獨立wimax系統和方法

2023-10-31 09:14:52 3

專利名稱：獨立wimax系統和方法
技術領域：
本發明涉及無線網絡。更具體地說，本發明涉及實現全球微波接入互操作性(WiMAX)標準的無線網絡。
背景技術：
無線網絡是常見類型的計算機網絡，其包含能夠無線地通信的兩個或更多設備。無線設備的普及已經隨著行動電話和其他類型的個人和消費性電子產品(即智慧型電話、寫字板、上網本、膝上型計算機和其他無線電子設備)的採用而指數地增長。無線聯網的增長與WiFi ，基於電氣和電子工程師協會(IEEE) 802. 11標準的系列的無線區域網(無線LAN/WLAN)協議的系列的採用並行增長。Wi-Fi 的採用已經允許在不需要布設電纜的情況下經濟地部署LAN，從而降低成本和增加靈活性。此外，高採用已經増加了對無線數據的欲望並且隨著増加的速度和容量而產生了更快網絡的市場。全球微波接入互操作性(WiMAX)是由WiMAX論壇介紹的下一代無線協議。WiMAX指的是特定類型的互操作性IEEE802. 16標準系列，將其通過引用的方式合併於此。WiMAX提供増加的速度和利用Wi-Fi 的WLAN的提高的範圍，並且支持固定的、遊動的和移動部暑。此外，公司已經採用該標準來跨越大的地理區域提供移動寬帶以及與諸如全球移動通信系統(GSM)和碼分多址(CDMA)的第三代移動技術競爭。WiMAX經常被視為當前由電纜或數字訂戶線路(DSL)服務的最後一公裡網際網路接入的經濟替代。WiMAX網絡中的靈活帶寬分配和多個嵌入型服務質量支持允許包括高速網際網路接入、IP語音(VoIP)和視頻呼叫、多媒體聊天和移動娛樂的部署。IEEE 802. 16系列標準為多個無線通信標準提供空中接ロ，但不一定定義標準的WiMAX網絡。然而，WiMAX論壇的網絡工作組(NWG)已經使用作為空中接ロ的IEEE802. 16e-2005來標識用於WiMAX的端對端需求、架構和協議的標準集。根據WiMAX標準，可以將整個網絡邏輯上劃分成三個部分客戶端設備(CPE)、接入服務網絡(ASN)和網絡運營中心(NOC)。客戶端設備(CPE)是由終端用戶用來接入WiMAX網絡的設備。在固定部署中，CPE可以是用來通過標準固定或無線LAN(例如使用Wi-FiTM)為用戶提供對WiMAX網絡的接入的WiMAX接入點。在其他實施例中，CPE可以是行動電話、計算設備等等，能夠當在基站的範圍中時直接接入WiMAX網絡。網絡運營中心(NOC)提供對網際網路、應用服務供應商(ASP)、其他公共網絡和公司網絡的連接。根據常規WiMAX網絡，NOC還包括支持對設備、用戶和特定服務的認證的認證、授權和記帳(AAA)伺服器。NOC還提供QoS和安全性的用戶策略管理，並且NOC還負責IP位址管理，支持不同NSP之間的漫遊、ASN之間的位置管理，以及ASN之間的移動性和漫遊。由於至少部分地開發WiMAX來支持下一代行動裝置時，所以在一些實現中，NOC還能夠經由網關與公共交換電話網(PSTN)和第三代合作夥伴項目(3GPP/3GPP2)通信，以及將運營支持系統(OSS)和業務支持系統(BSS)集成在NOC環境中。
在現有技術的WiMAX架構中，隔離了 ASN與CPE和NOC兩者間的通信。在訂戶側，ASN可操作用於使用基站與CPE通信。在網絡側，NOC和ASN之間的通信通過ASN網關(ASNGff)發生。經由基站在ASN處從CPE接收到的數據將被傳遞到ASNGW，用於正確消息轉發。現有技術設備的ASNGW可以與NOC通信以檢索消息轉發指令。由於ASN可以覆蓋大的地理區域，所以可以將多個基站分組在單一 ASN內，ー個或多個ASNGW管理和跟蹤幾個基站當中的、可能產生不可預測的等待時間的數據流。WiMAX標準支持頻分雙エ(FDD)和時分雙エ(TDD)，儘管基於IEEE802. 16e技術的廣泛部署的WiMAX版本I僅支持TDD作為雙エ模式。在任何情況下，對數據傳輸不対稱的移動網際網路設備，可以更好地定位TDD。
TDD在應用時分復用(TDM)的通信鏈路上提供全雙エ通信。該實現形式比利用FDD的實現形式更簡單且更便宜，因為用於TDD實現的收發器設計不太複雜並且因此更便宜。BS和CPE之間的上行鏈路和下行鏈路數據率由分配復發時隙的調度算法來管理。來自BS的出站傳輸在尋址幀中被廣播。然後，每個CPE可以選載(pick-off)尋址於它的那些幀。因此，基於負載使用可以優化在単一通信鏈路上的業務的動態分配。換句話說，當業務負載波動時，可以從特定CPE添加或取走容量。在常規WiMAX網絡中，基站(BS)將控制對信道的接入。希望將入站傳送到BS的用戶必須首先在基於競爭的接入信道上發送請求。然後，由使用傳輸許可的系統的BS來分配使用入站業務信道的專有許可。多播是ー對多分發的形式。與廣播類似，多播允許源將消息同時傳送到許多接收機。然而，廣播和多播之間的不同在於多播可以將接收機庫限制到被標識為接收機組的一部分的那些接收機。多播用於需要將消息從單ー傳輸源發送到許多接收機的情形中。不是單獨地封裝用於每個単獨接收機的消息，利用多播的傳輸源可以一次發送消息。用於多播的常見應用包括部署流媒體，諸如網際網路無線電和電視節目。然而，現有的WiMAX網絡經受必須由接入網管理和從接入網絡路由任何CPE至CPE多播傳輸，即使是對於相同基站後的CPE。

發明內容
