TWI411265B

TWI411265B - 在可預期移動車輛中建立及維持無線區域網路連接之方法、系統與配置

Info

Publication number: TWI411265B
Application number: TW095137887A
Authority: TW
Inventors: Heikki Kokkinen; Harald Kaaja; Kari O Koivisto; Mika Kuoppala; Marko Karhiniemi
Original assignee: Nokia Corp
Priority date: 2005-11-29
Filing date: 2006-10-14
Publication date: 2013-10-01
Also published as: TW200726139A; KR20080070724A; US20090219900A1; WO2007063168A1; FI20051216A0; EP1955492B1; US8681753B2; CN101317394A; EP1955492A1; KR100959570B1; EP1955492A4; CN101317394B

Description

在可預期移動車輛中建立及維持無線區域網路連接之方法、系統與配置

發明領域

本發明一般是關於建立及維持在一車輛上收集性移動的終端機之無線連接之技術，且本發明尤其是關於提供列車及其他列車車輛之WLAN連接的技術。

發明背景

WLAN或無線區域網路是一用於使電腦或類似電腦終端機與附近的其他類似裝置無線地交換數位資料的所有技術之一般設計。在撰寫此描述的原始日期時，WLAN連接內的資料率是11 Mbit/s等級。依據一被建立的假設，一WLAN也必須具有與一外部廣泛分佈的公共網路(較佳的是網際網路)之連接，因此一WLAN之一終端機實際上未被限制對世界各地的存取許可權。

一WLAN連接被認為是廣大環境內的日常生活之一重要的部分。正在發展的趨勢是在一些區域中，所謂WLAN熱點之出現逐漸增加，有許多人同時需要及希望同時在此區域使用他們的終端機來存取一網路。此等區域之一特別重要的例子由公共傳輸車輛組成，例如，公車、列車及飛機。因為在典型WLAN連接內的一終端機與一基地台之間的範圍是以(例如)一列車車廂之尺寸為其等級，所以為一列車配置WLAN連接的明顯建議是在該車廂內安裝一基地台以建立實際的WLAN，且在該基地台與靜止外界之間建立一獨立集中式無線電鏈結。

第1圖描述了以下基本情況，其中一通用目的蜂巢式無線電系統包含許多基地台101至110，每個基地台各自具有一覆蓋區域或細胞，因此該等細胞系統性地覆蓋為一六角格的一些地理區域。一軌道111穿過該區域，因此切斷了許多細胞。在一位置內，該軌道111經過一隧道112。在一列車車廂內的WLAN基地台113與靜止外界之間建立一無線電鏈結最直接的選擇是為該WLAN基地台113配置通用目的蜂巢式無線電系統之一終端收發機，且將該移動WLAN看作其是一個單一的正在移動的終端機。許多缺點使這種解決方法變得不可行。此等缺點包括：在該通用目的蜂巢式無線電系統內一般沒有足夠的帶寬用於終端機，在困難區域內(如該隧道112)的不可確定的覆蓋面，以及在該等細胞中的一者已具有過量的普通終端機(具有有效通訊連接)的情況下之不可保證的容量。

第2圖描述了一更先進的解決方案，其中一解決方案利用了與一通用蜂巢式無線電系統之該等終端機不同的事實，即一列車將不會出現在任意地理位置，而是只沿著一定義好的路徑移動。在第2圖中，該軌道111之路徑被許多的專用細胞201－209覆蓋，該等專用細胞包括使用(例如)已知的所謂洩漏纜線技術的該隧道112內的一特定細胞210。在此解決方案中，至少該容量問題可比第1題之該解決方案更容易解決，因為不再有其他終端機與該移動WLAN基地台113競爭，該移動WLAN基地台113可看作在由該等細胞201－210組成的系統中的一移動終端機。然而，仍有重要問題善待解決。為了覆蓋具有專用細胞的一列車網路之重要部分，很容易需要幾百或幾千個固定基地台。這些基地台要如何以一節約成本之方式被連接到幕後有效運作的一核心網路，且如何有效地管理該終端使用者之終端機的移動性？

另外，有與都普勒偏移及衰退有關的重要問題。在該移動WLAN與該固定基地台之間的連接內使用的這種數位無線電傳輸涉及傳送封包，每個封包包含一所謂的訓練序列(training sequence)。一接收者使用此訓練序列之已知形式計算一通道估計，該通道估計充當一匹配濾波器之控制資訊，該匹配濾波器試著抵消除該無線電通道內的非線性之有害的影響。已更新通道估計只在新封包進入時是可用的。若封包很長，則連續通道估計之計算間的時間間隔也變得很長，這就增加了從最近計算出的通道估計的通道變化太快之實際脈衝響應的風險，造成封包丟失。另一方面，若封包非常短，則能夠經常更新通道估計，但是負載資料之可用的傳輸容量之相對量變得更小。

發明概要

本發明之一目的是為了提供用於在可預測移動車輛中建立及維持WLAN連接之系統層級的解決方案。本發明之另一目的是提供作為此一系統層級解決方案之部分的將專用固定基地台與一核心網路連接之有效成本方式。本發明之一額外目的是提供一種用於管理在一可預測移動車輛內移動的終端使用者終端機之移動性的方法及適合的硬體。本發明之又一目的是為了提供該種固定基地台與在一可預測移動車輛內移動的一WLAN部分之間的無線電介面機制。

藉由建立包含一連串專用存取點的基礎設施、藉由適當將該等存取點彼此鏈結及鏈結到內部網路結構，以及藉由建立一移動管理方案(利用一車輛之移動的可預測性)，本發明之以上目的可被獲得。

