr. Durante questo periodo (modalità di funzionamento di test del dispositivo) avviene la normale ricezione/trasmissione di pacchetti dati, che viene eseguita tramite i thread di ricezione e di trasmissione che sono eseguiti in parallelo al thread di comando selezione commutatori. Inoltre, valori indicativi della qualità del collegamento per la prima e la seconda catena di ricetrasmissione 1, 2 vengono continuamente valutati, per ogni pacchetto dati ricevuto, dal thread di ricezione.

Il tempo Tu à ̈ il periodo utilizzato per valutare la qualità di ricetrasmissione con l'antenna di test. Il tempo Tu à ̈ preferibilmente molto minore di Tr. Infatti, l'antenna di test potrebbe avere una qualità insoddisfacente. Allo stesso tempo, il tempo Tu à ̈ preferibilmente sufficientemente lungo da permettere la ricezione di pacchetti dati per la valutazione della qualità di ricezione. Vantaggiosamente, Tu à ̈ maggiore del tempo necessario, a seconda del protocollo di trasmissione adottato, a trasmettere un pacchetto dati, ovvero Tu > (lunghezza massima di un pacchetto dati, espressa in numero di bit)/(bit rate di trasmissione).

Il periodo Tu può, ad esempio, essere compreso tra 1/100 ed 1/3 di Tr, preferibilmente tra 1/20 ed 1/5 di Tr. Ad esempio, Tu può essere 1/10 di Tr.

Tu può avere un valore fisso predeterminato o può essere variato al variare delle condizioni operative.

Allo scadere del tempo Tu, al blocco 205, il thread di comando dei commutatori à ̈ atto a memorizzare in una variabile Acheck il valore indicativo della qualità di collegamento sulla base dell'ultima valutazione di qualità effettuata dal thread di ricezione determinato per l'antenna di test. Vantaggiosamente, nella variabile Acheck viene memorizzato anche l'identificatore dell'antenna che ha dato il valore memorizzato.

Al blocco 206, il thread di comando dei commutatori confronta il valore memorizzato al blocco 202 nella variabile Aworse con il valore memorizzato al blocco 205 nella variabile Acheck. L'obiettivo à ̈ quello di selezionare, tra le due antenne (A2 e A4), quella che garantisce la qualità di collegamento migliore.

Se il valore memorizzato in Acheck à ̈ migliore di quello memorizzato in Aworse, allora la prima antenna e l'antenna di test (Al, A4) rimangono collegate ai due ricetrasmettitori 132, 134 (blocco 207). Inoltre, al blocco 207, nella variabile Aworse possono essere memorizzati i dati momentaneamente memorizzati nella variabile Acheck.

Se, invece, il valore memorizzato in Acheck non à ̈ migliore di quello memorizzato in Aworse, ai due ricetrasmettitori vengono collegate la prima antenna e la seconda antenna (Al, A2).

In ogni caso, la procedura riprende poi al blocco 201.

Si osserva che in questo caso appena descritto di punto di accesso 100 collegato ad una sola stazione 10 (o di stazione 10 collegata ad un solo punto di accesso 100) e di canale di ricetrasmissione reciproco, non à ̈ necessario che prima di trasmettere o ricevere un pacchetto dati il thread di trasmissione o il thread di ricezione verifichino quale sia la combinazione di antenne che garantisce la qualità di collegamento migliore tra il punto di accesso 100 e la specifica stazione 10. Tale verifica viene, infatti, eseguita periodicamente in parallelo dal thread di comando selezione commutatori.

Si osserva, inoltre, che l'invenzione comprende anche la variante (non mostrata) in cui al blocco 201 il thread di comando selezione commutatori rimane in standby fino a che il dispositivo non riceve un predeterminato numero P di pacchetti dati. Similmente, l'invenzione comprende anche la variante (non mostrata) in cui al blocco 206 il thread di comando selezione commutatori rimane in standby fino a che il dispositivo non riceve un predeterminato numero R di pacchetti dati, con R minore di P e, preferibilmente, molto minore di P.

