NO332067B1 - Fremgangsmate og anordning for antennestyring for WLAN. - Google Patents

Abstract

En stasjonsstyreenhet (SME) styrer en retningsantenne for en stasjon for å kommunisere med et aksesspunkt (AP) i et 802.11 protokollsystem. SME-en kan styre antennen før eller etter at en 801.1 I er autentisert og innmeldt aksesspunktet. I løpet av en passiv skannesyklus beveger styreprosessen antenneposisjonene gjennom de tilgjengelige antenneposisjonene og monitorer en signalmåleverdi assosiert med et AP beacon-signal, eller et annet forutbestemt signal, for å finne en beste pekeretning basert på, for eksempel, en mottatt-signalstyrke-indikasjon (RSSI). I løpet av en aktiv skannesyklus, der aksessprobing benyttes, går prosessen gjennom antenneposisjonene og monitorerer en prøvesignalrespons for å finne den beste antenneposisjonen. Tilleggsskann kan gjennomføres basert på en beslutning om at det mottatte signalnivået til den for tiden valgte antenneposisjonen har falt under en på forhånd bestemt terskel.

Description

Fremgangsmåte og anordning for antennestyring for WLAN

Institute of Electrical and Electronic Engjneers (IEEE) 802.11-standardene angir en spesifikasjon for stasjoner som kan flyttes innenfor et område og forbli koblet til et trådløst lokalnettverk (WLAN) via radiofrekvens (RF)- transmisjoner til aksesspunkter (AP) koblet til et trådbundet nettverk. Et fysisk lag i stasjonene og aksesspunktene kontrollerer modulasjonen og signaler ingsformatet som benyttes av stasjonene og aksesspunktene for å kommunisere. Over det fysiske laget er et medium aksesskontroll (MAC) -lag som yter tjenester som autentisering, de-autentisering, fortrolighet, innmelding, utmelding og så videre.

Under bruk, når en stasjon kommer on-line, etablerer først det fysiske laget i stasjonen og aksesspunktene trådløs kommunikasjon med hverandre, etterfulgt av MAC-laget som etablerer aksess til nettverket via et aksesspunkt.

Typisk, i 802.11- stasjoner eller aksesspunkter, er signalene RF-signaler, sendt og mottatt av monopolantenner. En monopolantenne sørger foreliggende oppfinnelsen transmisjon i alle retninger hovedsakelig i horisontalplanet. Monopolantenner er følsomme for effekter som degraderer kommunikasjonskvaliteten mellom stasjonen og aksesspunktene, slik som refleksjon eller diffraksjon av radiobølger forårsaket av mellomliggende vegger, bord, mennesker etc, flerveisfading, normal fading, Raleigh fading og så videre. Som et resultat av dette har forsøk blitt gjort for å begrense signaldegradering forårsaket av disse effektene.

En teknikk kjent som "antennediversitet" motarbeider degraderingen av RF-signaler. Antennediversitet benytter to antenner som er koblet til en sender/mottager via en antennediversitetssvitsj. Teorien bak det å benytte to antenner til antennediversitet er at, på et hvilket som helst tidspunkt, er det at en av de to antennene sannsynligvis mottar et signal som ikke er påvirket av effektene fra, for eksempel, flerveisfading. Systemet som benytter to antenner velger den antennen som er upåvirket via antennediversitetssvitsjen.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en fremgangsmåte for bruk av en retningsantenne (200) i et trådløst lokalnettverk (WLAN) (100), kjennetegnet ved de trekk som er angitt i det vedfølgende patentkrav 1.

Ytterligere trekk ved en fremgangsmåte for bruk av en retningsantenne (200) i et trådløst lokalnettverk (WLAN) (100) i samsvar med foreliggende oppfinnelses fremgangsmåte er angitt idet vedfølgende patentkrav ene 2-13.

Foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en apparatur for styring av en retningsantenne (205a) i et trådløst lokalnettverk (WLAN) (100), kjennetegnet ved de trekk som er angitt i det vedfølgende patentkrav 14.

Ytterligere trekk ved en apparatur for styring av en retningsantenne (205a) i et trådløst lokalnettverk (WLAN) (100) i samsvar med foreliggende oppfinnelses apparatur er angitt i det vedfølgende patentkrav ene 15-27.

Ved å benytte antennediversitetsteknikker, kan signal de gradering forårsaket av flerveisfading eller andre effekter som reduserer RF signalkvalitet, forbedres ved å velge den diversitetsantennen som mottar RF-signalet ved en høyere styrke. Imidlertid er hver av diversitetsantennene en omnidireksjonell antenne (det vil si en monopolantenne), slik at systemet som benytter antennen ikke kan styre antennen vekk fra en interferenskilde eller oppnå noen som helst gevinst utover det en omnidireksjonell antenne i seg selv skaffer.

Det ville vært bedre om en stasjon eller et aksesspunkt brukte en 802.11 protokoll der det ble brukt en retningsantenne for å forbedre systemytelsen.