依據本發明的一種通訊系統包含：－一位於該車輛內的中央裝置，適用於作為該車輛上的一無線網路之一集線器(hub)，－許多的固定收發器，每個收發器具有構成一細胞的地理覆蓋區域，以及－一連接安排，將該等固定收發器與一外部封包切換資料網路連接；其中，該車輛內的該中央裝置適用於與該細胞內的一固定收發器進行通信，其中該中央裝置設於該車輛內，其特徵在於：－該車輛內的該中央裝置是被配置路由能力的一行動路由器，－該連接安排包含介於許多固定收發器與一固定中央裝置之間的一光學連接，該光學連接經過來自一長距離光纜的一光纖或者小數目光纖，該長距離光纜沿著該車輛之移動的一被預測路徑設置，－該固定中央裝置被配置路由能力，以及－該固定中央裝置與該行動路由器一起適用於實現該封包切換資料網路與一終端使用者之終端機之間的資料封包之路由，該終端使用者之終端機在該車輛上的該無線網路內運作。

本發明也是關於用於安裝在一種車輛上的電子內容分配系統，包含：－被安裝在該車輛上的一中央裝置，以及－耦接到該中央裝置的一接收器，且適用於自該車輛之外部的一網路中無線接收遠端產生的內容；其特徵在於其包含：－該中央裝置內的路由器裝置，該路由器裝置適用於使該中央裝置成為該車輛上的一無線網路之一路由器，－從該中央裝置到該車輛內的視聽分配裝置的一連接；其中該中央裝置適用於將被接收的遠端產生的內容遞送給以下二者：在該車輛上的該無線網路內運作的無線終端使用者之裝置，以及該車輛內的該視聽分配裝置。

另外，本發明是關於一種用於建立及維持與在一可預測移動車輛上建立的終端使用者之終端機的無線通訊連接的方法。該方法包含以下步驟：－在該車輛上的一中央裝置周圍建立一無線網路，－在該中央裝置與許多的固定收發器中的一者之間建立一通訊連接，每個固定收發器具有構成一細胞的地理覆蓋區域，以及－透過該車輛上的該中央裝置與一外部封包切換資料網路之間的該固定收發器傳送資料封包；其特徵在於其包含以下步驟：－利用許多的固定收發器與一固定中央裝置之間的一光學連接以傳送資料封包，該光學連接經過來自一長距離光纜的一光纖或小數目的光纖，該長距離光纜沿著該車輛之移動的一被預測路徑放置，以及－在該固定中央裝置與該車輛上的該中央裝置之一行動路由器功能二者內維持路由表，以在該封包切換資料網路與在該車輛上的無線網路內運作的一終端使用者之終端機之間路由資料封包。

依據本發明之一第一層面，提供了一種通訊系統，其中一移動車輛之該可預測路徑被被具有指向天線的無線存取點之該等細胞覆蓋，因此每個細胞在該車輛之移動路徑的方向內延伸。該等無線存取點最有利於以一光纖或少數的光纖彼此連接，這組成了一長距離光纜之一小部分。該等存取點與控制器級管理實體一起組成了一封閉網路，其中終端使用者之終端機的移動看似載有該終端機使用者之終端機的一車輛之收集移動。該等終端機之移動可藉由管理該車輛之移動性而被管理，該處理可得到以下事實之許多的優點：依據與該車輛之移動有關的可預測資訊，該封閉網路之所有適合的部分可被預先配置。

依據本發明之一第二層面，提供了一種設於以上所提到的該可預測移動車輛之內部的適合的基礎設施。一行動路由器作為終端使用者之一無線集線器，及用於即時接收且分配來自外部網路的內容之一鏈結節點。

可被認為是本發明之特性的新穎特徵在附隨的申請專利範圍內被特別闡述。然而，結合附圖一起閱讀的特定實施例之以下描述中，關於本發明本身之構造及其運作方法，以及額外的目的及優點可被最好的明白。

圖式簡單說明

第1圖描述了一先前技術的通訊網路，第2圖描述了另一先前技術的通訊網路，第3圖描述了依據本發明之一實施例的在一通訊系統內的網路元件之階層級，第4圖示意性地描述了依據本發明之一實施例的在一通訊系統內的一終端使用者之終端機及一行動路由器，第5圖示意性地描述了依據本發明之一實施例的在一通訊系統內的細胞之安排，第6a、6b及6c圖示意性地描述了在依據本發明之一實施例的一通訊系統內建立一介面的可選擇方式，第7圖示意性地描述了依據本發明之一實施例的一通訊系統內的一光學網路單元及存取點，第8a及8b圖示意性地描述了在依據本發明之一實施例的一通訊系統內的一些控制原理，第9圖描述了一長距離光纖纜線之小部分的使用，第10圖示意性地描述了在依據本發明之一實施例的一通訊系統內的一光學線終止單元，第11a、11b及11c圖描述了在依據本發明之一實施例的一通訊系統內的各種網路態樣，第12圖示意性地描述了依據本發明之一實施例的一方法，第13圖描述了習知的車輛網路基礎設施，第14圖描述了依據本發明之一實施例的一車輛網路基礎設施，第15圖描述了依據第14圖的在一網路基礎設施內的一控制面板之示範性使用。

較佳實施例之詳細說明

出現在本專利申請案中的本發明之該等示範性實施例不被解釋為造成附加的申請專利範圍之應用的限制。在本專利申請案中使用的動詞“包含”被用作開放限制，不排除未被闡述的特徵之存在。在附屬項內所記載的該等特徵可相互自由組合，除非被明確表明。