Preferibilmente, ai blocchi 201 e 206 il thread di comando selezione commutatori rimane in standby fino al verificarsi di una prima tra due condizioni: ricezione di P/R pacchetti dati e scadenza dei tempi Tr/Tu.

Ad esempio R può essere compreso tra 1 e 100.

La figura 7 mostra una parte di un diagramma di flusso di un thread di comando selezione commutatori che può essere eseguito nel caso lb) sopra menzionato che prevede che la valutazione della gualità di collegamento da parte di un punto di accesso 100 venga effettuata su pacchetti di ACK ricevuti solo per brevi periodi di tempo prefissati.

Il diagramma di flusso di figura 7 à ̈ del tutto simile a quello di figura 6 tranne per il fatto che il blocco 201 di figura 6 à ̈ sostituito dai blocchi 201a, 201b e 201c e per il fatto di comprendere, tra il blocco 204 ed il blocco 205, il blocco 204'. Per comodità illustrativa i blocchi 200, 206-208 di figura 6 non sono mostrati in figura 7. In particolare:

- al blocco 201a, il thread di comando selezione commutatori rimane in standby per un periodo di tempo Tr-Tv, con TvCTr (preferibilmente Tv« Tr), ed eventualmente Tv=Tu, dove Tv à ̈ il tempo dedicato all'elaborazione degli ACK durante la modalità di funzionamento normale del dispositivo;

- terminato il periodo di tempo Tr-Tv, al blocco 201b il thread di comando selezione commutatori abilita l'unità di controllo 140 all'elaborazione dei pacchetti di ACK e del relativo RSSI dopodiché al blocco 201c il thread di comando selezione commutatori rimane nuovamente in standby per un periodo di tempo Tv; ed

- al blocco 204' l'unità di controllo 140 viene disabilitata all'elaborazione dei pacchetti di ACK e del relativo RSSI.

Anche se non illustrato, va notato che l'invenzione comprende anche il caso generale di dispositivo (punto di accesso 100 o stazione 10) con M ricetrasmettitori, con M>2, ed N antenne, con N>M.

In tal caso, la scelta di quali e quante antenne testare durante il periodo di test Tu sopra menzionato e di quali mantenere collegate al rispettivo ricetrasmettitore, può avvenire secondo criteri diversi. In generale, un criterio di scelta preferito prevede che le antenne che nel periodo Tr immediatamente precedente hanno dato risultati migliori vengano mantenute collegate al rispettivo ricetrasmettitore mentre le antenne che hanno dato risultati peggiori vengano scollegate per collegare i rispettivi ricetrasmettitori ad antenne di test.

Ad esempio si può prevedere di:

mantenere connesse le migliori M-l antenne e di disconnettere la M-esima antenna dal rispettivo ricetrasmettitore per collegarlo ad una antenna di test, diversa dalle M antenne usate nel periodo Tr immediatamente precedente. Questa soluzione garantisce buona stabilità di qualità di collegamento, ma una relativa lentezza nell'adattarsi a variazioni delle caratteristiche propagative del canale di trasmissione; mantenere connessa solo la migliore antenna e disconnettere le altre M-l antenne dai rispettivi ricetrasmettitori per collegarli ad M-l antenne di test, almeno in parte diverse dalle M antenne usate nel periodo Tr immediatamente precedente. Questa soluzione garantisce una buona rapidità di adattamento a cambiamenti delle caratteristiche propagative del canale di trasmissione, con una stabilità di qualità di collegamento ridotta ed un carico computazionale maggiore;

nel caso di M>3, mantenere connesse le m migliori antenne con l<m<M-l e scollegare le altre M-m antenne dai rispettivi ricetrasmettitori per collegarli a M-m antenne di test, almeno in parte diverse dalle M antenne usate nel periodo Tr immediatamente precedente. Questa soluzione può rappresentare un buon compromesso tra le due precedenti soluzioni.