因此，本發明的目的是至少部分地克服現有技術的ー些缺點。因此，本發明的目的是提供一種改進型的基於WiMAX的系統和方法，該系統和方法獨立地減少消息傳輸等待時間並且促進由發起CPE啟動的多播傳輸並且廣播到所有CPE或預定義CPE組。因此，在其ー個方面中，本發明屬於ー種無線通信系統，包括多個客戶端設備(CPE)，用於使用時分復用(TDM)以第一通信標準發送和接收無線信號，每個CPE具有唯一MAC地址；基站，具有無線端ロ，用於以第一通信標準和使用TDM向多個CPE中的每個發送和接收無線信號，所述基站其中存儲了包含多個CPE中的每個的MAC地址的查找表；其中，多個CPE中的任何一個能夠將多播消息上行鏈路到基站，以便發送到CPE ;以及其中，響應於接收到上行鏈路多播消息，基站將下行鏈路多播消息發送到將它們的MAC地址存儲在查找表中並且在上行鏈路多播消息中標識的CPE。本發明的另一方面屬於ー種使用時分復用以第一通信標準在多個客戶端設備(CPE)之間無線地傳送多播消息的方法，所述CPE中的每個具有唯一 MAC地址，所述方法包括從多個CPE的發起CPE，向基站發送上行鏈路多播消息，所述基站具有無線端ロ，用於以第一通信標準和使用TDM向多個CPE中的每個發送和接收無線信號，所述基站其中還存儲包含多個CPE中的每個的MAC地址的查找表；在基站接收上行鏈路多播消息；在基站，使用在基站存儲的查找表將上行鏈路多播消息轉換成下行鏈路多播傳送消息；以及通過基站，將下行鏈路多播消息傳送到將它們的MAC地址存儲在查找表中並且在上行鏈路多播消息中標識的CPE。因此，本發明的至少ー個方面的一個優點是能減少端對端等待時間的基站。通過將屬於客戶端設備(CPE)的信息 存儲在基站，基站能將從ー個CPE接收到的無線業務重新定向到第二CPE，而不必採取將消息轉發到網絡運營中心(NOC)和/或接入網或者另外接收附加路由信息。用這種方式，能夠將從第一 CPE接收到的消息立即重傳到第二 CPE，而不使用路由器，從而減少端對端等待時間和網絡資源。在本發明的另一方面中，本發明提供CPE可以在WiMAX網絡上上行鏈路多播消息。用這種方式，単獨CPE可以接入ー對多通信信道，允許當上傳到WiMAX基站時，通過將消息指示為多播消息來將消息多播到其他CPE。然後，使用在基站存儲的信息通過基站將標記為多播消息的消息轉發到適當的多播組。在另一方面中，基站將多播消息傳送到指定組中的所有CPE，包括啟動多播消息的CPE0當發起CPE將多播消息識別為它所發起的消息時，發起CPE將丟棄該多播消息。這提高了無線系統的整體效率並且減少了帶寬和處理時間。本發明的另ー優點是以簡單和成本有效方式在WiMAX網絡的終端用戶當中形成虛擬區域網的能力。通過接入在基站內存儲的信息，基站能夠將消息重新路由到VLAN成員，而不必採取IP隧傳(tunneling)或其他更複雜技術。用這種方式，VLAN的接入和安全性可以由基站簡單和有效地管理。可以將CPE在邏輯上分組成單個廣播域。此外，廣播業務可以僅限制於特定VLAN成員，導致增加的安全性和減少到其他網絡的業務。一旦閱讀下面詳細的描述和圖示了本發明和本發明的優選實施例的附圖，則本發明的另外的方面將變得顯而易見。


在附圖中，附示了
具體實施例方式圖I是根據本發明的實施例的無線通信系統的網絡圖；圖2是根據本發明的實施例的基站的消息路由行為的示意性圖示；圖3是根據本發明的實施例的基站的查找表；圖4是圖示根據本發明的實施例的網絡幀的封裝的網絡分組圖；圖5A是根據本發明的實施例的基站的路由圖；圖5B是根據本發明的另外的實施例的基站的路由圖；圖6A是根據本發明的實施例的用於無線通信系統的網絡拓撲的圖示；圖6B是根據本發明的另ー實施例的用於無線通信系統的網絡拓撲的圖示；圖6C是根據本發明的另ー實施例的用於無線通信系統的網絡拓撲的圖示；以及圖7是根據本發明的實施例的用於在多個CPE之間無線傳送多播消息的方法。
具體實施例方式通過參考本附圖，可以理解本發明的優選實施例及其優點。在本附圖中，相同的標記用於附圖的相同和相應的部件。通過參考本附圖，可以理解本發明的優選實施例及其優點。在本附圖中，相同的標記用於附圖的相同和相應的部件。
如圖I所示，本發明的一個實施例涉及通常由附圖標記100表示的無線通信系統，具有基站10和一個或多個客戶端設備(CPE)30。基站10可以通過網絡路由器或交換機20進ー步連接到由附圖標記23表示的回程網絡。基站10通過包含時分復用(TDM)組織方案的第一通信標準無線地與CPE 30中的每個通信。例如，第一通信標準可以包括基於IEEE802. 16 (WiMAX)標準系列的無線通信標準。更優選地，第一通信標準可以基於由802. 16-2009修正(IEEE802. 16E)定義的IEEE802. 16標準。通過引用的方式將IEEE 802. 16標準系列整體合併於此。在至少ー個實施例中，CPE 30可以是例如由CPE 「C」30表示的終端用戶設備。例如，CPE 「C」 30可以是在WiMAX通信信道上與基站10直接通信的行動裝置、計算機等等。在替代實施例中，CPE 30可以被視為例如由圖I中的CPE 「A」和「B」所示的無線接入點。CPE 30可以可操作用於使基站10與經由本地路由器或層2 (L2)交換機(例如路由器/L2交換機40)連接到CPE 30的ー個或多個電子設備共享通信信道。此外，路由器/L2 交換機 40 可以在諸如 IEEE 802. 3 (乙太網)、IEEE 802. I (WiFi)、802. IQ、Bluetooth 、其他802. 15無線PAN標準等等的不同通信標準的ー個上，與電子設備50有線或無線通信。在優選實施例中，基站10可以連接到充當無線接入點的CPE 30，在WiFi或乙太網連接上，與一個或多個關聯行動裝置、計算設備、印表機等等共享在WiMAX中實現的通信信道。可以在通信信道上通過CPE30來路由通過電子設備50與網際網路或其他網絡資源的連接，並且經基站10路由到網際網路。基站10可以進ー步連接到另外的網絡資源(未示出)，通過網絡路由器或交換機20連接到回程網絡23。