Følgelig tilveiebringer prinsippene i den foreliggende oppfinnelsen en teknikk for styring av en retnings/multielement antenne i et 802.11 protokollsystem for en stasjon for å kommunisere med aksesspunktet (AP) i et utvidet tjenestesett (ESS) nettverk eller annen nettstruktur som har trådløse aksesspunkter. Denne tilnærmingen har minimal innvirkning på nettverkseffektiviteten fordi tilnærmingen kan oppnås innenfor de nåværende 802.11 protokoller. Med mindre annet er spesifisert, vil en referanse i det foreliggende dokumentet til denne "802.11 protokollen" eller "802.11 standarden" innbefatte 802.11, 802.1 la og 802.1 lgprotoko 11 ene og standardene.

I en utførelsesform kan teknikken tre i kraft før og etter at en 802.11 stasjon har autentisert og knyttet seg til et nettverksaksesspunkt koblet til et trådbundet nettverk. Det trådbundne nettverket er her også referert til som et distribusjonssystem. Det er antatt at det initiale antenneskannet er utført i "Medium Access Control" (MAC) -laget. I løpet av en passiv skannesyklus beveger styreprosessen antenneposisjonene gjennom de tilgjengelige antenneposisjonene og monitorer en signalmåleverdi assosiert med et beacon-signal, eller et annet forutbestemt signal, for å finne en beste pekeretning for antennene. I løpet av en aktiv skannesyklus, der aksessprobing benyttes, går prosessen gjennom antenneposisjonene og monitorerer en signalmåleverdi assosiert med en prøvesignalrespons for å finne den beste antenneposisjonen.

Straks stasjonen har autentisert seg og knyttet seg til nettverket, kan tilleggsskann utføres, som en mulighet, basert på at det er fastslått at det mottatte signalnivået har falt under en eller annen terskel. En retningsantenne i et trådløst lokalnettverk (WLAN)- miljø resulterer i forbedret rekkevidde og datahastigheter for brukere og øker nettverkets nettverkseffektivitet.

De foregående og andre objekter, trekk og fordeler ved oppfinnelsen vil bli tydelige ut ifra de følgende og mer konkrete beskrivelsene av foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen, som illustrert i de ledsagende tegningene, i hvilke like referansetegn refererer til de samme delene i alle de ulike visningene. Tegningene er ikke nødvendigvis i samme skala, hovedvekten er i stedet lagt på å illustrere oppfinnelsens prinsipper. Figur IA er et skjematisk diagram av et trådløst lokalnettverk (WLAN) som anvender prinsippene i den foreliggende oppfinnelsen. Figur IB er et skjematisk diagram av en stasjon i WLAN-et i figur IA som utfører et antenneskann. Figur 2B er en isometrisk visning av stasjonen i figur 2 A som har det direktive antennearrayet innebygget i et internt PCMCIA-kort.

Figur 3A er en isometrisk visning av det direktive antennearrayet i figur 2A.

Figur 3B er et skjematisk diagram av en svitsj benyttet til å velge en tilstand for et antenneelement til den direktive antennen i figur 3A.

Figur 4 er et flytdiagram av en første prosess brukt av en stasjon i figur 1.

Figur 5 er et flytdiagram av en andre prosess brukt av en stasjon i figur 1.

Figur 6 er et flytdiagram av en passiv skannerutine brukt av prosessene i figurene 4 og 5.

Figur 7 er et flytdiagram av en aktiv skannerutine brukt av prosessene i figurene 4 og 5.

Figur 8 er et diagram over utførende programvare og maskinvare-elementer i stasjon i figur 1.

En beskrivelse av foretrukne utførelsesformer av oppfinnelsen følger nedenfor.

Figur IA er et blokkdiagram av et trådløst lokalnettverk (WLAN) 100 med et distribusjonssystem 105. Aksesspunktene 110a, 110b og 110c er koblet til distribusjonssystemet 105 via trådbundne forbindelser slik som trådbundne lokale nettverk (LAN). Hver av aksesspunktene 110 har en respektiv sone 115a, 115b og 115c i hvilke de er i stand til å sende og motta RF-signaler til og fra stasjoner 120a, 120b og 120c, som er støttet med trådløst lokalnettverk (WLAN) maskinvare og programvare for støtte av distribusjonssystemet 105.

Figur IB er et blokkdiagram av en delmengde av nettverket 100 der den andre stasjonen 120b, som anvender prinsippene i den foreliggende oppfinnelsen, er vist mer i detalj. Den andre stasjonen 120b genererer direktive antennelober 130a - 13 Oi (samlet, lobene 130) fra et direktivt antennearray.

Det direktive antennearrayet henvises her omvekslende til som en retningsantenne. Som diskutert i detalj med referanse til figur 2A, benytter den andre stasjonen 120b den direktive antennen for å skanne sine omgivelser for å fastslå en retning til et "beste" aksesspunkt 110a, 110b.

Skannet kan utføres i en passiv tilstand, der den andre stasjonen 120b lytter etter beacon-signaler utsendt fra aksesspunktene 110a og 110b. I 802.11 systemer sendes beacon-signalene i alminnelighet hvert 100 ms. Så for de ni antennelobene 130, tar prosessen omtrent 1 sekund på å gå igjennom antenneloberetningene og fastslå den beste vinkelen.

I en aktiv skannetilstand sender den andre stasjonen 120b et prøvesignal til aksesspunktene 110a, 110b og mottar respons på prøvesignalet fra aksesspunktene 110a og 110b. Denne prøvesending og responsprosessen kan gjentas for hver enkelt antenneskann-vinkel.