Si osserva, inoltre, che anche se finora à ̈ stato descritto il caso di rete con un solo punto di accesso 100 ed una sola stazione 10, la presente invenzione si applica anche al caso di rete con un punto di accesso 100 ed una pluralità di stazioni 10.

In questo caso più generale, le stazioni 10 dovranno comunicare solamente con il punto di accesso 100 e comprenderanno ciascuna mezzi hardware e software atti ad implementare l'invenzione secondo quanto descritto sopra.

Per quanto riguarda il punto di accesso 100, invece, dovendo gestire la comunicazione con più stazioni 10, si possono distinguere due situazioni: una prima situazione in cui il protocollo di comunicazione utilizzato non consente al punto di accesso 100, in caso di ricezione, di sapere in anticipo, prima di ricevere un pacchetto dati, quale sia la stazione dalla quale riceverà il pacchetto dati ma solo che sta per ricevere un pacchetto dati; ed una seconda situazione in cui il protocollo di comunicazione utilizzato consente al punto di accesso 100 di sapere in anticipo anche quale sia la stazione dalla quale riceverà il pacchetto dati.

Nella prima situazione, il punto di accesso 100 può essere del tipo noto (ad esempio dotato di una o più antenne omnidirezionali collegate in modo fisso non commutabile a rispettivi ricetrasmettitori del punto di accesso) . Alternativamente, secondo una forma di realizzazione preferita, il punto di accesso 100 può comprendere N antenne di cui n (con 1 ≤ n <N) del tipo omnidirezionale ed N-n del tipo direzionale descritto sopra ed M ricetrasmettitori con N>M>1. In questa forma di realizzazione, il thread di ricezione sarà adatto, immediatamente prima di ricevere un pacchetto dati, a connettere n degli M ricetrasmettitori alle n antenne omnidirezionali e gli altri M-n ricetrasmettitori a rispettive M-n antenne direzionali selezionate secondo criteri predeterminati (ad esempio, a caso, a rotazione, le ultime migliori e simili). Nel caso in cui il criterio di selezione preveda di selezionare le ultime migliori antenne direzionali, si può prevedere un meccanismo atto a stabilire, sulla base degli ultimi pacchetti dati ricevuti, quale sia la stazione più probabile dalla quale il punto di accesso 100 riceverà il pacchetto dati. Dopodiché, per quanto riguarda la selezione delle M-n antenne direzionali, il thread di ricezione potrà comportarsi come descritto qui di seguito con riferimento alla seconda situazione, a seconda che il dispositivo operi secondo una modalità normale o una modalità di test. Il thread di trasmissione sarà inoltre adatto, prima di trasmettere un pacchetto dati ad una specifica stazione lOx, a connettere gli M ricetrasmettitori alla combinazione di antenne direzionali (e.g. Al, A2) migliore per la specifica stazione lOx, in base a dati precedentemente memorizzati dal thread di .

Nella seconda situazione, invece, in cui il protocollo di comunicazione utilizzato consente al punto di accesso 100 di sapere in anticipo, prima di ricevere un pacchetto dati, quale sia la stazione dalla quale riceverà il pacchetto dati, il punto di accesso 100 avrà una struttura simile a quella mostrata nelle figure 2-5 e moduli hardware e software atti a tenere un set di variabili (ad esempio, Abestx, Aworsex, Acheckx) per ogni stazione 10 ad esso associata e, in fase di ricezione da una specifica stazione, ad aggiornare il set di variabili corrispondente a tale stazione. In particolare, i moduli hardware e software saranno atti a far funzionare il dispositivo alternativamente secondo una modalità normale ed una modalità di test con durata rispettivamente di Tr e Tu (e/o pari alla ricezione di P o R pacchetti dati, come già descritto sopra). In caso di ricezione di un pacchetto dati da una stazione lOx, i moduli hardware e software saranno atti a verificare, prima di ricevere il pacchetto dati, se il dispositivo sta operando nella modalità normale o di test.