在一些實施例中，基站10通過有線端ロ 13連接到路由器20。而其他標準是可能的，可以在IEEE802. 3(乙太網)和IEEE 802. 1Q(VLAN標記)標準上發生與網絡路由器20以及與其他網絡資源的連接。現在參考圖2，基站10可操作用於經由在通信信道上發送的消息120來了解CPE30和電子設備50。當通過CPE 30，或經由CPE30由電子設備50將消息120發送到基站10時，基站10通過其唯一媒體接入控制(MAC)地址320s來標識單獨CPE 30或電子設備50。基站10將該信息存儲在查找表12中。例如，當通過基站10從CPE 30或網絡路由器20發送消息120吋，記錄發送器或源的MAC地址320s並將其放到在基站10上存儲的查找表12中。然後，基站10可操作用於將消息120發送或轉發到由消息120中的目的地MAC地址320d標識的預期接收者。由基站10接收到的消息120可以作為單播消息120、多播消息122和廣播消息發送到可接入基站10的無線通信系統100的多個CPE 30和電子設備50中的ー個或多個。單播消息121的目的地是特定CPE 30或電子設備50。單播消息121的發起者可以包括用於指定單播消息的接收者的諸如目的地MAC地址320d的唯一標識符。多播消息122的目的地是可接入基站10的CPE 30和電子設備50的子集。基站10可以包括組標識符330或對其起作用，或包括有多播消息122和/或在基站10上存儲的VLAN，以將多播消息122轉發到適當的接收者。在這種情況下，代替単一目的地MAC地址320d，多播消息122可以具有多個目的地MAC地址320d，或標識查找表12中的一組設備50的組標識符330。也稱為廣播泛洪的多播消息將消息轉發到可接入基站10的所有CPE 30和電子設備50。基站10可以基於在基站 10，諸如在查找表12上存儲的信息來轉發上行鏈路廣播消
O現在參考圖3，在一個優選實施例中描述了查找表12。應當理解，其他查找表是可能的，以及在此的查找表12的描述和結構不應當被解釋為限制性的。在優選實施例中，查找表12存儲在基站10內。可以由基站10引用以便確定如何轉發接收到的消息120。在一些實施例中，基站10可以基於在查找表12內存儲的信息，根據來自消息的發起者(即，CPE 30或電子設備50)，或其接收者的信息，對接收到的消息120起作用。在查找表12內存儲的信息可以包括允許基站10有效地轉發消息120而不要求來自網絡路由器120的另外的信息所必需的不同欄位。例如，查找表120可以包括跟蹤利用基站10轉發消息120的不同設備30、50的索引310。然後，不同設備30、50可以與它們相應的MAC地址320和組標識符330相關聯，在一個優選實施例中，可能是虛擬區域網(VLAN)。此外，如果設備是與CPE 30相關聯的電子設備50,則查找表120也可以將電子設備50與其設備MAC地址320和相關聯的CPEMAC地址350相關聯。每個設備30、50可以作為單獨的設備條目302存儲在查找表12中。例如，與索引I相關聯的設備條目302A具有00: ID: 60: FE: F3:36的設備MAC地址。此外，設備條目302A與標識為「200」的組標識符330 (或VLAN)以及00:13 :D5: : 01: 5A的CPE MAC地址350相關聯。其他設備條目302B、302C存儲專用於特定設備的信息。如果設備不具有用於在查找表12內存儲的欄位的值(例如用於設備條目302C的關聯CPE MAC地址350，因為那一條目302C可以是用於網絡側20的路由器)，則CPE欄位350可以保持空白或者另外標識為不
具有存儲值。接ロ欄位360可以存儲基站10和設備條目302之間的關係。例如，基站10可以存儲基站10和特定設備條目302B之間的關係在無線通信標準上(在接ロ欄位360上指示為「RF」)。其他網絡接ロ指示器是可能的，諸如「網絡」意指在網絡23上，以及「局部」意指源自基站10本身的分組，諸如管理分組。其他欄位也可以由查找表12存儲，諸如老化時間欄位340等等。老化時間欄位340可以更新自從在其查找表12中存儲的特定設備接收消息120以來，基站10已經運行多久。在一些實施例中，如果在特定老化時間340內未從特定設備30、50接收到新消息120，則基站10可以從查找表120清除設備條目302。如上所述，可以在查找表12中存儲任意數目的欄位，以提高基站10的效率和轉發能力。現在參考圖4，根據本發明的一個實施例，基站10可在乙太網匯聚子層(乙太網-CS)模式中操作。在圖4所示的通常由附圖標記400示出的配置中，支持非IP協議。在該模式中，按第一通信標準(即WiMAX組標準，諸如，優選的是IEEE 802. 16E)封裝在基站10接收到的、用於傳送到與特定CPE 30相關聯的電子設備50的消息，以及在CPE 30接收到的、用於經由基站10在網絡上傳輸的消息，用於在通常由附圖標記402表示的無線通信信道上傳輸。在乙太網-CS模式中，基站10或CPE 30均不應答地址解析協議(ARP)請求，而是將所有業務傳遞到其預期接收者。此外，基站10，以及CPE30，如果充當接入點的話，則可操作用於獲悉來自乙太網頭部420的所有呼入分組的源MAC地址。然後，如上所述，基站10可以將源MAC地址信息存儲在其查找表12中。現在參考圖5A，基站10可以可操作用於充當在配置500中示意性示出的L2交換機。儘管基站10在単一 RF接口上從CPE 30發送和接收消息(例如，根據時分雙エ或頻分雙エ)，但是基站10可以將姆個CPE 30與例如標識為Lportl、Lport2、Lport3、Lport4、 Lport5的邏輯端ロ 501相關聯。