Fortsettelse med referanse til figur IB; i løpet av enten et passivt eller et aktivt skann benytter den andre stasjonen 120b det direktive antennearrayet til å skanne RF kanalene i sin søken etter signaler fra aksesspunktene 110.1 hver skanneretning måler den andre stasjonen 110b det mottatte beacon-signalet eller prøvesignalresponsen og kalkulerer en egen måleverdi for den skannevinkelen. Eksempler på måleverdier innbefatter mottatt-signalstyrke-indikasjon (RSSI), bærebølge-til-interferensforhold (C/I), signal/støy- forhold (Eb/No) eller andre passende mål på de mottatte signalenes eller signalomgivelsenes kvalitet. Basert på målingene kan den andre stasjonen 110b fastslå en "beste" retning å kommunisere med ett av aksesspunktene; 110a, 110b.

Skannene kan inntreffe før eller etter at den andre stasjonen 110b er autentisert og innmeldt i distribusjonssystemet 105. Derav følger at det initiale antenneskannet kan gjennomføres innenfor medium aksesskontroll (MAC) -laget. Alternativt kan det initiale skannet gjennomføres utenfor MAC-laget. Tilsvarende kan skann som inntreffer etter at den andre stasjonen 110b er autentisert og innmeldt i distribusjonssystemet 105 bli gjennomført innenfor MAC-laget eller ved prosessering som skjer utenfor MAC-laget.

Figur 2 A er et diagram over den første stasjonen 120a som er utstyrt med et direktiv antennearray 200a. I denne utførelsesformen er det direktive antennearrayet 200a utenfor den første stasjonen 120a sitt chassis.

Det direktive antennearrayet 200a innbefatter fem monopol passive antenneelementer 205a, 205b, 205c, 205d og205e (samlebetegnelse, passive antenneelementer 205) og et aktivt monopol antenneelement 206. Det direktive antennearrayet 200a er koblet til den første stasjonen 120a via en universell seriebus (USB) port 215.

De passive antenneelementene 205 i det direktive antennearrayet 200a er parasittisk koblet til det aktive antenneelementet 206 for å forenkle endringer av strålevinklene. Forandring av strålevinkelretningen kan ta hensyn til at minst en antennestråle kan roteres 360° i inkrementer som står i forhold til antallet passive antenneelementer 205. Mindre enn fulle 360° rotasjoner og under - inkrementelle retningsendringer er også mulig.

I noen utførelsesformer støtter det direktive antennearrayet 200a en omnidireksjonell tilstand definert av en omnidireksjonell eller et hovedsakelig omnidireksjonelt antennemønster (ikke vist). Stasjonene 120 kan bruke det omnidireksjonelle antennemønsteret til bærebølgeavføling før utsendelsen eller til å bedømme, ved hjelp av sammenligning, den aktuelle yteevnen til en retningstilstand i forhold til omnidireksjonell tilstand. I et "ad-hoc" nettverk kan stasjonene 120 gå tilbake til en omnidireksjonell antennekonfigurasjon siden det å kommunisere med andre stasjoner 120 kan skje i en hvilken som helst retning.

Figur 2B er en annen utførelsesform av den første stasjonen 120a som inkluderer et direktivt antennearray 200b implementert på et "Personal Computer Memory Card International Association"

(PCMCIA) kort 220. PCMCIA kortet 220 er inkludert i chassiset til den første stasjonen 120a på en typisk måte. PCMCIA kortet 220 kommuniserer med en prosessor (ikke vist) i den første stasjonen 120a via en typisk datamaskin-bus. Det direktive antennearrayet 200b implementert som PCMCIA kortet 220 tilveiebringer den samme funksjonaliteten som den stand-alone direktive antennearrayet 200a diskutert ovenfor med referanse til figur 2A.

Det bør være forståelig at ulike andre former for retningsantenner kan benyttes. For eksempel kan de direktive antennearrayene 200b innbefatte antenneelementer som er elektromagnetisk koblet til en mangfoldighet av passive antenneelementer. I en annen utførelsesform kan de direktive antennearrayene 200 innbefatte multiple aktive og multiple passive antenneelementer. I nok en utførelsesform kan de direktive antennearrayene 200 innbefatte multiple aktive antenneelementer og et enkelt passivt antenneelement. I enda en utførelsesform kan de direktive antennearrayene 200 innbefatte kun aktive antenneelementer.

Figur 3 A er en detaljert oversikt over det direktive antennearrayet 200a som innbefatter de multiple passive antenneelementene 205 og ett aktivt antenneelement 206 som diskutert ovenfor med referanse til figurene 2A og 2B. Som vist i dette detaljerte vinduet kan det direktive antennearrayet 200a også inkludere et jordplan 330 de passive antenneelementene 205 er elektrisk koblet til.

I drift tilveiebringer en tilstand til det direktive antennearrayet 200a en direktiv antennelobe 300 vinklet vekk fra antenneelementene 205a og 205e. Dette er en indikasjon på at antenneelementene 205a og 205e er i en "reflekterende" tilstand og at antenneelementene 205b, 205c og 205d er i "transmitterende". Med andre ord gjør den gjensidige koblingen mellom det aktive antenneelementet 206 og de passive antenneelementene 205 det mulig å bestemme tilstanden til de passive antenneelementene 205 for å kontrollere retningen til den direktive antenneloben 300. Det bør forstås at ulike tilstandskombinasjoner resulterer i ulike antennelobe 300 mønstre og vinkler.