In caso di modalità normale, i moduli hardware e software sono atti a collegare i due ricetrasmettitori 132, 134 alla coppia di antenne (e.g. Al, A2) migliore per la specifica stazione lOx, in base a dati precedentemente memorizzati in un set di variabili (e.g., Abestx, Aworsex) corrispondente a tale stazione lOx. In assenza di tali dati, la coppia di antenne può essere scelta in modo casuale o secondo altri criteri prestabiliti. Alla ricezione del pacchetto dati, i moduli hardware e software sono atti a determinare valori indicativi della qualità di collegamento per tale coppia di antenne e ad aggiornare il set di variabili (e.g., Abestx, Aworsex) corrispondente a tale stazione lOx con tali valori. Nella variabile Abestx viene memorizzato il migliore dei due valori (ad esempio quello ottenuto con l'antenna Al) mentre nella variabile Aworsex viene memorizzato l'altro valore (ad esempio quello ottenuto con l'antenna A2) . Vantaggiosamente, nelle variabili Abestx e Aworsex vengono memorizzati anche gli identificatori (ad esempio rispettivamente Al e A2) delle due antenne che hanno dato tali valori.

In caso di modalità di test, i moduli hardware e software sono atti a collegare ad uno dei due ricetrasmettitori 132, 134 l'antenna migliore (ad esempio Al) identificata dalla variabile Abestx ed a collegare l'altro ricetrasmettitore ad una antenna di test (ad esempio A4). La scelta dell'antenna di test viene preferibilmente fatta a rotazione, secondo una lista predeterminata associata alla stazione lOx in maniera che tutte le antenne, a turno, vengano connesse. Alla ricezione del pacchetto dati, i moduli hardware e software sono atti a determinare e memorizzare nella variabile Abestx ed in una variabile Acheckx, associate alla stazione lOx, valori indicativi della qualità del collegamento per la coppia di antenne. Vantaggiosamente, nelle variabili Abestx e Acheckx vengono memorizzati anche gli identificatori (ad esempio rispettivamente Al e A4) delle due antenne che hanno dato tali valori.

Alla fine del funzionamento del punto di accesso 100 secondo la modalità di test, i moduli hardware e software sono inoltre atti, per ogni stazione lOx associata al punto di accesso 100, a confrontare il valore memorizzato nella variabile Aworsex con il valore memorizzato nella variabile Acheckx. Se il valore memorizzato in Acheckx à ̈ migliore di quello memorizzato in Aworsex, allora la variabile Aworsex prende il valore della variabile Acheckx. Se, invece, il valore memorizzato in Acheckx à ̈ peggiore di quello memorizzato in Aworsex, allora Aworsex mantiene il suo valore corrente.

A sua volta, per ogni pacchetto dati da trasmettere ad una stazione lOx, i moduli hardware e software del punto di accesso 100 sono atti, prima della spedizione di ogni pacchetto, a collegare i due ricetrasmettitori 132, 134 alle due antenne (e.g. Al, A2) migliori per la specifica stazione lOx, in base ai dati correntemente memorizzati nelle variabili Abestx, Aworsex corrispondenti a tale stazione lOx.

Ovviamente, anche se la seconda situazione à ̈ stata descritta solamente con riferimento al caso di due catene di ricetrasmissione, le stesse considerazioni si applicano anche al caso generale di M catene di ricetrasmissione.

Le stesse considerazioni fatte sopra nel caso di punto di accesso 100 associato a più stazioni 10 si applicano anche al caso eventuale di stazione 10 collegata a più di un punto di accesso 100.

Da quanto descritto sopra, risulterà chiaro che l'invenzione consente di migliorare la copertura per servizi che richiedono elevato throughput mediante un algoritmo che, rispetto alle soluzioni della tecnica nota descritte, richiede un basso overhead applicativo sia in termini computazionali sia in termini di trasmissione di comunicazioni aggiuntive.