邏輯端ロ 501可以用來提供與CPE 30的無線電連接性。每個邏輯端ロ Lportl、Lport2、Lport3、Lport4、Lport5可以具有例如，對姆個CPE 30,標識為Lconl、Lcon2的多個邏輯連接520，用來在空中轉發業務。每個邏輯連接Lconl、Lcon2可以具有不同的服務質量(QoS)，以便使得基站10能夠使用所共享的空氣媒介來維持不同應用間的優先級，在這種情況下，空氣媒介是通常由附圖標記402標識的射頻(RF)接ロ。例如，對由無線通信系統100負責的特定類型的應用，諸如對實時多媒體應用和要求固定比特率或延遲敏感的其他應用，可以要求不同的QoS。當基站10從RF接ロ或網絡接ロ接收消息時，基站10標識呼入分組的源MAC地址320。如果MAC地址對基站10來說是未知的，則基站10可操作用於在將消息轉發到其預期目標之前，在查找表12中創建用幹與源MAC地址相關聯的設備的新條目。因此，基站10用標識在第一通信標準中接收和發送消息的CPE的MAC地址來填充查找表12。如果源MAC地址已經包括在查找表12內，則基站10可以轉發消息而不創建新條目。然而，在一些實施例中，基站可以首先驗證和/或更新與已知MAC地址相關聯的ー個或多個欄位，例如，更新老化時間欄位340。回到圖4中所示的例子，可以由電子設備50將IP分組發送到CPE30，用於傳輸到基站10。從轉發的觀點看，CPE 30封裝整個乙太網幀以及使用由附圖標記401表示的IEEE 802. 16E無線接ロ將其發送到基站10。一旦基站10已經接收到該消息，則基站10剝離802. 16E頭部，並且然後，根據在乙太網頭部402中提供的目的地MAC地址和所封裝的消息401中的IP頭部430將該幀轉發到網絡或另ー CPE (未示出)。在基站10，每個呼入分組在轉發前，必須相對於查找表12進行校驗。如果目的地MAC地址在查找表12中，則基站10將根據目的地MAC地址來轉發分組。如果目的地MAC地址不在查找表12中或分組是廣播分組，則基站10將通過網絡路由器20對所有CPE 30和/或網絡23執行分組的廣播泛洪。該行為與L2交換機的行為類似。其可以在第一通信標準的TMD方案中有效地實現，以便節省短空中下載(OTA)資源。在優選實施例中，基站10具有關於調度的兩個主要功能。這些包括判定在其他之前，服務了哪一邏輯端ロ LP0RT510，以及將發出多少業務。可以使用多種機制來完成基站10中的業務優先化。在優選實施例中，基站10使用兩個可能機制。第一機制涉及嚴格優先級。在該機制中，在任何低優先級業務前，服務最高優先級業務。基於用於CPE 30中的每個的邏輯端ロ 510和邏輯連接520來給出優先級。在第二機制中，可以使用加權費用優先級。在該機制中，根據給予不同邏輯端ロ 510的權重，相對地共享射頻接ロ 402上的帶寬。例如，如果在特定邏輯埠上具有兩個邏輯連接，ー個具有權重2以及另ー個具有權重1，則第一個可以具有可用帶寬的三分之ニ，以及第二個可以具有可用帶寬的三分之一。由邏輯連接520定義的承諾信息速率(CIR)和最大信息速率(MIR)來確定在每個邏輯端ロ 510的每個邏輯連接520上發送可多少業務。在多播連接的情況下，每個多播連接具有可配置業務優先級。因此，對每個VLAN通信，可以使業務的優先級高於其他VLAN業務。也可以使其優先級高於單播下行鏈路業
務。 圖5B示出了本發明的另ー優選實施例。如圖5B所示，系統100的配置505具有向CPE 30發送和接收數據的基站10。在一種情況下，CPEl通過第一邏輯端ロ Lportl向基站10發送廣播分組550。然後，複製廣播分組550並且作為分組551廣播回來。應當注意，因為CPE利用所共享的射頻接ロ 402，以保持帶寬低以及增加系統的效率，所以對每個CPE，該分組沒有被複製N-I次，以便除非發起的那個。相反，將所複製的返回廣播分組551在廣播連接上一次發送到所有CPE 30。然後，發起CPE 30 (在這種情況下，是CPE1)負有丟棄所返回的分組551的義務。這例如通過緊跟CPEl的圖5B中的附圖標記552標識的X來示意性地圖示。將ー個返回分組同時傳送到所有CPE並且然後使發起CPE意識到它是分組550的發起者並且丟棄該返回分組551的這種有效處理節省了基站10的處理時間，並且還節省了共享射頻接ロ 502上的帶寬。該發起CPE簡單地丟棄返回分組551，以便避免錯誤學習或過期學習，並且由此缺少通信。與共享接ロ 402上的帶寬的増加以及還與基站10的處理時間的減少相比，發起CPE 30的遞增的附加處理較少。此外，儘管該方法可以與廣播消息一起使用，但是其也可以與指定包括發起CPE的ー組CPE的多播消息一起使用，諸如在公共的VLAN中。因此，在圖5B中所示的實施例被視為非限制性的，以及在不同VLAN中可應用於到CPE 30或連接到CPE的設備50的多播消息。還理解到，儘管圖5B中的發起設備示為CPE 30，但本發明不限於這一點，以及連接到CPE 30的設備(未示出)也可能已經發起分組550。現在參考圖6A、圖6B和圖6C，根據至少三種拓撲600A、600B和600C描繪了無線通信系統100。本實施例中的網絡拓撲600A、600B和600C不應當解釋為限制性的。在圖6A中，系統100具有連接到ー個或多個CPE 30的基站10 ;描繪為30A、30B、30C和30D的單獨CPE 30的拓撲601。每個CPE 30A、30B、30C和30D具有與之相關聯的至少ー個電子設備50。如上所述，描繪為50A、50B、50C和50D的電子設備50的每個的MAC地址以及它們關聯的CPE 30存儲在基站10中的查找表12內。