Figur 3B er et skjematisk diagram av et eksempel på et kretsskjema som kan benyttes til å sette det passive antenneelementet 205a i en reflekterende eller transmitterende tilstand. Den reflekterende tilstanden er indikert med en representativ "forlenget" stiplet linje 305 og den transmitterende tilstanden er indikert med en "forkortet" stiplet linje 310. De representative stiplede linjene 305 og 310 representerer også den elektriske termineringen som henger sammen med det passive antenneelementet 205a. For eksempel, vil kobling av det passive antenneelementet 205a til et jordplan 330 via et induktivt element 320 sette det passive antenneelementet 205a i reflekterende tilstand og kobling av det passive antenneelementet 205a elektrisk til jordplanet 330 via et kapasitivt element 325 setter det passive antenneelementet 205a i transmitterende tilstand.

Elektrisk å koble det passive antenneelementet 205a gjennom det induktive elementet 320 eller det kapasitive elementet 325, eller mer generelt, et reaktivt element, kan gjøres via en bryter 315. Bryteren 315 kan enten være en mekanisk eller elektrisk bryter som er i stand til elektrisk å koble det passive antenneelementet 205a til jordplanet 330 eller til det reaktive elementet på en passende måte for denne applikasjonen. Bryteren 315 settes via et kontrollsignal 335 på en typisk bryterkontrollmåte.

I tilfellet med det direktive antennearrayet 205a i figur 3A er både passive antenneelementer 205a og 205e koblet til jordplanet 330 via respektive induktive elementer 320. På samme tid i eksempelet i figur 3 A er de andre passive antenneelementene 205b, 205c og 205d elektrisk koblet til jordplanet 330 via respektive kapasitive elementer 325. Kapasitiv kobling av alle de passive elementene 325 resulterer i at det direktive antennearrayet 200a utgjør et omnidireksjonelt antennestrålemønster. Det burde forstås at andre elektriske termineringsenheter også kan benyttes mellom de passive antenneelementene 205 og jordplanet 330, slik som "delay lines" og sammensatte impedanser.

Nå som en kortfattet introduksjon av 802.11 protokollen og bruk av retnings antenner har vært diskutert, blir en detaljert diskusjon av styringen av en retningsantenne ved bruk av en stasjonsstyreenhet (SME) og 802.11 protokollen presentert nedenfor.

Med referanse, nå til figur 8, er en SME 800, MAC-lag 805 og fysisk (PHY) -lag 810 vist i et generalisert arrangement, noen ganger referert til som en 802.11 stack. I dette arrangementet er SME 800 i kommunikasjon med MAC-laget 805 og PHY-laget 810. SME 800 er en lag-uavhengig helhet som kan bli sett på som et separat ledelses-lag eller befinne seg "ved siden av" MAC-laget 805 og PHY-laget 810. SME 800, MAC-laget 805 og PHY-laget 810 kan kommunisere gjennom ulike media, slik som en system-bus, fysisk kabelforbindelse eller nettverksforbindelse. For eksempel kan SME 800 være en frittstående programvareapplikasjon eller en applet som kjøres i en personlig datamaskin som blir brukt som en stasjon 120a, som beskrevet ovenfor. MAC-laget 805 og PHY-laget 810 benytter standard protokoller i henhold til 802.11 standardene. På denne måten kan SME 800 bli lastet ned fra en server på Internett (ikke vist), for eksempel, og bli i stand til å være i dialog med MAC-laget 805 og PHY-laget 810 på en "plug-and-play" måte.

SME 800 kan helt eller delvis oppdateres på stedet for å forenkle oppdatering eller utveksle det direktive antennearrayet 200a med et antennearray som har en ulik konfigurasjon. SME 800 kan innbefatte en grensesnittdriver (ikke vist). Grensesnittdriveren er noen ganger inkludert som en del av SME 800 mens andre ganger tilveiebrakt som separat modul. Grensesnittmodulen kan sende kommandoer til en antennekontroller 815 og motta tilbakemelding fra antennekontrolleren 815. Kommandoene leder det direktive antennearrayet 200a til å styre en antennestråle gjennom et skann på søken etter et "beste" aksesspunkt 110.

I overensstemmelse med 802.11 standarden kan MAC-laget 805 fastslå signalmåleverdier, slik som signal/støy-forhold, assosiert med RF signaler kommunisert via den direktive antennen 205a eller en annen form for antenne. MAC-laget 805 anvender PHY-laget 810 til konvertere et RF-signal til et basebåndsignal og vice versa. MAC-laget 805 kan benytte PHY-laget 810 til å tilveiebringe signalrelaterte parametre, slik som mottatt-signalstyrke-indikasjon (RSSI), signalkvalitet (SQ) og antydet datarate. MAC-laget 805 kan så tilveiebringe måleresultatene til SME 800 i form av et datum assosiert med en antennestråleretning eller en tabell med data assosiert med multiple antennestråleretninger. SME 800 kan sørge for at MAC-laget 805 tilveiebringer måleresultatene ved bruk av kommandoer eller forespørsler.

I bruk kan SME 800 sørge for at MAC-laget 805 tilveiebringer måleresultater assosiert med respektive strålevinkler til det direktive antennearrayet 200a. Basert på måleresultatene og de forutbestemte kriteriene, kan SME 800 styre det direktive antennearrayet 200a til en utvalgt retning assosiert med et aksesspunkt 110.