第3圖是依據本發明之一實施例的一WLAN解決方案之系統層級圖。許多的終端機使用者之終端機301適用於與一被稱為一車輛303內的行動路由器302的一裝置進行無線通訊。依據最一般的特徵，該車輛303是以一可預測方式移動的一車輛，因此至少移動之地理路徑可被精確地預測。作為一說明性例子，該車輛303可被認為是一列車車廂。沿著該車輛303之移動的預測軌道，有許多連續的固定基地台，在此處被表示為光學網路單元及存取點(ONU/Aps)304。一行動路由器302適用於一次與至少一ONU/AP 304具有無線連接。許多的ONU/APs連接到被稱為光學線終止(OLT)305的路由器。接著，許多的OLTs 305依次連接到一交換器306，有一自該交換器306到該網際網路的連接。在下文中，我們從第3圖中的底部到頂部更詳細地討論了該系統之部分。

第4圖系統性地描述了一終端使用者之終端機301與一行動路由器302之一些功能。本發明對於該終端使用者之終端機幾乎沒有要求，除了包括一WLAN介面401之外。考慮寫作當時的已知技術，該終端使用者之終端機301一般是一桌上型電腦(雖然其也可是一個人數位助理(PDA))、一被配置用於資料網路運作的行動電話，或者類似的裝置。為了實現本發明之目的，該行動路由器302之主要任務是作為終端使用者之終端機的立即存取點，且作為將在一車輛內建立的特定(ad－hoc)類型無線網路之連續主動節點。為了實現此目的，該行動路由器302包含一WLAN介面402，具有足夠高的容量以服務終端機的合理預期數目的終端使用者。該行動路由器302也可包含其他種類的本地介面403。此等介面可包括(例如)一用於終端使用者之終端機的纜線介面(此終端機只能夠透過一纜線連接到一網路)、一用於將該行動路由器302耦接到一本地內容伺服器的內容伺服器介面、一用於將該行動路由器302耦接到一定位裝置(例如，一GPS接收器或一些特定車輛導航系統)的定位介面，及/或一用於將該行動路由器耦接到一系統(該系統獲得且維持與該車輛之情況及運作有關的資訊)的遙測介面。

該行動路由器302(作為終端使用者之終端機的立即無線存取點)負責使用者認證，及透過加密及其他適當的措施對該通訊連接提高機密性。此等功能設於一安全模組404內。若利用該車輛LAN需要收費，則該行動路由器302也可包含一記帳模組405，用於產生及維持記帳資訊，及將此資訊轉發，以在該網路內的其他各處執行開發票功能。若使用電子錢對該連接付費，則該記帳模組405甚至可適用於直接開發票。該行動路由器可同時充當一本地內容伺服器，以提供(例如)娛樂(例如，音樂、視訊及遊戲)，為了實現此目的，該行動路由器也可包含一本地內容模組406。如其名字所暗示的，該行動路由器必須具有一路由器模組407。該路由器模組407之任務及運作在之後更詳細地被描述。又一介面408存在被用於對ONU/APs建立且維持無線介面。該介面包含一移動補償部分409，這將在之後被詳細地描述。

行動路由器與ONU/APs之間的連接是以幾GHz或幾十Ghz之頻率的無線電連接。藉由將該ONU/Aps沿著移動之預測路徑放置，且為他們配置指向天線，該車輛之移動的可預測性最有利地被利用，該天線之主要輻射瓣與移動之路徑的方向一致。第5圖描述了一軌道111之路徑如何被連續的細胞501覆蓋，每個細胞501由一ONU/AP 304之覆蓋區域組成，該ONU/AP 304之一指向天線指向該軌道111之方向。在第5圖中，我們假設每個ONU/AP具有一具有一主輻射瓣的指向天線，除了該隧道112之該ONU/AP之外；依據一已知實例，其ONU/AP利用一洩漏纜線天線，該洩漏纜線天線使該隧道細胞502覆蓋整個隧道112，無論方向如何。沿著該軌道111移動的一行動路由器113總是在至少一ONU/AP 304之細胞內。在該軌之直接片段上，該軌之方向上的一細胞之大小只被無線電波之有使用的範圍限制。該軌之長直線片段需要連續地放置幾個ONU/APs。該軌之曲線片段需要將該等ONU/Aps更緊密地放置，因為該軌相對較快地偏離該高度指向輻射瓣。

在該ONU/APs及該行動路由器內使用指向天線能夠使天線增益補償對連接品質有害的影響，特別是空間衰減。該等指向天線可具有一固定指向結構，在此情況下，該主輻射瓣總是指向相同的方向，或者它們可被電子控制。當一行動路由器沿著與某一ONU/AP有關的曲線路徑移動時，最後提到的選擇特別有利。將該等ONU/APs盡可能地置於接近該軌道或置於移動之其他可預測路徑，以及指向沿著該路徑的該等指向天線涉及以下優點，涉及限制都普勒偏移及其他依速因素內的變化之範圍的優點。

ONU/APs之間的一般距離(即，在移動之被預測路徑之方向上的一般細胞单元的大小)被估計為1千米的等級。

第6a、6b及6c圖描述了在該行動路由器302及該ONU/AP 304內使用天線及收發器之一些變化。第6a圖是在該行動路由器302及該ONU/AP 304內分別只有一介面收發器601及602的基本情況，且每個介面收發器分別具有一固定指向天線603及604。該等天線面向彼此。該解決方案具有需要以下條件的缺點：需確保(例如)該移動天線603設於其內的一列車車廂不會被偏轉到與該等ONU/APs之該等天線之指向方向有關的另一路徑，這在大部分情況下是一種合理的假設。為了完全避免此一風險，該行動路由器302及該ONU/AP 304中的至少一者應被配置一對稱指向的天線，該對稱指向的天線具有指向相反方向的兩主輻射瓣。第6b圖盡可能地描述了在該行動路由器302及該ONU/AP 304內的此一對稱指向天線613及614之使用。在一ONU/AP內使用一對稱指向天線將自然使此一ONU/AP之細胞在該輻射瓣所決定的方向內的ONU/AP周圍看似對稱。

