分布式微微小區移動性的製作方法
2023-05-09 02:03:51
專利名稱：分布式微微小區移動性的製作方法
技術領域：
本發明屬於用於微微小區系統的無線無線電接入技術領域。更具具體地，本發明涉及用於IEEE802.11MAC層的移動性增強領域和利用後者的系統和方法。
背景技術：
近年來，用於WLANIEEE802.11的當前標準在廣泛普及客戶方面已經獲得成功，其目的是使用無線接入替換有線的乙太網區域網。當前採用的標準802.11b，使用的是2.4GHz的非授權頻帶。在撰寫該申請時，預見如果當前的採用率繼續下去，則2.4GHz頻帶上的頻譜不久就將不夠用了，並且將出現到5GHz和802.11a的移植。802.11a規範在PHY層使用OFDM信令並且使用更高的PHY速率。IEE802.11MAC層和MAC管理對於802.11中規定的所有PHY層是共同的。
移動寬帶無線接入(MBWA)的IEEE802.16研究組致力於速度高達200km/h以上的快速移動車輛的無線電接入。在制定IEEE802.16中的移動接入新協議時，發現支持(leverage)IEEE802.11WLAN的成功配置是有益的。然而，IEEE802.11系統的典型範圍被限於100m，由此快速移動車輛將在很短的時間內穿過多個小區。
802.11移動性協議不適合於配置為具有高度移動性的蜂窩系統。802.11系統具有平坦且分布式結構。在LAN級上使用專有協議，接入點都被相互連接並且可以能夠相互通信。在802.11系統中，僅當移動站通過讀取其信標檢測到存在新接入點時，由移動站發起接入點之間的切換(HO)。
在GSM中，已知這樣的安排，即其中微微小區被分布在宏小區的範圍內，也稱作傘狀小區。無線電網絡參數被設置使得快速移動移動站將逼近大的傘狀小區並且將不位於微微小區，由此避免了過多的切換。
現有技術文檔WO98/35511顯示了沿著鐵路安裝的無線電電話系統，由此火車上的行動電話沿著鐵軌從基站切換到基站。在行動電話和基站之間的一個信道上的呼叫的建立促使系統在下一基站保留同一信道，由此準備要被實現的呼叫切換程序。
根據802.11MAC，提供了管理預認證。該預認證選項允許移動站在給定的接入點之前被聯繫和認證，並且允許隨後移動站在其他給定的接入點之前被預認證同時與第一接入點聯繫以便方便更平滑的期望的切換。根據IEEE出版社1999年出版的B.O』hara和A.Petrick編著的「802.112手冊(802.112 Handbook)」，可以選擇從一個接入點到另一個接入點通過分布式系統DS傳播移動站的認證，避免需要多於一個的單個初始認證。
發明內容
需要一種機制用於微微小區無線電網絡中快速移動的移動站的更有效的移動性，特別是在公路和鐵路應用中MBWA配置的情況。
本發明的第一個目的是闡述用於增加預定義小區之間的切換速度的方法和系統。
該方法由方法權利要求1、系統權利要求5和節點權利要求10中闡述的主題來完成。
第二個目的是闡述增加鄰近分布的小區之間的切換速度。
根據本發明的一個方面，已經闡述了用於MBWA無線電接入的IEEE802.11移動性協議的擴展。然而，這裡提出的思想通用於任何微微小區無線電網絡，並且可能甚至更適合於HiperLAN2 WLAN，假定如別處所建議的，PHY層被修改成MBWA-PHY。
另外的好處將從本發明的下面具體描述中變的顯而易見。
圖1示出了根據本發明的系統的第一實施例，圖2示出了根據本發明的系統的第二實施例，圖3公開了根據本發明的第一實施例的時序圖，圖4公開了根據本發明的第二實施例的時序圖，圖5公開了根據本發明的第二實施例的可選時序圖，並且圖6示出了沿著運輸路線安排接入點的典型方式。
具體實施例方式