I en utførelsesform som benytter passivt skann, kan MAC-laget 805 bli styrt til å tilveiebringe måleresultatene som en funksjon av mottatt RF-energi i det direktive antennearrayet 200a i de respektive strålingsvinklene. For eksempel kan måleresultatene være høyere for signalstyrke fra et beacon-signal mottatt fra et første aksesspunkt 110a sammenlignet med signalstyrke fra et beacon-signal mottatt fra et andre aksesspunkt 110b. I en utførelsesform som benytter aktivt skann kan SME 800 styre MAC-laget 805 (i) til å sende et signal via det fysiske laget 810 til minst ett aksesspunkt 110a, 110b eller 110c og (ii) til å måle en respons fra aksesspunkt(ene) 110.

MAC-laget 805 kan også tilveiebringe måleresultatene eller tabellen med måleresultater til SME 800 basert på tidligere kalkulerte eller målte måleresultater. For eksempel, en periodisk eller hendelsesdrevet hendelse kan styre MAC-laget 805 til å finne måleresultatene og tilveiebringe måleresultatene til SME 800 på et "etter behov", "som forespurt" eller forhåndsbestemt grunnlag. Stasjonen 120a kan koble seg til distribusjonssystemet via aksesspunktet 110 og MAC-laget 805 kan tilveiebringe måleresultatene til SME 800 før eller etter innmeldingen til distribusjonssystemet, alternativt på en forhåndsbestemt måte.

SME 800 kan gi kommandoer til antennekontrolleren 815, som sender kontrollsignal er 820 til det direktive antennearrayet 205a. Kontrollsignalene 820 kan endre tilkoblingstilstanden til reaktansene 320,325 assosiert med antenneelementene 205 i det direktive antennearrayet 200a som, i sin tur, fører til at antennestrålevinkelen endrer seg. SME 800 kan koordinere denne oppgaven med å lede MAC-laget 805 til å tilveiebringe måleresultatene assosiert med antennestrålevinkler. For eksempel kan SME 800 gi ordre til det direktive antennearrayet 200 om å styre sin antennestråle fra vinkel til vinkel på en step-og-hold måte samtidig som ordre blir gitt til MAC-laget 805 om å måle signalstyrken på en korresponderende vente-og-måle måte inntil et måleresultat er assosiert med hvert aksesspunkt 110 for hver enkelt antennestrålevinkel.

Basert på måleresultatene, kan SME 800 sende nye ordrer til antennekontrolleren 815 for å styre antennestrålen i en retning relatert til et aksesspunkt 110. For eksempel kan antennestrålen styres til å peke direkte mot et aksesspunkt 110a eller i retningen av en sterkere flerveisbane som er assosiert med det samme aksesspunktet 110a. På denne måten kan SME 800 benytte den beste banen for kobling av stasjonen 120a til det valgte aksesspunktet 110a.

SME 800 kan anrope en omnidireksjonell strålevinkel ved hjelp av det direktive antennearrayet 205a på en forutbestemt, hendelsesdrevet eller tilfeldig basis for å bestemme hvorvidt den valgte antennestråleretningen fortsatt er den mest passende retningen for kommunikasjon med aksesspunktet 110a. Måleresultatene kan korrespondere med strålevinkler i forbindelse med ett aksesspunkt 110a eller multiple aksesspunkt 110a, 110b.

Når det skannes (det vil si søkes) etter et beste aksesspunkt 110 å koble seg til, kan SME 800 kommandere eller sende en forespørsel til MAC-laget 805 om å sende måleresultater for multiple strålevinkler og multiple beacon-signaler. Når det skal besluttes hvorvidt en endret antennestråleretning ville skaffet tilveie en forbedret kommunikasjonsbane, kan SME 800 utføre et re-skann. Re-skannet kan utføres i en tomgangsperiode (det vil si at det ikke skjer noen sending eller mottagelse av data), eller re-skannet kan "veves inn" i løpet av ikke-tomgangsperioder, og i dette tilfellet kan ubenyttede eller forutbestemte overhead-bits eller -bytes bli benyttet til å sende/motta signaler som skal måles eller sende prøveforespørsler.

I en utførelsesform kan SME 800 skanne etter (i) en beste stråleretning til et forutbestemt aksesspunkt eller (ii) en beste stråleretning til et "ikke forut bestemt" aksesspunkt. I hvert av tilfellene kan SME 800 tilveiebringe (det vil si kommando eller forespørsel) at MAC-laget 805 returnerer måleverdier eller en tabell med måleverdier for multiple strålevinkler og minst et beacon-signal. Etter å ha valgt den beste stråleretningen basert på måleverdier eller en tabell med måleverdier, styrer SME 800 antennestrålen til det direktive antennearrayet 205a i den valgte retningen ved hjelp av teknikkene diskutert ovenfor med referanse til figurene 3 A og 3B.

Figur 4 er et flytdiagram av en prosess 400 utført av stasjonene 120 i henhold til prinsippene til den foreliggende oppfinnelsen forbruk i WLAN-et 100 (figur IB). Prosessen 400 kan være en realisering av en delmengde av SME 800 kommandoer utført av en prosessor i stasjonen 120.