連續的ONU/APs之該等細胞將具有一些地理重疊，這需要將其等傳輸彼此隔離。若碼分多重存取被使用，在不同ONU/APs使用不同的擴展碼就足夠。在其他情況下，可需要使用不同的傳輸頻率，或者適合的時間同步。在任何情況下，細胞之間的平滑交換(handover)之要求可需要在該行動路由器302與該ONU/AP中的至少一者內的並行介面收發器。在該行動路由器內，此等並行收發器中的一者仍可與“舊”的ONU/AP進行通訊，而另一收發器已與一“新”的ONU/AP建立連接。並行介面收發器也可被用於在該行動路由器302與該ONU/AP 304之間的無線電介面處提供冗餘。第6c圖描述了一示範性情況，其中該行動路由器302包括兩並行介面收發器621及622。此等收發器中的每個分別具有一指向一方向的指向天線623及624，因此該兩天線指向相反的方向。在該ONU/AP 304內，也有兩並行介面收發器625及626。此等收發器中的每個具有一指向兩方向的指向天線627及628。介面收發器之數目、天線之數目及天線之指向方向之數目之間的許多變更也是可行的。

第7圖系統性地描述了一ONU/AP 304之一些部分。一無線電介面701用以致能該ONU/AP 304與在移動車輛內經過的行動路由器之間的無線通訊。一無線電鏈結管理實體702(雖然其可被看作是該無線電介面701之一部分，但是其在此處被顯示是分離的)負責執行在最佳化容量及吞吐量下建立且維持無線電連接之操作。一封包過濾實體703監測所有進入的封包，且只選擇其中適當的一者用於進一步傳輸。一光學網路介面704是該ONU/AP透過其與該網路內的其他固定裝置進行通訊的介面。此通訊之實體裝置包含一光學耦接器705及一光纖(或小數目的光纖)706。

我們可更詳細討論在一ONU/AP 304與一行動路由器302之間的該無線電介面之一些層面，特別是在軌道應用之架構中。假設該行動路由器302是在一軌道車廂內，且該ONU/AP 304位於軌邊，則它們之間的相對速度可是每小時零與超過300千米之間的任何數值。在無線電頻率中的都普勒偏移是重要的。至少可獲得兩種更正測量：微調傳輸頻率及/或為了抵消都普勒偏移的時序，或者選擇與該都普勒偏移之幅值反比的封包大小(都普勒偏移越大，封包越小)。

利用傳輸品質測量作為一控制演算法之回饋，頻率更正及封包大小選擇可被動態地執行。第8a圖系統性地描述了動態封包大小選擇。在一傳輸狀態801期間，傳輸品質被測量；該測量可包含(例如)監測一位元誤差率、一圖框誤差率或一些其他特徵(被認為反映了一接收器內成功使用了被計算的通道估計)。依據步驟802，若每一定量的被傳送資料比一第一限制或臨界值具有更多的誤差，則依據步驟803，封包大小變得更小。依據步驟804，若每一定量的被傳送資料比一第二限制或臨界值具有更少的誤差，則依據步驟805，封包大小變得更大。動態頻率更正演算法在該項技術領域內是眾所周知的，且在此處不需要被進一步描述。此種頻率更正及封包大小選擇可於一移動收發器及一固定收發器二者中平等地執行。

本發明之軌道應用之一特徵在於，很容易獲得與一移動收發器及一固定收發器之間的相對速度有關的知識。所有現代列車包括用於以電子形式及即時產生及分配與該列車之一被測量速度有關之資訊的裝置。即使不能存取既有現存的速度計裝置，但是一行動路由器可被配置一GPS擴展或類似的定位裝置，該速度資訊可從該定位裝置中很容易地獲得。在該軌邊的一固定收發器可透過收發信號，接收來自一經過列車的即時速度資訊，或者可利用一被嵌入的速度雷達、設於該軌之下的感測器，或者其本身的一比較測量裝置。

第8b圖描述了利用用於選擇封包大小的速度資訊之一示範性情況。在一傳輸狀態811期間，速度資訊被獲得。依據步驟812，若速度之增加多於一第一限制或臨界值，則依據步驟813封包大小變得更小。依據步驟814，若速度之減少多於一第二限制或臨界值，則依據步驟815封包大小變得更大。因為對於該行動路由器及該ONU/AP而言，速度資訊可容易獲得，所以類似的控制演算法可應用於它們二者。動態頻率更正可以一非常類似的方式實現。

頻率更正及封包大小選擇二者在一移動補償單元內實現，其等例子已在第4圖中被描述為409以及第7圖中的711及712。此等控制程序之一物理實施態樣一般涉及一控制處理器，該控制處理器具有用以接收所需傳輸品質及/或速度資訊的輸入連接，及至一可調諧傳輸頻率產生器及/或至一基頻信號處理方塊的輸出連接，該基頻信號處理方塊建構該等封包，從而決定其等大小。在軌道應用中使用此一控制配置之又一可能的方式依賴於經過列車之速度的顯著的調整性。對於每個軌邊ONU/AP而言，在一列車經過之處具有一預設速度。依據自一列車交通控制中心接收的測量或資訊，此一預設速度甚至可被有規律地更新。每一ONU/AP可對頻率更正及/或封包大小個別地提供被選擇的預設值以開始，該預設值被選擇匹配一經過列車之預設速度。在該列車內，一行動路由器可假設，該列車之速度總是服從某一時間排程，且依據自該列車開始移動時所經過的時間，為頻率更正及/或封包大小選擇一預設值，而不用實際知道即時速度之知識。