根據本發明的一個優選實施例，考慮了基於IEEE802.16MBWA並且使用類似802.11的接入點AP沿著高速公路或鐵路的一個微微小區配置。對於這樣的應用，每個接入點將通常被安裝在覆蓋100m範圍的高速公路的一側，因此每100m具有一個接入點以便覆蓋高速公路的一部分。沿著高速公路移動的車輛與最近的接入點進行通信。當移動到下一個接入點覆蓋區域(微微小區)時，移動站必須首先確定已經發生小區改變，找到該新接入點的頻率並且與新接入點重新聯繫。802.11中規定的接入點發現和重新聯繫機制將花費一些時間，因為對於快速切換來說它不是最佳的。實際上，802.11PHY不打算用於快速移動的移動站(與MBWA相反)。
對於沿著上面應用的高速公路或鐵路移動的移動站，在許多情況下僅有「一條路可走」。換言之，存在一定的期望即移動站將被切換到給定「下一個出現的」接入點。根據本發明，不需要要求移動站發起HO。固定網絡側可以另外沿著行進路徑發起和準備HO給一組小區。以這樣的方式，一組接入點可以事先通過在彼此之間發信號而無需與移動站本身進行通信來預認證移動站。
在下文中，預認證區域PAA是包含移動站將以已知順序訪問的多個接入點的線性或其他連續結構。在更一般的情況下，預認證區域可以包含接入點的任何網絡而無需任何特定的地理關係。其他有關情況可以是預認證區域包含子網、建築物、公司或任何事物中的所有接入點。然而，這些情況可能對於HO優化沒有關係，因為在建築物內部走動幾乎不在高速下進行。
本發明的第一實施例在圖1中，已經示出了網絡的第一實施例。該網絡包括在提供網際網路接入的分布式系統DS上彼此連接的多個接入點AP3，AP4，AP5...AP6。根據本發明，上面的接入點形成預認證區域PAA，並且該接入點可以有利於規定部分重疊的鄰近覆蓋，其可能被安排使得沿著公路或鐵路。接入點AP10，其不是PAA區域的一部分，可能也被提供並且連接到該分布式系統。系統節點MSYS可能根據本發明也被提供用於認證目的。
根據本發明的第一實施例，預認證區域PAA包括一組非等級接入點，如圖1中所示，但沒有MSYS節點。每個接入點構成朝向網際網路的網關。接入點此外依靠也稱作骨幹網絡的分布式系統彼此相連。
在圖3中，示出了屬於本發明的第一實施例的時序圖。應當理解，典型接入點AP5和AP4是預認證區域的一部分，其可以包括許多更多的接入點(未示出)。
移動站STA1移動到預認證區域PAA，並且尋求在所遇到的接入點AP5之前執行聯繫11和認證12的傳統步驟。與接入點的認證可以基於已知有線對等加密(WEP)認證方案或者基於提供更高級安全性的可替換方案。
在步驟13中，移動站STA1發出Group_Req消息13，根據本發明向接入點表明移動站能夠並且對執行預認證PA有興趣。Group_req消息的發出對於來自更高層軟體的輸入是有條件的，例如根據移動站是否移動或者是否可以希望在預定速率之上移動。
作為響應，在步驟1 4中，移動站接收到包括屬於預認證區域PAA中的接入點的頻率列表的Group_res消息。如果預認證區域PAA構成了小區的線性分布，則該頻率列表優選地以對應該組中的地理標記位置的順序來安排。以這樣的方式，移動站可以限制其預期的搜索用於尋找兩個鄰近順序號的頻率，在這種情況下，為AP6和AP4。應當看到，移動站不能一定希望獲得與預認證區域PAA中的外部接入點之一的初始接觸。如果移動站移動得太快或者如果接入點的通信情況是擁塞的，就是這樣的情況。而且，一旦建立了行進方向，則移動站僅需要在一個頻率之後掃描。方向天線可以還被安排使得第一PAA組指向一個方向並且第二PAA組指向另一個方向。
在步驟15中，預認證請求從移動站發出到它已經被聯繫的接入點。在步驟16中，預認證請求在預認證區域PAA中從這個接入點到所有其他接入點被反射。
隨後，在步驟17中，從所有有關接入點通過相關接入點接收預認證響應。應當看到，所有內部接入點業務在骨幹網上以正常的BSS方式進行傳遞。
當移動站已經移動到下一個接入點的範圍時，在這個情況下為AP4，移動站現在可以立即掃描AP4使用的頻率並且執行聯繫而無需隨後的認證，因為該移動站被預認證。
本發明的第二實施例在本發明的第二實施例中，PA結構是分級的，指的是耦合由預認證區域中的AP組成的BSS的系統節點MSYS提供到網際網路的接入。在圖2中，提供了根據本發明的網絡的第二實施例。該網絡不同於圖1中所示的網絡，在於系統節點是到網際網路接入網絡的網關。圖4示出了屬於本發明的第二實施例的時序圖。