Infatti, considerato che ciascun ricetrasmettitore può essere connesso ad una sola antenna alla volta e che -durante i periodi esplorativi Tu in cui almeno uno dei ricetrasmettitori à ̈ collegato ad una antenna di test- gli altri ricetrasmettitori vengono comunque collegati alle antenne che offrono la qualità di collegamento migliore, l'invenzione consente di garantire sempre una qualità minima di collegamento (pari a quella garantita da tali antenne migliori), anche durante le fasi esplorative in cui le antenne di test potrebbero avere qualità di collegamento molto scarse.

Grazie a ciò, le fasi esplorative (in cui solo parte dei ricetrasmettitori viene collegata alla/e antenna/e di test) possono essere effettuate durante la normale ricetrasmissione dati del dispositivo. Ciò elimina la necessità di interrompere il normale traffico dati durante la modalità di funzionamento di test del dispositivo.

Inoltre, rispetto alle soluzioni note che richiedono, per ogni stazione associata ad un punto di accesso, la creazione, l'utilizzo ed, in particolar modo, l'aggiornamento continuo di una tabella che contenga dati relativi alla qualità di collegamento per tutte o gran parte delle configurazioni di antenna possibili, l'invenzione richiede la gestione di un numero ridotto di risorse .

Per di più, grazie all'invenzione, un dispositivo, al momento della trasmissione di un pacchetto dati verso un altro di una pluralità di dispositivi, deve solamente connettere i ricetrasmettitori alla combinazione di antenne che, durante l'ultima fase esplorativa effettuata per quel dispositivo, ha dato i risultati migliori. Ciò à ̈ vantaggioso rispetto alle soluzioni note che richiedono invece di effettuare, al momento della trasmissione di un pacchetto dati verso un altro dispositivo, una serie di operazioni di confronto per valutare nella suddetta tabella quale delle configurazioni di antenne possibili offre valori di qualità di collegamento migliore per comunicare con quel tale dispositivo.

L'invenzione, nei suoi vari aspetti, consente pertanto di migliorare la copertura per servizi che richiedono elevato throughput anche in caso di canali di trasmissione con caratteristiche propagative molto dinamiche, utilizzando risorse (CPU e memoria) minime.

Ciò à ̈ particolarmente vantaggioso in applicazioni, quali quelle domestiche, in cui il costo à ̈ un parametro molto rilevante perché consente di utilizzare chipset a basso costo e, quindi, di fornire i suddetti servizi a costi limitati.

Si osserva, infine, che il fatto che ciascuna catena di ricetrasmissione possa essere collegata ad una sola antenna alla volta, consente di garantire che le catene di ricezione vedano in uscita sempre la stessa impedenza del collegamento senza fili a RF, indipendentemente dalla combinazione di antenne usata. Ciò ha il vantaggio di evitare problemi di adattamento di impedenza ed eventuali perdite per riflessione a RF.

Al fine di valutare le prestazioni ottenibili con 1'invenzione, la Richiedente ha effettuato delle prove sperimentali utilizzando un sistema comprensivo di un punto di accesso ed una stazione secondo l'invenzione ed un sistema comparativo comprensivo di un punto di accesso ed una stazione secondo l'arte nota.

Il punto d'accesso e la stazione secondo l'invenzione comprendevano ciascuno un sistema di antenne ed un sistema di commutazione che avevano uno schema del tipo mostrato in figura 3 ed erano realizzati in un PCB del tipo mostrato in figura 5.

Il punto di accesso e la stazione secondo l'arte nota comprendevano ciascuno due catene di ricetrasmissione collegate in modo stazionario, non commutabile, a due antenne a dipolo esterne del tipo omnidirezionale.

Nel caso del sistema dell'invenzione, gli esperimenti furono condotti con tempi Tr variabili tra 250 e 400 ms e tempi Tu variabili tra 25 e 50 ms.