此外，基站10還可以存儲組標識符信息，諸如虛擬區域網(VLAN)信息。在一些實施例中，組標識符330可以存儲在包含MAC地址信息的查找表12內，也存儲在基站10中。當從任何電子設備50A發送通常由附圖標記650m表示的消息吋，如果基站10識別出預期接收者(多個)以及具有在查找表12內存儲的信息，則基站10可操作用於將該消息650m轉發到其預期目標，而不接入網絡路由器20。如果基站10識別出預期接收者是在網絡側上，則基站10可以將消息650m轉發到網絡路由器20以執行路由。如果未識別出消息的接收者，則基站10可以基於在圖5B中描述的機制朝路由器20和剰餘的CPE泛洪該分組。圖6A、6B和6C描繪了根據本發明的至少ー些方面的各種形式的路由。應當理解，其他實施例是可能的，並且本實施例不解釋為限制性的。舉例來說，圖6A圖示了在至少ー個實施例中無線通信系統100的網絡拓撲600A。與CPE 30A相關聯的電子設備50A可操作用於將單播消息發送到與CPE 30B相關聯的電子設備50B。電子設備50A首先在諸如乙太網連接的第二通信標準上將基於IP的消息發送到路由器/L2交換機40A。然後，路由器/L2交換機40A將該消息轉發到CPE 30A。一旦接收至IJ，則發起CPE 30A封裝該消息的所有乙太網幀以及將單播消息上行連結到包括目標電子設備50B的MAC地址的基站10。然後，基站10剝去無線頭部，在優選實施例中，是802. 16E頭部，以及轉發該消息。如果基站10從其查找表12識別出預期目標(電子設備50B)與CPE 30B相關聯，則基站10通過發送下行鏈路單播消息來將該消息轉發到CPE 30B,而沒有 接入網絡路由器20。基站10引用查找表12來定位交換信息並且重新封裝該消息。再簡單地參考圖3中的查找表12，基站10可操作用於定位用於電子設備50B的設備條目302B，並且然後定位相關聯的CPE MAC地址350，用於轉發該消息。一旦接收到，則在第二通信標準中，在本實施例中是乙太網，接收者CPE 30B剝去無線頭部以及將該消息經由路由器/L2交換機40B轉發到預期電子設備50B。現在參考圖7，根據本發明的至少ー個實施例，圖示了用於在多個CPE 30之間無線地傳送多播消息的方法700。參考圖6A，基於組標識符，該方法使用無線通信系統100來將上行鏈路多播消息發送到基站10，在無線通信系統100中，目的地是CPE 30的子集。每個CPE 30具有唯一 MAC地址並且CPE 30和基站10可操作用於無線埠上使用包含時分復用的第一通信標準來通信。基站10和CPE 30可操作用於基於如由諸如WiMAX標準組的第一通信標準定義的TMD方案，利用無線接ロ 402來彼此發送和接收無線信號。在框710，發起CPE 30可操作用於將上行鏈路多播消息發送到基站10，以便發送到其他CPE 30。例如，在圖6A中，通常由附圖標記650m表示的上行鏈路多播消息作為多播消息被發送到虛擬區域網的成員或其他CPE分組。在一些實施例中，如圖6A所示，可以由發起電子設備50a來發送多播消息650m，發起電子設備50a可操作用於將上行鏈路多播消息發送到基站10以經由基站10發送到其他電子設備50 (或CPE 30)。上行鏈路多播消息650m可以包括標識接收上行鏈路多播消息的ー組CPE的組標識符。在圖6A中，與兩個CPE 30A.30B相關聯的電子設備50a和50b共享組標識符VLAN10，並且與兩個不同CPE30C、30D相關聯的電子設備50C、50D共享組標識符VLAN20。在框720中，基站10可操作用於接收上行鏈路多播消息。在利用TMD方案的第一通信信道上接收該消息。響應於接收到上行鏈路多播消息，在框730中，基站10可操作用於使用在基站10存儲的查找表12將上行鏈路多播消息650m轉換成下行鏈路多播消息。如前所述，基站10可操作用於存儲組標識符330，諸如VLAN，用於唯一地標識ー組CEP 30和/或一組設備50。基站10可以使用該組標識符330，用於確定將該上行鏈路多播消息轉發到何處。如果來自給定電子設備50a及其關聯CPE 30a的消息被多播到其關聯的VLAN(即VLAN 10)，則基站10能夠基於在查找表12內包含的信息將組標識符330與該組標識符330關聯的特定CPE30和電子設備50相關聯。
在框740，基站1 0將下行鏈路多播消息傳送到CPE 30，其中，每個CPE 30具有在查找表12中存儲的MAC地址。基站10將創建多播服務流，其將該消息發送到所標識的CPE30和/或在多播消息650m中標識的電子設備50。如果多播消息標識出諸如VLAN 10的VLAN中的所有電子設備50，則將多播服務流固有地創建為基站10中的VLAN的一部分。在一些實施例中，在無線通信系統100中，將下行鏈路多播消息發送到所有CPE30，包括發起CPE。在其他實施例中，將下行鏈路消息發送到與基站10關聯的或登記到基站10的單個CPE 30或所有CPE30的子集。應理解到，儘管參考從設備50a發起的多播消息650m來給出例子，但是如果多播消息650m從CPE 30發起，如圖5B所示，則本發明將同樣地工作。在基站上存儲的查找表12包含與基站10關聯的或登記到基站10的每個CPE 30的MAC地址。當上行鏈路消息的目的地是登記到基站10不止ー個CPE 30時，根據時分復用方案，可以在單一信息中發送下行鏈路消息。例如，可以在分配給預期CPE 30組的單一TMD時隙中發送下行鏈路消息，諸如在此所述的多播服務流。該組CPE 30可以分配到由與第一通信標準(即WiMAX標準組)關聯的調度算法提供的時隙。包含第一通信信道的TDM功能性的這樣的方法允許基站10在減少端對端等待時間的情況下有效地發送多播消息。