在這個實施例中，MSYS任務是執行進入預認證區域的移動站的獨家認證或者提供移動站的附加認證。如果對於給定移動站該認證被通過，則提供該移動站接入。
分別在步驟21和步驟22中，完成向第一遇到的接入點在這個情況下為AP5的聯繫的傳統步驟。步驟22-在該接入點之前移動站認證自己-是可選的。
隨後，在步驟23中，相關接入點AP5尋求在網關節點MSYS之前認證移動站STA1。
如果認證成功，移動站被允許接入到網際網路。此外，MSYS使用組響應信號響應移動站-步驟23-表示在預認證區域中的剩餘接入點之前它處於預認證移動站的過程之中。在步驟24中，組響應信號包括如上所述的預認證區域的所有成員的頻率列表並且具有如上所述的同樣效果。
接下來，在步驟25和26中，網關節點發出預認證請求給預認證區域PAA中的剩餘接入點。那些接入點是使用任選預認證響應信號26接受響應。
基於這個結果，MSYS可以任選地依靠預認證指示信號26通知移動站該移動站已經預認證了哪些接入點。移動站可以由此修正其尋求切換候選者的努力，即省略了尋求接入點的頻率，通過該接入點頻率沒有預認證移動站。
當移動站已經移動到下一個接入點時，在這個例子中為AP4，移動站準備用於僅要求聯繫的處理步驟(步驟28)的快速切換。
本發明的第三實施例這個實施例，類似於上面的實施例，包括控制接入到網際網路的網關節點，如圖2所示。圖5示出了本發明的第三實施例的時序圖。
在這個實施例中，在預認證區域PAA的接入點之前沒有任何認證。
在步驟32中的所述聯繫之後，在步驟33中，移動站與網關節點MSYS進行認證。消息通過分布式系統在相關接入點和網關節點之間傳送。
移動站然後發出組請求消息34，發信號通知對正在為預認證區域PAA中的其他接入點預認證感興趣的網關節點。該移動站可以避免發出請求，如果其由上層程序所確定的話，例如作為移動站在包括其他接入點而且該接入點不是預認證區域的一部分的局部區域中是靜止或者移動的結果。
網關使用包括用於如上解釋目的的所述頻率列表的組響應消息35做出響應。
隨後，移動站發起預認證請求給MSYS用於在預認證區域PAA中的剩餘接入點中以根據移動站的選擇的順序進行預認證。
當移動站在下一個AP即AP4的範圍內移動時，可以從事聯繫並且業務可以立即被傳送到網關節點。
另外的實施例對於上面的所有實施例，優選的是外部的接入點被安排使得它們的天線特性匹配典型業務模式，並且允許快速移動的移動站有足夠的時間來執行聯繫和認證的初始化步驟。例如，外部標記接入點可以具有沿著比如對應高速公路的線性伸展指向的窄波束天線，由此提供長範圍接觸。提供方向能力的天線在本技術領域是眾所周知的技術。
在建立PA區域中，在接入點之間發信號的方法可以是任何專有協議或者標準化IAPP，比如由IEEE802.11f規定的IAPP。
根據本發明的另外的實施例，接入點是時間同步的，這樣使得該移動站可以期望從所期望的下一個出現的接入點發信號以在特定時間出現。在這種情況下，HiperLAN2可以由於更快速的響應和更精確的定時信標(BCCH)而更加適合。
在HiperLAN2和IEEE802.11a中，RF載波和符號時鐘頻率從同一基準振蕩器獲得。要求振蕩器的精度是±20ppm。這意味著即使信標間隔對於接入點(AP)來說是固定的，兩個接入點(AP)之間的信標傳送之間的定時偏移可以在1秒內變化40us，10個OFDM符號。為了保持信標傳送之間的固定偏移，要求某種接入點同步。
同步可以以許多方式來實現。根據本發明，參考時鐘可以被有線或無線地從系統節點或從預認證區域PAA中的專用接入點傳送到所有接入點。另一種方式是接入點可以收聽彼此並且估計到鄰近接入點的頻率偏移。