Per entrambi i sistemi fu utilizzato il chipset WiFi del modello RT5600, sopra menzionato, ed il protocollo di comunicazione secondo lo standard IEEE 802.11a, con una frequenza di lavoro tra 5 e 6 GHz.

La potenza elettromagnetica irradiata da ciascuna antenna nella direzione del massimo del diagramma fu impostata uguale per i due sistemi, entro i limiti previsti dalle normative ETSI.

Per entrambi i sistemi fu inoltre considerato un flusso dati costante dal punto di accesso alla stazione.

Come mostrato in figura 8, i test furono realizzati in un ambiente residenziale ponendo il punto di accesso e la stazione ad una distanza variabile tra pochi metri ed alcune decine di metri, generalmente con degli ostacoli (muri, porte e simili) posti tra loro.

In particolare, in figura 8: la sigla AP indica la posizione del punto di accesso; la sigla NL (No Link) indica che in quelle posizioni non à ̈ stato possibile connettere il punto di accesso e la stazione e quindi trasmettere dati; una coppia di numeri rappresenta, in generale, il risultato della misura effettuata di throughput (espresso in Mbit/s) in quel punto. Il numero in posizione superiore indica il throughput ottenuto con il sistema comparativo, mentre il numero in posizione inferiore indica il throughput ottenuto con il sistema secondo l'invenzione.

Si osserva che, nei punti in cui stazione e punto di accesso erano vicini (4-5 metri di distanza) e, quindi, a parità di qualità di segnale, il massimo throughput ottenuto con il sistema secondo l'invenzione à ̈ risultato inferiore rispetto a quello ottenuto con il sistema comparativo. Ciò a causa dell'overhead applicativo introdotto dall'algoritmo di comando selezione commutatori secondo l'invenzione, che fu misurato pari a 3,5%. A distanze maggiori, invece, dove -grazie all'algoritmo di comando selezione commutatori- il sistema secondo l'invenzione forniva qualità di segnale migliore, il massimo throughput ottenuto con il sistema secondo l'invenzione à ̈ risultato migliore di quello ottenuto con il sistema comparativo.

Nel complesso, la copertura a 10 Mbit/s, ovvero l'area in cui à ̈ stato possibile trasmettere dati utili a throughput maggiori o uguali a 10 Mbit/s, à ̈ risultata maggiore con il sistema secondo l'invenzione.

Claims (10)