Prosessen 400 begynner på trinn 405 der stasjonen 120 blir skudd på. På trinn 410 går stasjonen 120 gjennom en initialiseringsprosess. På et tidspunkt som etterfølger stasjonsinitialiseringen 410, går prosessen 400 inn i en rutine 411 som utfører kommandoer som kommuniserer med MAC-en og fysiske lag i 802.11 protokollen. Rutinen 411 kommuniserer først (trinn 413) med det fysiske laget og deretter (trinn 417) med MAC-laget 417.

Fysisk-lag-kommunikasjon en (trinn 413) innebærer blant annet set-up 415, hvor initialisering og produksjonsprosesser opptrer på det fysiske laget til 802.11 protokollen. Andre prosesser som opptrer på det fysiske laget kan også opptre på dette trinnet av prosessen 400.

I MAC-lag-kommunikasjonen (trinn 417) fortsetter prosessen 400 med først å avgjøre hvorvidt passiv eller aktiv skanning skal benyttes (trinn 420) av stasjonen 120 for å avgjøre en "beste" antennepekevinkel. Dersom passiv skanning skal benyttes fortsetter prosessen 400 i en passiv skannerutine 425 (figur 6). Dersom en aktiv skanning skal benyttes fortsetter prosessen 400 med en aktiv skannerutine 430 (figur 7). Etterfulgt av den passive eller aktive skannerutinen fortsetter prosessen 400 (trinn 435) med å finne ut om et aksesspunkt 110 er blitt lokalisert av de valgte skannerutinene 425 eller 430.

Dersom et aksesspunkt ikke er blitt lokalisert fortsetter prosessen 400 å skanne (trinnene 420-435) etter et aksesspunkt 110 inntil en forhåndsbestemt timeout er nådd, og i dette tilfellet blir omnidireksjonell modus benyttet som standard. Dersom et aksesspunkt 110 er blitt lokalisert, fortsetter prosessen 400 med en oppsettprosess (trinn 440), som igjen anvender MAC-laget 417. Oppsettprosessen (trinn 440) kan innbefatte det å utføre autentisering, fortrolighet, innmelding og så videre som definert i 802.11 protokollen. Etter oppsettprosessen (trinn 440) fortsetter prosessen 400 med en stasjon/distribusjon systemoperasjonsprosess 445 (figur 5).

Figur 5 er et flytdiagram av stasjon/distribusjon systemoperasjonsprosessen 445, som utføres i stasjonene 120 på SME 800 nivået. Prosessen 445 innbefatter typiske operasjoner som inntreffer innenfor stasjonen 120a og støtter grensesnittet mellom stasjonen 120a og distribusjonssystemet 105 via et aksesspunkt 110. Prosessen 445 kan også revurdere antennestråleretningen for å oppnå en "beste" retning. Revurdering av antennestråleretningen kan utføres på (i) en periodisk basis, (ii) når nivået på et mottatt signal eller en annen kvalitetsmåleparameter kommer under en forhåndsbestemt terskel eller (iii) basert på andre hendelsesstyrte eller ikke- hendelsesstyrte kriteria. Eksempelet diskutert her er basert på en nedtellings- timingmodell utført på den første stasjonen 120a.

Med fortsatt referanse til figur 5 begynner prosessen 445 på trinn 505. På trinn 510 bestemmer prosessen 445 hvorvidt stasjonen 120 stadig er koblet til distribusjonssystemet 105. Dersom stasjonen 120a er tilkoblet, da vil prosessen 445, på trinn 515, kalkulere et mottatt signalnivå. På trinn 520 vil prosessen 445 avgjøre hvorvidt signalnivået er under en forhåndsbestemt terskel. Dersom signalnivået ikke er under den forhåndsbestemte terskelen fortsetter prosessen 445 på trinn 525 der stasjonen og distribusjonssystemoperasjonene fortsetter.

På trinn 530 bestemmer prosessen 445 hvorvidt en signalnivå nedtellings-timer er lik null. Dersom nedtellings-timeren er lik null, tilbakekobles prosessen 445 til trinn 510 for å bestemme hvorvidt stasjonen 120a fortsatt er koblet til distribusjonssystemet 105 via sitt aksesspunkt 110a. Dersom signalnivå nedtellings-timeren ikke er null fortsetter prosessen 445 på trinn 525. Nedtellings-timeren kan bli re-initialisert på typisk måte på et passende trinn i prosessen 445, slik som på trinn 510. Dersom signalnivået er fastslått å være under den forhåndsbestemte terskelen på trinn 520, fortsetter prosessen 445 på trinn 535 for å utføre den passive skannerutinen 425 (figur 6) eller den aktive skannerutinen 435 (figur 7). Etter at en av rutinene er utført, fortsetter prosessen 445 på trinn 540, der det foretas en avgjørelse hvorvidt stasjonen 120 har valgt å koble seg til distribusjonssystemet 105 gjennom et nytt aksesspunkt 110. Dersom ingen endring er gjort med aksesspunktet 110a, fortsetter prosessen 445 på trinn 525. Dersom et nytt aksesspunkt er blitt valgt, fortsetter prosessen 445 på trinn 440 der autentisering, fortrolighet og innmeldingstrinn blir utført på MAC-laget 805 i 802.11 protokollen, som diskutert ovenfor.