信標間隔可以於是被調整到共同的間隔，即信標之間的樣值數量不是固定的但是時間是固定的。還有可能調整接入點基準振蕩器。然後信標之間的樣值數量也是固定的。如果所有接入點的基準振蕩器被同步，則信道間隔將是精確的20MHz並且在接入點之間沒有頻率偏移。因此，移動站將精確地經歷對所有接入點即所有信道的同一頻率偏移。這個知識可以用於提高移動站的接收機性能。
根據本發明，預認證區域PAA中的中心節點還可以控制接入點之間的信標偏移。這可以減少用於傳遞關於信標偏移的信息給移動站的開銷。例如，如果移動站沿著公路行進，那麼它知道下一個接入點與當前接入點相比將具有規定的信標偏移。即，如果移動站在相反方向上行進的話，下一個接入點將總是具有信標偏移+x us或-x us。因此，預認證區域PAA的關於信標間隔和偏移的較少信息必須被傳送到移動站。
權利要求
1.一種準備移動站在接入點之間進行切換的方法，該方法包括步驟移動站與規定預認證區域(PAA)的預定組的接入點(PAA-BSS)中的第一接入點進行聯繫(11，21，31)，移動站在該組(PAA-BSS)的至少一個優勢接入點之前認證(12，22，32)自己，在所述優勢接入點之前一旦被接受認證，則該移動站接收包括屬於該組(PAA-BSS)的接入點的頻率列表(14，24，34)的響應。
2.根據權利要求2的方法，其中所述頻率列表(14，24，34)包括關於預認證區域(PAA)的接入點相對彼此的相對標記位置的信息。
3.根據權利要求1的方法，其中移動站發送一組請求(13)給預認證區域的給定接入點，隨後移動站在給定接入點之前被認證。
4.根據權利要求1的方法，其中，一旦在預認證區城中的給定接入點之前被認證的話，預認證指示(18)被傳送給移動站。
5.一種包括規定預認證區域(PAA)的多個接入點(AP)的系統(PAA-BSS)，該系統將關於預認證區域(PAA)的接入點的頻率列表和關於接入點的相對位置的信息傳送給在系統之前尋求預認證的移動站。
6.根據權利要求5的系統，其中系統(PAA-BSS)的接入點(AP)被安排沿著提供覆蓋範圍的直線或曲線，該覆蓋範圍基本上沿主要運輸路線。
7.根據權利要求5的系統，其中接入點被同步以便根據通常定義的時段以預定信標間隔發出信標信號。
8.根據權利要求5的系統，其中PAA中的接入點以鄰近方式被安排，優選地沿著直線或曲線，這樣，規定了外部接入點，該外部接入點具有沿著該直線或曲線被安排在它們之間的標記接入點。
9.根據權利要求5的系統，其中給定接入點至少具有一個指向鄰近接入點的方向天線。
10.根據權利要求5的系統，其中該系統包括執行進入預認證區域的移動站的認證的系統節點(MSYS)。
11.一種移動站(STA)，適合於在接入點之前該移動站一旦接收到響應信號(Group_res)就聯繫和認證自己，該響應信號包括關於預認證區域(PAA)的一組接入點(AAP-BSS)的頻率列表，用於預認證移動站到所述組。
12.根據權利要求11的移動站，其中響應信號(Group_res)包括關於預認證區域的接入點的優選相對標記位置的信息，用於從響應信號決定鄰近接入點到該移動站當前使用其被聯繫的接入點，並且用於限制搜索切換候選接入點到所述鄰近接入點。
全文摘要
一種包括規定預認證區域(PAA)的多個接入點(AP)的系統(PAA－BSS)，該系統傳送關於預認證區域(PAA)的接入點的頻率列表和關於接入點的相對位置的信息給在系統之前尋求預認證的移動站。一種準備移動站在接入點之間進行切換的方法，其中該移動站與規定預認證區域(PAA)的預定組的接入點(PAA－BSS)中的第一接入點進行聯繫(11，21，31)，移動站在該組(PAA－BSS)的至少一個優勢接入點之前認證(12，22，32)自己，在所述優勢接入點之前一旦被接受認證，則該移動站接收包括屬於該組(PAA－BSS)的接入點的頻率列表(14，24，34)的響應。
文檔編號H04L9/32GK101088300SQ200580044541
公開日2007年12月12日 申請日期2005年1月14日 優先權日2004年12月22日
發明者G·裡德內爾, J·林德斯科格, R·沃瑟 申請人:艾利森電話股份有限公司