在一些實施例中，在發起CPE 30A或電子設備50A正將多播消息發送到其不是成員的VLAN的成員的情況下(例如，電子設備50C，VLAN 20的一部分)，基站10可以不將消息自動地轉發到其預期接收者，即使其已經具有在查找表12內存儲的交換信息。相反，基站10可以將該消息轉發到路由器20。該特徵可以增強效率和安全性，因為基站10能夠在相同廣播域內有效地轉發消息，而同時隔離網絡的不同部分(VLAN)。用這種方式，基站10充當L2交換機，並且將不同VLAN隔離成不同廣播域。此外，圖5A和5B中所示的並且與特定CPE 30通信的每個邏輯端ロ LPORT 510可以是特定VLAN的一部分。換句話說，當與具有連接到圖5A的CPEl和CPE3的設備50的VLAN通信吋，例如，該基站可以基於在查找表12中存儲的組標識符330和關聯的CPE MAC地址350而在LPORTl和LP0RT3兩者上通信，以便減少帶寬和處理時間。現在參考圖6B，圖6B圖示了拓撲600B，可以由通常由圖3中的附圖標記330表示的組標識符來組織與ー個或多個CPE 30關聯的電子設備50，而與他們如何連接到網絡無關。例如，電子設備50A、50B、50C、50D可以是不同組標識符330的一部分，圖6B中示為不同VLANlO和20的一部分，即使它們經由相同CPE 30A.30B連接到基站10。因此，儘管在一些實施例中，根據相關聯的CPE 30可以隔離用於特定組標識符330的電子設備50，但不要求此。在一個實施例中，與基站10範圍中或連接到基站的每個CPE 30關聯的每個電子設備50可以與相同組標識符330相關聯。此外，CPE 30可以具有與電子設備50關聯的、與CPE 30關聯的ー個、多個或無組標識符330。與無線通信系統100關聯的每個CPE 30可以具有用於與那一特定CPE 30關聯的ー組電子設備50的不同組標識符。在CPE 30和電子設備50之間共享的組標識符的不同組合是可能的。例如，在圖6B中，示出了另ー網絡拓撲600B，具有都與相同CPE30A相關聯的與VLAN 10關聯的電子設備50A和與VLAN 20關聯的電子設備50B。類似地，與VLAN 20關聯的電子設備50C以及與VLANlO關聯的電子設備50D都與相同CPE 30B關聯。與其他CPE30 (未示出)關聯的其他電子設備50 (未示出)也可以與VLAN 10或VLAN20相關聯。
電子設備50可操作用於將多播消息發送到ー組電子設備50 (或CPE 30)，即使通過唯一地標識電子設備50 (或CPE 30)的組，或通過使用相關聯的組標識符330，電子設備50不與相同CPE30關聯。組中的CPE 30的任何ー個可操作用於指定CPE 30或電子設備50的組，以便通過將相應的組標識符330放在上行鏈路多播消息中來接收多播消息650。當由與CPE 30A關聯的電子設備50A發送上行鏈路多播消息650時，在第一通信信道上，上行鏈路多播消息650由CPE 30A發送到基站10。發起電子設備50A或CPE 30A可以通過將相應的組標識符330放在上行鏈路多播消息中來指定CPE 30的組以接收多播消息。在框750中，基站10可以將下行鏈路多播消息傳送到由組標識符330標識的CPE 30的組。基站可以在單個信息突發中發送下行鏈路多播消息，包括發送到初始發送該上行鏈路多播消息的CPE 30A或電子設備50A。單個信息突發可以發生在単一 TMD時隙上。在其他實施例中，單個信息突發可以發生在多個連續時隙上。在任何情況下，下行鏈路多播消息650同時被發送到CPE並且基於組標識符同時由適當的接收者CPE來接收。如圖7所示，在框760中，當發送上行鏈路多播消息的發起CPE 30a或電子設備50a識別出該下行鏈路多播消息對應於其發送的上行鏈路多播消息吋，發起CPE 30A或電子設備50A可以丟棄所接收到的下行鏈路多播消息。用這種方式，發起CPE 30可操作用於將多播消息650發送到由消息650中的組標識符33標識的整個組，並且基站10可以在單個信息突發或TMD時隙中發送下行鏈路多播消息，而不必對下行鏈路消息做任何修改。相反，可以將消息發送到整個CPE組，並且發起CPE可操作用於識別其已經從基站10接收到的消息對應於其發送的上行鏈路多播消息650並且採取適當的措施。例如，發起CPE可以丟棄下行鏈路多播消息，如圖5B所示，並且如上所述，以及在圖7的框760中所示出的。換句話說，基站10將創建多播服務流來將下行鏈路消息發送到圖6A中的VLAN 10中的所有設備50和CPE 30，包括發起設備50a，因為這節省了處理時間和帶寬。然後，發起設備50a將識別出所接收到的下行鏈路消息對應於所發送的上行鏈路多播消息650m，並且忽略或丟棄下行鏈路消息，如上參考圖5B所述並且在圖7中的框750和760中示出。應理解到，儘管參考從設備50a發出的多播消息650m給出了例子，但如果多播消息650m源自CPE 30，則本發明也同樣地工作，如參考圖7。在一些實施例中，CPE 30可以識別出不需要將其已經從基站10接收到的下行鏈路多播消息轉發到與CPE 30關聯的任何電子設備50，因為僅與組標識符關聯的電子設備50是在第一實例中發送上行鏈路多播消息的發起電子設備。例如，在圖6B中，如果CPE 30a識別出除了與所指定的組標識符VLAN 10關聯的發起電子設備50bタト，沒有附加的電子設備50，則CPE 30a可以可操作用於完全地丟棄下行鏈路多播消息。替代地，如果存在與指定的組標識符VLAN 10關聯的、與CPE30a關聯的不止ー個電子設備50，則CPE 30a可以僅丟棄用於發起電子設備50b的下行鏈路多播消息，並且將下行鏈路多播消息轉發到非發起電子設備(未示出)。在替代實施例中，CPE 30a可以繼續將下行鏈路多播消息轉發到與CPE30a和組標識符VLAN 10關聯的所有電子設備50b，並且允許發起電子設備50b丟棄下行鏈路多播消息本身。
