АДАПТИВНЫЙ ПЕРИОД ВКЛЮЧЕНИЯ ПЕРЕМЕЩАЕМЫХ БЕСПРОВОДНЫХ ТЕРМИНАЛОВ
ADAPTIVE PERIOD OF SWITCHING ON MOBILE WIRELESS TERMINALS

РОДСТВЕННЫЕ ЗАЯВКИ
Эта заявка испрашивает приоритет предварительной заявки на патент США № 60/708649, зарегистрированной 15 августа 2005 г., и предварительной заявки на патент США № 60/748731, зарегистрированной 8 декабря 2005 г.
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Данное изобретение относится, в общем, к беспроводной связи и, в частности, к способам и системам для управления периодом включения беспроводных терминалов, которые используют протоколы «спящего режима».
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В некоторых приложениях беспроводной связи мобильные беспроводные терминалы чередуются между спящим режимом и режимом включения. В одном типичном примере спящий режим существенно длиннее, чем режим включения. Соответственно, сети, которые поддерживают такие устройства, называются сетями пониженного рабочего цикла (LDC), а мобильные терминалы, которые работают в таких сетях, называются LDC терминалами. LDC терминалы являются малоразмерными устройствами связи, используемыми в разнообразии отслеживания положения, маркировки, телеметрии и подобных приложениях. LDC терминалы работают таким образом, что каждый терминал включается для принятия и передачи данных на очень малую долю времени. Эта работа пониженного рабочего цикла минимизирует использование воздушного интерфейса и потребление энергии из источника питания терминала.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В некоторых приложениях беспроводные терминалы имеют способность перемещаться (блуждать) между различными беспроводными сетями. В частности, беспроводной терминал, работающий в спящем цикле, иногда включается, регистрируется в сети и начинает связываться с беспроводной сетью, отличной от сети, с которой он связывался в предыдущий период включения.
В некоторых вариантах осуществления регистрация в сети, отличной от сети, наиболее недавно использованной, запускает передачу от новой сети к беспроводному терминалу дополнительной сетевой информации, которая не была бы передана в последующих процедурах регистрации в той же самой сети. Добавление этой информации к связи между терминалом и сетью требует много времени. Для того чтобы дать возможность терминалу принять эту сетевую информацию, иногда желательно расширить длину периода включения терминала.
Варианты осуществления описанного способа и устройства управляют беспроводными терминалами, перемещающимися от одной беспроводной сети к другой. В некоторых вариантах осуществления модуль управления в терминале детектирует, что текущая сеть отличается от сети, с которой терминал связывался в предыдущий период включения. Если определено, что сеть, с которой терминал связывается в текущем режиме включения, не является той же самой сетью, с которой терминал связывался в предыдущем режиме включения, то модуль управления расширяет длину режима включения для того, чтобы гарантировать то, что все желаемые данные могут быть переданы перед концом режима включения.
В некоторых вариантах осуществления терминал контролирует служебные сообщения, передаваемые беспроводной сетью. Служебные сообщения обычно содержат идентификационный номер сети (NID) и/или идентификационный номер сервера (SID). В этих вариантах осуществления терминал сравнивает номера NID и/или SID с ранее сохраненными величинами для определения того, изменилась ли сеть.
В некоторых вариантах осуществления терминал может, во время расширенного периода включения, принимать сетевую информацию относительно новой сети, в которую он вступил, такую как адрес сервера приложения, с которым терминал будет связываться.
Беспроводной терминал и система беспроводной связи, которые реализуют эти способы управления, также описаны.
Таким образом, описан способ для управления беспроводным терминалом, работающим в спящем цикле, чередующимся между режимом включения и спящим режимом, предусматривающий: связывание с первой беспроводной сетью во время первого периода включения, имеющего первую длительность; связывание со второй беспроводной сетью во время второго периода включения, следующего за первым периодом включения; расширение второго периода включения на вторую длительность, большую, чем первая длительность, в качестве реакции на детектирование того, что вторая беспроводная сеть отличается от первой беспроводной сети; и принятие сетевой информации относительно второй беспроводной сети во время второго периода включения.
В одном варианте осуществления беспроводной терминал включает в себя терминал пониженного рабочего цикла (LDC) в LDC сети, и связывание с первой и второй сетями включает в себя применение LDC службы.
В другом варианте осуществления одна из первой и второй беспроводных сетей включает в себя собственную сеть беспроводного терминала, а другая из первой и второй сетей включает в себя чужую сеть относительно беспроводного терминала. В альтернативном варианте осуществления первая и вторая беспроводные сети включают в себя чужие сети относительно беспроводного терминала.