Dersom stasjonen 120a ikke lenger er tilkoblet distribusjonssystemet 105 via et aksesspunkt 110 (det vil si brukerstyrt nedkobling av stasjonen, utenfor rekkevidde, og så videre), fortsetter prosessen 445 på trinn 545 for å fastslå hvorvidt stasjonen 120a er koblet ned av en bruker. Dersom stasjonen 120a ikke er blitt koblet ned , fortsetter prosessen 445 på trinn 555, som returnerer til set-up i det fysiske laget (trinn 415) i figur 4. Tilbakevending til set-up i det fysiske laget (trinn 415) skjer i denne utførelsesformen basert på en antagelse om at en kommunikasjonsfeil eller utenfor-rekkevidde-feil har avbrutt kommunikasjonen mellom stasjonen 120a og valgt aksesspunkt 110. Dersom stasjonen 120a er blitt koblet ned, fortsetter operasjonen 445 på trinn 550 for å koble ned stasjonen 120a på en karakteristisk måte.

Figur 6 er et flytdiagram over den passive skannerutinen 425 introdusert i figur 4. Den passive skannerutinen 425 starter på trinn 605 der en teller i settes til null. På trinn 610 avgjør rutinen 425 hvorvidt alle antennevinkler er blitt testet. Dersom ikke alle antennevinkler er blitt testet, fortsetter rutine 425 på trinn 615 der stasjonen 120a mottar aksesspunkt-beacon-signal(er) i vinkel /. Med andre ord, antennevinkelen er satt til vinkel / for å lytte etter beacon-signal(er). På trinn 620 blir beacon-signal et(ene) målt. På trinn 625 kalkulerer den passive skannerutinen 425 beacon-signal(ene)s måleverdi(er). På trinn 630 blir telleren i inkrementer! for å velge den neste vinkelen støttet av det direktive antennearrayet 200a (figur 2). Rutinen 425 fortsetter på trinn 610 og repeteres inntil alle antennestrålevinklene er blitt testet.

Etterfulgt av testingen av alle antennestrålevinkler, fortsetter rutinen 425 på trinn 635, der rutinen 425 velger en antennevinkel som er en "beste" vinkel for kommunikasjon med et aksesspunkt 110. Utvelgelse av vinkelen kan gjøres i henhold til et vilkårlig antall kriterier, inkludert RSSI, C/I, Eb/No eller andre signalkvalitetsmål vanlig kjent innen fagfeltet. Den passive skannerutinen 425 returnerer til kallerutinen (figurene 4 og 5) på trinn 640 for fortsatt prosessering.

Figur 7 er et flytdiagram av den aktive skannerutinen 430 introdusert i figur 4. Den aktive skannerutinen 430 begynner på trinn 705, der en teller i settes til null. På trinn 710 fastslår rutinen 430 hvorvidt alle antennevinkler er blitt testet. Hvis ikke fortsetter rutine 430 på trinn 715.

På trinn 715 sender rutine 430 et prøvesignal via RF-signal som benytter det direktive antennearrayet 200a til aksesspunkt(ene) 110. På trinn 725 måler den aktive skannerutinen responsen(e) fra prøvesignalet. På trinn 730 kalkulerer den aktive skannerutinen 430 måleresultat(ene) til prøvesignalets respons. På trinn 735 blir telleren i inkrementer! for å teste den neste antennevinkelen.

Etter repetisjon av prosessen for alle antennevinkler, velger rutine 430 på trinn 740 den antennevinkelen som tilveiebringer den beste eller den mest passende signalkvaliteten mellom stasjonen 120a og aksesspunktet 110. På trinn 745 returnerer rutine 430 til kalleprosessen i figurene 4 og 5.

Fremgangsmåtene og apparatur benyttet for å realisere utførelsesformene diskutert ovenfor kan benyttes i 802.11 nettverk eller andre trådløse nettverk, slik som et Bluetooth-nettverk.

Prosessene i figurene 4-8 kan implementeres i programvare, fastlagret programvare eller maskinvare. I tilfellet med programvare kan programvaren lagres på et hvilket som helst datamaskinlesbart medium, slik som ROM, RAM, CD-ROM eller magnetisk platelager. Lager kan befinne seg lokalt i stasjonen 120 eller nedlastbart via et trådbundet eller trådløst nettverk, slik som distribusjonssystemet 105 via aksesspunkter 110. Programvaren kan lastes og utføres av en generell prosessor eller en applikasjonsdedikert prosessor.

Mens denne oppfinnelsen er blitt spesielt vist og beskrevet med referanser til foretrukne utførelsesformer av denne, vil det være enkelt å forstå for en fagperson at ulike endringer i form og detaljer kan gjøres i disse uten å avvike fra rekkevidden til oppfinnelsen som definert i de vedlagte kravene.