ONU/APs及OLTs之間的連接值得一定程度的考慮。由這些裝置的名稱所暗示的，及如第7圖所描述的，此連接透過一光纖經過最有利。在軌道應用中，對於選擇光纖作為傳輸媒體也有其他較佳的原因。首先，光纖實際上對來自包含在火車頭內的高電壓及電流的電干擾不敏感。第二，依據第9圖，對於軌道操作者將高容量光纜901沿著所有列車軌道之側面放置已變得習以為常。此等纜線原先是打算被用作城市之間的長距離幹線路由。因為在軌道建造及修理期間放置一纜線相對容易，該等纜線大小通常相對過量，因此其等傳輸容量之一大部分未被使用。依據本發明之一實施例，此等長距離纜線之整體容量的一小部分可在一“分配領域”內使用，即，比起該等幹線路由原先被建立且被使用於內的增強(heavy－duty)交換中心，設在軌邊內的小ONU/APs彼此更靠近。該小部分在第9圖中被表示為線706，對應第7圖內的參考標號之使用。從一連續的纜線中分離一光纖706或小數目的光纖706，且建立一分支連接(第7圖中的光學耦接器705)，以將一通訊裝置耦接到該光纖或該小數目的光纖是一種已知的技術，因此在此處不需要被描述。

第10圖系統性地描述了一OLT 305之一些部分。該OLT 305透過一光學耦接器1001及一光學網路介面1002，耦接到一光纖(或小數目的光纖)706。該OLT 305可包含一負責安全層面的安全模組1003，例如使用者認證及加密程序。若移動車輛內的該WLAN連接需要收費，且不是所有的記帳功能都存在該行動路由器及/或網路的其他各處，則它們之間的一些可以一記帳實體1004之形式設於該OLT 305內。若該OLT 305用以充當與該等行動路由器進行通訊的終端機之一內容伺服器，則可有一內容提供單元(此處被表示為該遠端內容實體1005)，因為其與該等終端使用者之終端機之距離相對較遠。為了支援終端使用者之終端機的移動管理，可具有一平臺移動監測實體1006，其任務是保持該OLT 305關於車輛平臺(例如，列車車廂)之位置及速度是最新的。

該OLT 305之該等主要任務之一是作為一路由器，為了實現此目的，具有一發送實體1007，該發送實體1007具有一移動管理部分1008，該移動管理部分1008用於管理與該系統內的終端使用者之終端機的邏輯位置有關的功能。一網路介面1009作為用於將該OLT 305連接到一封包切換資料網路的裝置。依據第11a、11b及11c圖之網路態樣例子，此連接之本質可變化。

第11a圖描述了一示範性網路態樣，其中每一OLT 305管理一組ONU/APs 304，因此屬於一族群的該等ONU/APs 304及將它們一起管理的OLT 305組成一子網路1102。從一子網路1102到一外部封包切換資料網路(例如，網際網路或一些專用資料網路)的連接直接來自該OLT 305。屬於一子網路1102的每個裝置具有一個至光纖706的連接。在第11a圖中，此等連接分別經過光學耦接器705及1001。連續的子網路透過一橋接ONU 1101被鏈結在一起，在此處顯示為具有到每一子網路的分離的連接。該橋接ONU 1101之任務是終止每個子網路，即，不讓只應分配在一子網路內的封包經過，而同時提供表示子網路之間的通訊的封包之自由通道。雖然在第11a圖中顯示的橋接ONU 1101為不同於該等ONU/APs 304之裝置，但是使一子網路的最後一ONU/AP 304具有橋接能力是最有可能的。

在每一族群內的ONU/APs之數目值得一些考慮。作為一第一假設，一OLT可處理如16到32個ONU/APs此類的事物。另一方面，此一第一假設僅僅是建立一辦公室類型網路之一類似，其中每一ONU/AP同時主動地與終端使用者之終端機進行通訊也是非常可能的。再次考慮該列車例子，應注意到的是，在一軌道上，列車不會彼此之間緊密排列，而是為了安全考慮，在它們之間總會有一空距離。作為一例子，假設每一列車是200米長(因此適合於一個單一細胞)，且在連續列車之間具有至少2千米的安全距離，則一次只有十分之一的ONU/APs可具有主動連接。即使該等ONU/APs應讓列車進入相反的方向，但是在任何單一時刻，平均只有五分之一的ONU/APs具有主動的連接。因此，我們假設每族群的ONU/APs之數目(在一個單一OLT之管理之下運作)可比任何類似辦公室應用中的數目大得多。另一方面，在規劃該網路中，必須注意到的是，一ONU/AP所經歷的交通量內的變動是大量的：對於大部分時間，該ONU/AP可能不具有任何主動連接，而其偶爾必須為進入相反方向且在一個單一細胞內彼此經過的兩列車內的所有主動終端使用者之終端機服務。

第11b圖描述了另一網路態樣，與第11a圖之網路態樣類似，除了與一外部封包切換資料網路的連接之外。此等連接不來自該等OLTs 305而是一交換器306，該交換器306具有與該光纖的本身的連接1112，該光纖組成了一子網路之一主幹。第11c圖描述了進一步可選擇的網路態樣，其中該等子網路沒有透過任何橋接ONU被鏈結在一起；相反的，具有一從每個OLU 305到一交換器306的連接1122，從該交換器306到一外部封包切換資料網路的連接。