現在參考圖6C，描繪了又ー網絡拓撲600C，圖示了具有與ー個或多個CPE 30關聯的多個電子設備50的兩個基站10。基站10通過諸如符合IEEE 802. 3 (乙太網)系列標準的乙太網交換機的網絡交換機22來彼此連接。當消息的目的地是與相同組標識符關聯的CPE 30或電子設備50時，基站10和網絡交換機22能夠一起工作以在沒有接入路由器20的情況下轉發上行鏈路多播消息。作為開放系統互連模型(0SI模型)中的層2(L2)設備，網絡交換機22可操作用於獲悉連接到網絡交換機22的物理乙太網端ロ(未示出)的設備的MAC地址。為可支持L2標記的多播業務，無線通信系統100可操作用於定義相關VLAN並且將相關CPE 30與每個VLAN相關聯。不要求額外的配置或供應，因為將多播服務流固有地創建為基站10中的VLAN創建的一部分。此外，不包含或要求信令。一旦根據包含組標識符的 所要求的消息幀結構將標記業務識別為多播業務，則重複所標記的業務並且將其發送到預訂到VLAN的所有CPE 30。因此，一旦與特定VLAN相關聯，則專用於那ー VLAN的標記業務將與相關多播服務流相關聯。在未標記消息的情況下，可以在廣播連接上將L2消息轉發到無線通信系統10內的所有CPE 30。對在多播模式中起作用的無線通信系統100，確保多播消息到達與組標識符關聯的每個可能電子設備50或CPE30，具有與組標識符關聯的成員的無線通信系統100中的每個CPE 30必須在基站10中存儲的查找表12中。替代地，基站10將根本不識別組標識符(即，在查找表12中未索引具有電子設備50或CPE 30的基站10)。用這種方式，當接收上行鏈路多播消息時，基站10將多播消息正確地轉發到具有與組標識符關聯的成員的所有基站，或將根本不識別組標識符，並且將採取將上行鏈路多播消息廣播到所有網絡設備30、50。接收上行鏈路多播消息的基站10未索引的任何站點將不接收多播消息。就在適用法律下專利權人可以充當其自己的詞典編纂者的程度來說，由此進一歩針對除上述定義的詞外在權利要求章節中出現的所有字將具有它們的普通、平常和慣常的含義(其中，如通常由字典和/或技術詞典所證實的)，以及將不被視為在該說明書中特殊定義。儘管對「特殊定義」的推理的限制，但在權利要求中使用的詞或術語具有不止ー個預先確定的含義以及說明書在替代方案間選擇是有用的情況下，可以使用說明書來證明適當、普通、平常和慣常的含義(其中，如通常由字典和/或技術詞典所證實的)。應理解到，在整個公開內容以及權利要求中已經參考用於包括客戶端設備的各種電子設備的MAC地址。應理解到，MAC地址被用作用於相應的電子設備的唯一標識符。然而，為此目的，本發明不限於MAC地址的使用。相反，任何唯一標識符可以用作唯一地標識CPE和其他電子設備的地址，並且應理解到，為此目的，本發明不限於使用MAC地址。將理解到，儘管參考本發明的一個或另一個實施例已經描述了本發明的各種特徵，但本發明的各種特徵和實施例可以組合或結合如在此所述和圖示的本發明的其他特徵和實施例使用。儘管本公開已經描述和圖示了本發明的某些優選實施例，但是應當理解本發明不限於這些特定實施例。相反，本發明包括所有實施例，它們是在此已經描述和圖示的特定實施例和特徵的功能、電子或機械等同物。
權利要求
1.一種無線通信系統，包括 多個客戶端設備(CPE)，用於使用時分復用(TDM)以第一通信標準發送和接收無線信號，每個CPE具有唯一 MAC地址； 基站，具有無線端ロ，用於以第一通信標準和使用TDM向所述多個CPE中的每個發送和接收無線信號，所述基站其中存儲了包含所述多個CPE中的每個的所述MAC地址的查找表; 其中，所述多個CPE中的任何一個能夠將多播消息上行鏈路到所述基站，以便發送到所述CPE;並且 其中，響應於接收到所述上行鏈路多播消息，所述基站將下行鏈路多播消息發送到將它們的MAC地址存儲在所述查找表中並且在所述上行鏈路多播消息中標識出的所述CPE。
2.如權利要求I所述的系統，其中，在單個信息突發中，所述基站將所述下行鏈路多播消息發送到將它們的MAC地址存儲在所述查找表中的所述CPE。
3.如權利要求I所述的系統，其中，在單個TDM時隙中，所述基站將所述下行鏈路多播消息發送到將它們的MAC地址存儲在所述查找表中的所述CPE。
4.如權利要求I所述的系統，其中，所述基站創建多播服務流以在單個信息突發中將所述下行鏈路多播消息發送到在所述上行鏈路多播消息中標識出的所述CPE。
5.如權利要求I所述的系統，其中，在單個信息突發中，所述基站將所述下行鏈路多播消息傳送到將它們的MAC地址存儲在查找表中的所有CPE，包括發起所述上行鏈路多播消息的所述多個CPE中的所述ー個。
6.如權利要求5所述的系統，其中，當發送所述上行鏈路多播消息的所述發起CPE識別出所述下行鏈路多播消息對應於其發送的所述上行鏈路多播消息時，所述發起CPE丟棄所接收到的下行鏈路多播消息。
7.如權利要求I所述的系統，其中，所述基站進ー步包括用於每個CPE的組標識符，所述組標識符唯一地標識ー組CPE ;並且 其中，所述發起CPE中的任何一個能夠通過將相應的組標識符放在所述上行鏈路多播消息中來指定ー組CPE以接收所述多播消息。
8.如權利要求7所述的系統，其中，所述基站將所述下行鏈路多播消息傳送到由所述單個信息突發中的所述組標識符標識的CPE組，包括發起所述上行鏈路多播消息的所述多個CPE中的所述ー個。
9.如權利要求8所述的系統，其中，當所述發起CPE識別出所述下行鏈路多播消息對應於其發送的所述上行鏈路多播消息時，所述發起CPE丟棄所接收到的下行鏈路多播消息。