1. RIVENDICAZIONI 1. Metodo per ricetrasmettere pacchetti dati in un dispositivo di comunicazione senza fili, detto dispositivo comprendendo M ricetrasmettitori, con M≥2, N antenne, con N>M, collegabili ciascuna ad almeno uno degli M ricetrasmettitori, ed un sistema di commutazione atto a connettere ciascuno di detti M ricetrasmettitori ad una sola di dette N antenne alla volta, il metodo comprendendo: a) far funzionare il dispositivo secondo una modalità normale in cui: al) si connettono gli M ricetrasmettitori ad M di dette N antenne così da formare M catene per la ricetrasmissione di pacchetti dati da/verso un altro dispositivo di comunicazione su un collegamento senza fili; a2) si determinano valori indicativi di qualità del collegamento senza fili per le M antenne così connesse; b) al termine della modalità di funzionamento normale, far funzionare il dispositivo secondo una modalità di test in cui: bl) tra dette M antenne, si distinguono m antenne migliori, che durante la modalità di funzionamento normale hanno dato valori indicativi di qualità migliori, da M-m antenne peggiori, che durante la modalità di funzionamento normale hanno dato valori indicativi di qualità peggiori, in cui 1 ≤ m ≤ M-l; b2) si connettono m degli M ricetrasmettitori a dette m antenne migliori e gli altri M-m ricetrasmettitori a rispettive M-m antenne di test, selezionate tra dette N antenne e almeno in parte diverse dalle M-m antenne peggiori; b3) si determinano valori indicativi di qualità del collegamento senza fili almeno per le M-m antenne di test; c) al termine della modalità di funzionamento di test, individuare le antenne migliori, in termini di valori indicativi di qualità di collegamento, tra le M-m antenne di test e le M-m antenne peggiori individuate in bl); d) riprendere l'esecuzione del metodo partendo da a) in cui in al) gli M ricetrasmettitori vengono collegati alle m antenne migliori individuate in bl) ed alle M-m antenne migliori individuate in c).
2. 2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui le N antenne sono del tipo direzionale in un determinato piano di riferimento.
3. 3. Metodo secondo la rivendicazione 1 o 2, in cui la modalità di funzionamento normale ha una durata determinata che à ̈ maggiore di una durata determinata della modalità di funzionamento di test.
4. 4. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui in a2) almeno parte dei valori indicativi di qualità del collegamento senza fili per le M antenne viene determinata sulla base di pacchetti dati di acknowledgement, i quali vengono elaborati per un periodo di tempo che à ̈ inferiore alla durata della modalità di funzionamento normale.
5. 5. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da 1 a 3, in cui in a2) ed in b3) almeno parte dei valori indicativi di qualità del collegamento senza fili viene determinata sulla base di pacchetti dati fittizi.
6. 6. Dispositivo di comunicazione senza fili comprendente M ricetrasmettitori, con M≥2; N antenne, con N>M, collegabili ciascuna ad almeno uno degli M ricetrasmettitori; un sistema di commutazione atto a connettere ciascuno di detti M ricetrasmettitori ad una sola di dette N antenne alla volta; e moduli atti a: a) far funzionare il dispositivo secondo una modalità normale in cui: al) si connettono gli M ricetrasmettitori ad M di dette N antenne così da formare M catene per la ricetrasmissione di pacchetti dati da/verso un altro dispositivo di comunicazione su un collegamento senza fili; a2) si determinano valori indicativi di qualità del collegamento senza fili per le M antenne così connesse; b) al termine della modalità di funzionamento normale, far funzionare il dispositivo secondo una modalità di test in cui: bl) tra dette M antenne, si distinguono m antenne migliori, che durante la modalità di funzionamento normale hanno dato valori indicativi di qualità migliori, da M-m antenne peggiori, che durante la modalità di funzionamento normale hanno dato valori indicativi di qualità peggiori, in cui 1 ≤ m ≤ M-l; b2) si connettono m degli M ricetrasmettitori a dette m antenne migliori e gli altri M-m ricetrasmettitori a rispettive M-m antenne di test, selezionate tra dette N antenne e almeno in parte diverse dalle M-m antenne peggiori ; b3) si determinano valori indicativi di qualità del collegamento senza fili almeno per le M-m antenne di test; c) al termine della modalità di funzionamento di test, individuare le antenne migliori, in termini di valori indicativi di qualità di collegamento, tra le M-m antenne di test e le M-m antenne peggiori individuate in bl); e d) ritornare in a) in cui in al) gli M ricetrasmettitori vengono collegati alle m antenne migliori individuate in bl) ed alle M-m antenne migliori individuate in c).
7. 7. Dispositivo secondo la rivendicazione 6, in cui il dispositivo à ̈ un punto di accesso o una stazione per una rete di comunicazione locale senza fili.
8. 8. Rete di comunicazione locale senza fili comprendente almeno un punto di accesso ed almeno una stazione, in cui detta almeno una stazione à ̈ un dispositivo di comunicazione senza fili secondo la rivendicazione 6.
9. 9. Rete di comunicazione locale senza fili secondo la rivendicazione 8, comprendente una pluralità di stazioni, in cui ciascuna di detta pluralità di stazioni à ̈ un dispositivo di comunicazione senza fili secondo la rivendicazione 6.
10. 10. Rete di comunicazione locale senza fili secondo la rivendicazione 8, in cui detto almeno un punto di accesso à ̈ un dispositivo di comunicazione senza fili secondo la rivendicazione 6.