就移動管理之觀點而言，第11a到11c圖之該等網路態樣彼此不同。在11a及11c圖之該等實施例中，整個“列車WLAN”基本上在一個單一交換器之後(雖然提供一些保留連接可能性以增加冗餘及消除一重要單一點失敗之風險是明智的)。這意味著，一旦一移動終端使用者之終端機已與該“列車WLAN”連接，則從一細胞至另一細胞的移動，甚至從一子網路到另一子網路的移動完全地被隱藏，且與分別為該交換器1111或1121之外的任何外部網路元件不相關。所有移動管理功能被限制於該“列車WLAN”內：該交換器必須知道該終端使用者之終端機目前正處於哪一子網路中；該子網路的該OLT必須知道到達一特定終端使用者之終端機的該等封包應在哪一細胞或哪些細胞透過空氣被發送，且自然一行動路由器必須知道其正與哪一終端使用者之終端機進行通訊。使該終端使用者之終端機從一列車車廂到另一列車車廂且仍具有網路連接操作必須是可行的，這表示行動路由器之間的一交換(handover)機制之需要。

另一方面，若該“列車WLAN”由許多的分離子網路(如第11a)組成，則每當一行動路由器從一子網路移動到另一子網路時，在該等OLT s 305之外的一些路由實體之路由表內的變化是必需的。甚至利用第11b及11c圖之配置，一類似的情況也產生，若沿著一單一旅程可有不同網路操作者之“列車WLANs”，則從它們中的一者即時變化到另一者是被允許的。這最有可能是在至少“列車WLAN”系統之大量配置已完成之後的情況，及/或在許多的列車操作者各自具有擁有他們的軌部分且願意拍賣WLAN權利給相互競爭電信操作者的國家。

我們可安全地假設，甚至在以上所提到的情況下，一個單一子網路被充分擴展到允許幾十分鐘的操作，若不是幾小時的操作，即使該終端機使用者之終端機在該列車內連續地移動。存在已知的WLAN技術用於管理在減慢的時標內的移動網路節點之移動性。

然而，WLANs之該等已知機制太慢而不能用於在ONU/AP或細胞之精確度下管理行動路由器及終端使用者之終端機的移動性。假設ONU/APs之間的距離大約是一千米－－或者在曲線或複雜的軌道部分時更小－－且一列車以大約250km/h之速度運行，則細胞變化之間的時間間隔很容易小於15秒。所有細胞變化之可預測本質有助於保持所有鏈結層協商為最小值，因為在必須被協商的正常特定(ad－hoc)類型WLANs內的許多因素提前可知，且可被預先配置。依據本發明的該“列車WLAN”內的移動管理被描述於以下例子中。

第12圖描述了當依據本發明之一實施例運作一網路安排的一示範性一連串的事件。為了適合地將該討論與一容易理解的實例連接，我們可再次假設討論之中的該可預測移動車輛是一列車車廂。當該車廂位於一站台時操作開始。在步驟1201內，該車廂內的一行動路由器與一第一ONU/AP建立一無線電連接。當此連接是運作時，在步驟1202內，該行動路由器利用其聯繫一第一OLT，因此其可知道該網路內的該行動路由器之邏輯位置，且在步驟1203內將與該行動路由器之一鏈結設定為一“UP”狀態。

在步驟1204內，一終端使用者之終端機建立與該行動路由器的一本地無線連接，且執行有關的存取控制常式。假設該終端使用者可正確地被認證，且每件事都是以用於需被建立的一連接之順序，則在步驟1205內該行動路由器更新其本身的路由表，從而將與該終端使用者之終端機的一鏈結設定為一“UP”狀態。在步驟1206內，該終端使用者之終端機發送一訊息給該第一OLT，其現在知道在該行動路由器所管轄的邏輯領域內的該終端使用者之終端機之存在。在一可選擇實施例中，此訊息可從該行動路由器到該第一OLT。在步驟1207內，該第一OLT相對應地更新其路由表。在這之後，該終端使用者之終端機在步驟1208內與任何外部網路開始通訊，因此該連接經過該行動路由器、該第一ONU/AP及該OLT。該終端使用者之終端機與該列車WLAN成為連接的所經過的步驟一般也包含較深入一般封包切換資料網路的其他發信，以正確地建立至及來自該終端使用者之終端機的所有交通之路由。然而，此發信及重新路由程序可依據任何通用目的協定(例如該行動IP(行動網際網路協定))被執行，且在此處不需要再詳細討論。

該等列車開始移動，使該列車車廂趨向於一第二ONU/AP之細胞。從該OLT開始，所有預到達該行動路由器及其背後的該等終端使用者之終端機的下行鏈路封包被分配給該特定子網路內的所有ONU/APs。然而，不是每個ONU/AP透過空氣無線地傳送封包，因為該OLT已為此等封包配置了該等ONU/APs可識別的一MAC(媒體存取控制)位址。一ONU/AP只將傳送其從具有一MAC位址(匹配該ONU/AP之位址)的OLT接收的該等下行鏈路封包。

在步驟1209及1210內，或在此等步驟中的至少一者內，該第二ONU/AP或該行動路由器，或以上二者知道建立一連接的可能性。新連接在步驟1211內建立。在該行動路由器已將該新連接認為是比該第一ONU/AP更好的連接之後，該行動路由器在步驟1212內更新其路由表，因此所有連接經過第二ONU/AP。接著在步驟1213內具有從該行動路由器到該OLT的一訊息，以在步驟1214內使路由也在該OLT被改變。一會之後，依據步驟1215，該終端使用者之終端機與外部網路之間的所有通訊經過該行動路由器、該第二ONU/AP及該第一OLT。