10.如權利要求7所述的系統，其中，所述基站創建多播服務流以在單個信息突發中將所述下行鏈路多播消息發送到由相應的組標識符標識的所述CPE。
11.如權利要求7所述的系統，其中，至少ー個CPE具有與之關聯的ー個或多個電子設備，並且每個電子設備具有唯一地標識與所述CPE關聯的所述電子設備的MAC地址。
12.如權利要求11所述的系統，其中，在所述基站中存儲的所述查找表進ー步包含每個電子設備及其關聯CPE的MAC地址。
13.如權利要求11所述的系統，其中，所述電子設備使用從由IEEE802. 11、IEEE802. 3和IEEE 802. IQ組成的通信標準的組選擇的第二通信標準來與所述CPE通信。
14.如權利要求11所述的系統，其中，與CPE關聯的至少ー個電子設備具有與同一CPE關聯的所述電子設備中的另ー電子設備不同的組標識符。
15.如權利要求I所述的系統，其中，所述基站監視在所述無線埠上發送和接收的消息，並且用標識以所述第一通信標準接收和發送消息的CPE的MAC地址來填充所述查找表。
16.如權利要求I所述的系統，其中，所述基站具有第二端ロ，用於以第二通信標準發送和接收信號並且以所述第一通信標準將所述消息發送到所述CPE ;並且 其中，所述基站監視去往和來自所述有線埠和所述無線端ロ的消息以便填充所述查找表。
17.如權利要求16所述的系統，其中，所述第二端ロ是有線端ロ，並且所述第二通信標準選自由IEEE 802. 3 (乙太網)、IEEE 802. 1Q(VLAN標記)組成的有線通信標準的組。
18.如權利要求I所述的系統，其中，所述第一通信標準符合所述IEEE802. 16標準(WiMAX)。
19.ー種使用時分復用以第一通信標準在多個客戶端設備(CPE)之間無線地傳送多播消息的方法，所述CPE中的每個具有唯一 MAC地址，所述方法包括 從所述多個CPE的發起CPE向基站發送上行鏈路多播消息，所述基站具有無線端ロ，用於以所述第一通信標準和使用TDM向所述多個CPE中的每個發送和接收無線信號，所述基站在其中存儲了包含所述多個CPE中的每個的所述MAC地址的查找表； 在所述基站接收所述上行鏈路多播消息； 在所述基站，使用在所述基站存儲的所述查找表將所述上行鏈路多播消息轉換成下行鏈路多播傳送消息；以及 通過所述基站，將所述下行鏈路多播消息傳送到將它們的MAC地址存儲在所述查找表中並且在所述上行鏈路多播消息中標識出的所述CPE。
20.如權利要求19所述的方法，其中，通過所述基站將所述下行鏈路多播消息傳送到所述多個CPE的所述步驟包括將所述下行鏈路多播消息傳送到將它們的MAC地址存儲在所述查找表中的所有CPE，包括所述發起CPE。
21.如權利要求20所述的方法，進ー步包括 在所述發起CPE，識別出所述下行鏈路多播消息對應於先前由所述發起CPE發送的所述上行鏈路多播消息；以及 由所述發起CPE丟棄所接收到的下行鏈路多播消息。
22.如權利要求19所述的方法，進ー步包括 由所述基站監視在所述無線埠上發送和接收的所述消息，以便確定以所述第一通信標準來接收和發送消息的CPE的MAC地址；以及 用標識以所述第一通信標準接收和發送消息的CPE的MAC地址來填充在所述基站存儲的所述查找表。
23.如權利要求19所述的方法，其中，所述基站包括用於以第二通信標準來發送和接收信號並且以所述第一通信標準來將所述消息發送到所述CPE的有線端ロ ；並且 其中，所述方法進ー步包括 由所述基站監視在所述無線埠和所述有線埠上發送和接收的消息，以便確定以所述第一通信標準來接收和發送消息的所述CPE的所述MAC地址；以及用標識以所述第一通信標準接收和發送消息的CPE的MAC地址來填充在所述基站存儲的所述查找表。
24.如權利要求19所述的方法，其中，在所述基站存儲的所述查找表包括用於每個CPE的組標識符，所述組標識符唯一地標識CPE組；並且 其中，所述發起CPE能夠指定特定CPE組以通過將相應的組標識符放在所述上行鏈路多播消息中來接收所述多播消息。
25.如權利要求24所述的方法,其中，至少ー個CPE具有與之關聯的ー個或多個電子設備，每個電子設備具有唯一地標識與所述CPE關聯的所述電子設備的MAC地址。
26.如權利要求25所述的方法，其中，與CPE關聯的至少ー個電子設備具有與同一CPE關聯的所述電子設備的另ー電子設備不同的組標識符。
27.如權利要求19所述的方法，其中，所述第二有線通信標準選自由IEEE802. 3 (乙太網)、IEEE 802. 1Q(VLAN標記)組成的組。
全文摘要
一種獨立WIMAX系統和方法。公開了具有與多個客戶端設備(CPE)通信的基站的基於WiMAX的系統。基站獲得和存儲與每個CPE的MAC地址相對應的信息。來自一個CPE的消息可以被發送到基站，並且然後使用在基站中存儲的MAC地址來發送到另一CPE。每個CPE可以發起上行鏈路多播消息，用於傳輸到不止一個CPE。當基站接收上行鏈路多播消息時，基站將多播消息廣播到在多播消息中標識的所有CPE，包括發起CPE。當發起CPE將該多播消息識別為它發起的消息時，發起CPE丟棄該多播消息。可以使用允許將多播消息傳送到特定CPE組的組標識符來將CPE分組成虛擬區域網(VLAN)。可以將具有MAC地址的電子設備連接到每個CPE，並且連接到相同CPE的不同電子設備可以是不同VLAN的一部分。
文檔編號H04W72/04GK102647793SQ20111029108
公開日2012年8月22日 申請日期2011年9月23日 優先權日2011年2月18日
發明者奧菲爾·科倫, 科比·俄瓦迪亞, 麥可·吉靈 申請人:羅傑康公司