Claims (1)

1. En fremgangsmåte for bruk av en retningsantenne (200) i et trådløst lokalnettverk (WLAN) (100)karakterisert ved: å bevirke at et "Medium Access Control" (MAC) -lag (417) tilveiebringer måleverdier assosiert med respektive strålevinkler til retningsantennen (200), og å styre retningsantennen mot en utvalgt retning assosiert med et aksesspunkt (AP) (110) basert på måleverdiene.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat å bevirke at MAC-laget (417) tilveiebringer måleverdiene inkluderer å bevirke at MAC- laget bestemmer måleverdiene som en funksjon av mottatt energi ved retningsantennen i strålevinklene.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat å bevirke at MAC-laget (417) tilveiebringer måleverdiene inkluderer å bevirke at MAC-laget sender et signal til minst ett aksesspunkt (110) og til å måle en respons fra nevnte minst ett aksesspunkt.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat å bevirke at MAC-laget (417) tilveiebringer måleverdiene inkluderer mottak av en tabell bestående av tidligere kalkulerte måleverdier fra MAC-laget.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat å bevirke at MAC-laget (417) tilveiebringer måleverdiene inkluderer å bevirke at MAC-laget kalkulerer måleverdiene som en funksjon av et beacon-signal.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedå inkludere innmelding til et distribusjonssystem (105) koblet til aksesspunktet (110).

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6,karakterisert vedat å bevirke at MAC-laget (417) tilveiebringer måleverdiene skjer før eller etter innmeldingen til distribusjonssystemet (105).

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedå inkludere koordinering av strålevinkelen til retningsantennen (200) med at MAC-laget (417) bevirkes til å tilveiebringe måleverdiene.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat strålevinkelen innbefatter en omnidireksjonell strålevinkel.

10. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat måleverdiene korresponderer med strålevinkler i forbindelse med ett aksesspunkt (110).

11. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat måleverdiene korresponderer med strålevinkler i forbindelse med multiple aksesspunkter (110).

12. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedat måleverdiene innbefatter minst en av følgende: signal/støy- forhold (SNR), energi-per-bit per total støy (Eb/No), mottatt-signalstyrke-indikasjon (RSSI) og bærebølge-til-interferensforhold (C/I).

13. Fremgangsmåte ifølge krav 1,karakterisert vedbruk i et 802.11,

802.1 la, 802.1 lb eller 802.1 lg nettverk.

14. En apparatur for styring av en retningsantenne (205 a) i et trådløst lokalnettverk (WLAN) (100),karakterisert ved: midler (800) som bevirker at et "Medium Access Control" (MAC)-lag (805) tilveiebringer måleverdier som er assosiert med respektive strålevinkler til retningsantennen (205a), og midler (815) for styring av retningsantennen basert på måleverdiene til en utvalgt retning som er assosiert med et aksesspunkt (AP) (110).

15. Apparaturen ifølge krav 14,karakterisert ved: at midlene som bevirker at "Medium Access Control" (MAC)-laget (805) tilveiebringer måleverdier assosiert med respektive strålevinkler til retningsantennen (200a) er en stasjonsstyreenhet (SME) (800), og at midlene for styring av retningsantennen er en antennekontrollenhet (815) koblet til retningsantennen som mottar input basert på måleverdiene fra SME-en og, i sin tid, er anpasset til å bevirke at retningsantennen styrer en antennestråle til en utvalgt retning assosiert med et aksesspunkt (AP) (110).

16. Apparaturen ifølge krav 15,karakterisert vedat SME-en (800) er anpasset til å bevirke at MAC-laget (805) fastslår måleverdiene som en funksjon av energi mottatt av retningsantennen (200a) i strålevinklene.

17. Apparaturen ifølge krav 15,karakterisert vedat SME-en (800) er anpasset til å bevirke at MAC-laget (805) sender et signal til aksesspunktet og måler en respons fra aksesspunktet (110).

18. Apparaturen ifølge krav 15, som videre innbefatter en tabell over tidligere kalkulerte måleverdierkarakterisert vedat SME-en (800) er anpasset til å motta tabellen fra MAC-laget (805).

19. Apparaturen ifølge krav 15,karakterisert vedat SME-en (800) er anpasset til å bevirke at MAC-laget (805) kalkulerer måleverdiene som en funksjon av et beacon-signal.

20. Apparaturen ifølge krav 15,karakterisert vedat SME-en (800) er anpasset til å melde seg inn i et distribusjonssystem koblet til AP-en (110).

21. Apparaturen ifølge krav 20,karakterisert vedat SME-en (800) bevirker at MAC-laget (805) tilveiebringer måleverdiene før eller etter innmeldingen til distribusjonssystemet.

22. Apparaturen ifølge krav 15,karakterisert vedat SME-en (800) er anpasset til å koordinere strålevinkelen til retningsantennen med å bevirke at MAC-laget (805) tilveiebringer måleverdiene.

23. Apparaturen ifølge krav 15,karakterisert vedat SME-en (800) er anpasset til å få retningsantennen (200a) til å operere i en omnidireksjonell strålevinkelmodus.

24. Apparaturen ifølge krav 15,karakterisert vedat måleverdiene korresponderer med strålevinkler i forhold til ett aksesspunkt (110).

25. Apparaturen ifølge krav 15,karakterisert vedat måleverdiene korresponderer med strålevinkler i forhold til multiple aksesspunkter (110).

26. Apparaturen ifølge krav 15,karakterisert vedat måleverdiene innbefatter minst en av følgende: signal/støy- forhold (SNR), energi-per-bit per total støy (Eb/No), mottatt-signalstyrke-indikasjon (RSSI) og bærebølge-til-interferensforhold (C/I).

27. Apparaturen ifølge krav 15,karakterisert vedbruk i et 802.11,

802.1 la, 802.1 lb eller 802.1 lg nettverk.