若提供給該OLT的裝置知道或推出至少該行動路由器正在移動的速度，則利用以下事實是可能的：該OLT肯定將知道，與該行動路由器聯繫的下一ONU/AP是哪個。該OLT可改變其設於對該等下行鏈路封包前面的該等MAC位址，因此下一ONU/AP將接收緩衝封包，即使其不具有與該行動路由器正式建立的一連接。若與該行動路由器之移動有關的發信資訊在該OLT內可獲得，則其可被用以定時改變該等MAC位址之時刻。即使沒有發信資訊可獲得，則給出以下一簡單的實施例也是可能的：該OLT總是告知已知的目前ONU/AP及在移動方向上緊鄰的ONU/AP接收所有下行鏈路封包。

當該列車進一步移動時，該行動路由器開始接近下一ONU/AP屬於一不同OLT之領域的限制。在第12圖中，該行動路由器與一第三ONU/AP之間建立的連接之初始化在步驟1216或步驟1217或以上二者中開始。為了促進平緩的OLT間交換，舊OLT盡可能早地知道執行一交換所需的方法是重要的。在第12圖中，在步驟1218內，該行動路由器發送發信資訊以告知該舊OLT。同時，在步驟1219內，該行動路由器開始與第三ONU/AP建立一連接。至該舊OLT的發信訊息使其在步驟1220內更新一路由表－－在以下將更詳細討論要如何更新。在該第三ONU/AP之連接運作之後，在步驟1221內，該行動路由器利用其將其本身通知給新OLT。在步驟1222內，該新OLT將該行動路由器之鏈結設定為“UP”狀態。在步驟1223內，該行動路由器在其本身的路由表內將該新OLT改變為預設OLT。

在步驟1220內的舊OLT之路由表內的變化是最有利的，使得該舊OLT將開始發送下行鏈路封包給下一ONU/AP(在此例中是第三ONU/AP)，儘管下一ONU/AP實際上屬於一不同OLT管轄的子網路此事實。何種邏輯或物理連接被用於此子網路間發送對於本發明是不重要的。將該等下行鏈路封包穿過該子網路邊界，有助於在OLT間的交換期間避免延遲及資料之損失。一會之後，依據步驟1224，可能發生下行鏈路封包來自舊OLT的情況，即使它們經過第三ONU/AP－－而依據步驟1225，上行鏈路封包經過第三ONU/AP，且進一步經過新OLT。

最終，該行動路由器與該舊子網路之所有部分之間的連接消失，這在第12圖內被描述為步驟1226。依據步驟1227，在該舊OLT中，這使至該行動路由器之鏈結被設定為一“DOWN”狀態。較佳地，已提供下行鏈路封包給舊OLT的路由器或交換器具有一到相鄰的新OLT之預先配置的可選擇路徑，因此在步驟1227內設定該鏈結使此一可選擇路由成為該預設路由。此時，依據步驟1228，該終端使用者之終端機與外部網路之間的所有通訊經過該行動路由器、第三ONU/AP及新OLT。

步驟1229－1234重複以上關於“OLT內交換”或一程序之論述，其中該行動路由器從一ONU/AP的細胞移到另一ONU/AP之細胞，這ONU/APs二者都屬於相同的子網路。步驟1229－1234僅分別是步驟1209－1214之複製。在步驟1235內，該終端使用者之終端機與外部網路之間的所有通訊經過該行動路由器、一第四ONU/AP及新OLT。

接著，我們描述透過以上所描述的網路被分配給一可預測移動車輛的內容之一些可能的使用。第13圖描述了一先前技術列車娛樂系統，其中一視訊播放器1301及一汽車FM無線電接收器1302作為內容來源。該視訊播放器1301是一本地內容來源之一例子，而該FM接收器1302實際上構成了用於遠端接收在其他某處產生(在一無線電臺內)的內容之裝置。來自本地及遠端內容來源的內容之分配透過呈現裝置發生，例如視訊螢幕1304及耳機1305。此一先前技術安排之該等缺點是明顯的：一本地內容來源1301只可提供列車操作者之前已安排在那的某些事物，例如來自先前已購買的錄像帶的電影。一FM無線電接收器1302之頻寬只能夠存取有限數量的遠端產生的內容，例如正常FM無線電程式。

第14圖描述了藉由將一行動路由器302作為一內容來源，一車輛之該娛樂系統如何可被大大地增強。此處我們假設，該行動路由器302與該娛樂伺服器1303是不同的裝置，雖然此等功能也可在一個單一的電腦內實現。該行動路由器302可作為一封包切換資料網路之一路由器及網路節點，如之前已描述的。另一方面，由於所包含的大傳輸能力，該行動路由器302也可作為用於DVB－T(數位視訊廣播－陸地)及/或MPEG(移動圖像專家組)傳輸之一接收器。若該行動路由器302利用一大容量本地儲存設備1401被增大，則該行動路由器302可儲存線上進入其內的許多數位廣播串流，且提供以下可能性給許多終端使用者：以他們希望的速度觀看所儲存的內容。

我們可假設該視訊螢幕1304是一個人視訊螢幕，因此每個終端使用者可作出他自己對將要觀看的內容之選擇。作為第14圖之系統的一部分，具有一小控制面板1402(可方便地設於每一座位附近)，從這有一到該娛樂伺服器的上行串流控制通道連接，及可選擇的到該行動路由器的上行串流控制通道連接。第15圖描述了使用此控制面板之一示範性順序。在最高的步驟內，該控制面板內的一顯示器1501只包含兩選擇。一終端使用者按下左上角的按鈕1502(由陰影表示)，依據中間步驟，這使標題出現。現在按下右上方的按鈕1503，讓該終端使用者觀看最新的足球賽，該行動路由器已(例如)以DVB－T形式接收該最新足球賽且該最新足球賽被儲存到一本地儲存設備內。該終端使用者可利用該等控制按鈕啟動播放、倒轉、快轉及暫停，此等操作指的是該行動路由器從該儲存設備中讀取該等被儲存內容之方式，且將其轉發給該終端使用者的個人視訊螢幕。

作為透過該車輛的內置呈現系統1304及1305分配該被接收(且被儲存)內容之可選擇實施例，該行動路由器302也可將其透過該本地WLAN連接轉發給該終端使用者之本身的終端機301。

第14圖之該系統能夠致能許多類型的自動功能。例如，依據時間、偵測出的位置，或任何其他類似的觸發輸入，該行動路由器302與該娛樂伺服器1303之組合可被程式化以開始、結束及改變娛樂及其他內容之提供。最有利的是，該系統也具有來自該車輛之一內置通知系統的輸入連接，因此(例如)一列車防護可利用該系統分配通知。提供以下可程式選擇是容易的：例如，正進行的內容分配是否應在人為通知之期間內暫停，或者內容分配是否允許在幕後繼續。

雖然在以上本發明已關於特定例子被描述，但是至今為止的描述不應被解釋為排除任何明顯的可選擇實施例。例如，雖然本描述已幾乎專門地關於列車應用被描述，但是本發明可類似地應用於道路交通。特別是在中心城市區域外部，即使一個別司機之汽車沿著一相對良好預測的路徑前進：藉由沿著非常重要的幹線行駛，司機打算行走長距離，且在每個主十字路口只有非常有限數目的可能的新路選擇，因此可能進入新細胞。在十字路口之間，一汽車的傳播非常類似沿著一軌道的列車之傳播。當該汽車接近一主十字路口時，該網路可選擇沿著每一可能新路的第一細胞為下一組被預測的細胞。一公車將沿著比一私家車更可被精確預測的路徑行進，在此情況下，應用本發明遵循與列車應用之類似的程序。

一基於道路的WLAN可被認為是一“熱點”，該“熱點”被擴展到覆蓋一主道路之整個長度，或許多的主道路。只要一汽車或一公車在這些主道路上，從該邏輯位置觀點而言，在其內的一終端使用者之終端機是“在該道路WLAN內”，且移動管理只需要在該封閉的基於道路的WLAN網路內執行，其方式與列車例子之方式相同。若該汽車或公車選擇一較小的道路(或者一終端使用者走出該列車，且遠離覆蓋該站台的一ONU/AP之細胞)，該終端使用者之終端機脫離該基於道路的WLAN網路，但是仍可(例如)與一般蜂巢式網路進行通訊，其中該蜂巢式網路一般具有較小的可用帶寬。因此，就邏輯位置而言，一基於馬路的WLAN或一列車WLAN組成一“島嶼”，其中該終端使用者之終端機保持在那，只要其與該等適合的ONU/APs之任何進行通訊。

另一明顯的上位是有關光纖或者少量光纖之使用，該等光纖自一長距離光纜取出且被用於將該等ONU/APs與該等OLTs連接。雖然這被認為是被用於大量軌邊ONU/APs的最有利選擇，但是期望每個及每一ONU/AP只具有一個這樣的連接是不合理的。例如，在一大列車站內，覆蓋要求需要設置專用ONU/APs是可能的，因此其等細胞包含(例如)列車圍欄或候車室。若一OLT也存在該站台內，則將從該OLT中取出一個別的光纖給該被隔離的的ONU/AP是有利的，而不是試著強迫將該ONU/AP設置到接近長距離光纜所處的某些地方。

301．．．終端機使用者之終端機

302．．．行動路由器

303．．．車輛

304．．．光學網路單元及存取點

305．．．光學線終止

306．．．交換器

401，402．．．無線區域網路介面

403．．．本地介面

404．．．安全模組

405．．．記帳模組

406．．．本地內容模組

407．．．路由模組

408．．．介面

409．．．移動補償部分

501．．．細胞

502．．．隧道細胞

601，602．．．介面收發器

603，604．．．固定指向天線

613，614．．．對稱指向天線

621，622，625，626．．．並行介面收發器

623，624，627，628．．．指向天線

701．．．無線電介面

702．．．無線電鏈結管理實體

703．．．封包濾波實體

704．．．光學網路介面

705．．．光學耦合器

706．．．光纖

711，712．．．移動補償部分

801~805，811~815，1201~1235．．．步驟

901．．．高容量光纜

1001．．．光學耦接器

1002．．．光學網路介面

1003．．．安全模組

1004．．．記帳實體

1005．．．遠端內容實體

1006．．．平臺移動監測實體

1007．．．路由實體

1008．．．移動管理部分

1009．．．網路介面

1101．．．橋接光學網路單元

1102．．．子網路

1111，1121．．．交換器

1112，1122．．．連接

1301．．．視訊播放器

1302．．．汽車FM無線電接收器

1303．．．娛樂伺服器

1304．．．視訊螢幕

1305．．．耳機

1401．．．大容量本地儲存設備

1402．．．控制面板

1501．．．顯示器

1502，1503．．．按鈕