Еще в одном варианте осуществления связывание с первой и второй беспроводными сетями включает в себя регистрацию в соответствующей беспроводной сети.
Еще в одном варианте осуществления детектирование того, что вторая беспроводная сеть отличается от первой беспроводной сети, включает в себя принятие первого идентификационного (ID) номера от первой беспроводной сети во время первого периода включения, принятие второго ID номера от второй беспроводной сети во время второго периода включения и детектирование того, что первый ID номер отличается от второго ID номера.
В одном варианте осуществления принятие сетевой информации включает в себя принятие специализированного сообщения, включающего в себя адрес во второй беспроводной сети, с которым терминал будет связываться.
Также описан беспроводной терминал, включающий в себя: передатчик, выполненный с возможностью передачи информации к первой и второй беспроводным сетям; приемник, выполненный с возможностью принятия информации от первой и второй беспроводных сетей; и модуль управления, выполненный с возможностью управления передатчиком и приемником в спящем цикле, чередующемся между режимом включения и спящим режимом таким образом, чтобы связываться с первой беспроводной сетью во время первого периода включения, имеющего первую длительность, связываться со второй беспроводной сетью во время второго периода включения, следующего за первым периодом включения, расширять второй период включения до второй длительности, большей, чем первая длительность, в качестве реакции на детектирование того, что вторая беспроводная сеть отличается от первой беспроводной сети, и принимать сетевую информацию, относящуюся ко второй беспроводной сети во время второго периода включения.
Описанные способ и устройство будут более полно поняты из следующего подробного описания вариантов их осуществления, взятого вместе с чертежами.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Фиг.1 является блок-схемой, которая схематично иллюстрирует систему беспроводной связи, в соответствии с вариантом осуществления описанного способа и устройства; и
Фиг.2 является блок-схемой, которая схематично иллюстрирует способ для управления периодом включения беспроводного терминала, в соответствии с вариантом осуществления описанного способа и устройства.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Фиг.1 является блок-схемой, которая схематично иллюстрирует систему 20 беспроводной связи пониженного рабочего цикла (LDC) в соответствии с одним вариантом осуществления описанного способа и устройства. LDC система 20 может работать как часть стандартной беспроводной сети, содержащей, например, сотовую сеть, систему персональной связи (PCS) или любую другую соответствующую общественную или частную беспроводную сеть. Различные варианты осуществления LDC системы 20 могут быть адаптированы для использования любого беспроводного стандарта, протокола или воздушного интерфейса, используемого стандартной беспроводной сетью, такой как cdmaOne, CDMA2000, 1xEVDO, UMTS, GSM или любого другого соответствующего стандарта. Как таковая, LDC система 20 может быть адаптирована для работы в любом диапазоне рабочих частот, используемом стандартной беспроводной сетью.
В варианте осуществления фиг.1 система 20 содержит две беспроводные сети 24, обозначенные позициями 24А и 24В. Эти две сети взаимосвязаны глобальной сетью (WAN) 28, такой как Интернет. Каждая беспроводная сеть 24 связывается с беспроводными терминалами 32. В данном примере, два терминала обозначены позициями 32А и 32В. Связь осуществляется через беспроводные базовые станции 42, обозначенные как 42А и 42В, которые служат в качестве точек беспроводного доступа к каждой сети 24. В некоторых вариантах осуществления, каждая беспроводная сеть 24 охватывает определенную географическую область, которая может перекрываться или не перекрываться зонами обслуживания других беспроводных сетей (не показано).
Нисходящие сообщения, передаваемые с использованием радиосигналов, передаваемых от базовой станции 42 к терминалу 32, принимаются, преобразуются с понижением частоты, фильтруются, демодулируются и обрабатываются иным способом приемником 44. Восходящие сообщения, передаваемые от терминала 32 к базовой станции 42, модулируются, преобразуются с повышением частоты, фильтруются и усиливаются передатчиком 46 для создания восходящего сигнала. Восходящий сигнал затем передается к базовой станции 42.
Некоторые LDC приложения (такие как приложения отслеживания для отслеживания людей, любимых животных и собственности) используют положение LDC терминала. В некоторых вариантах осуществления терминал 32 использует датчик положения, такой как приемник 48 системы глобального позиционирования (GPS), для определения положения терминала 32. Терминал 32 передает эту информацию к базовой станции 42. В некоторых случаях терминал 32 принимает и/или передает информацию после того, как он покидает зону обслуживания одной беспроводной сети 24А и входит в область обслуживания другой сети 24В, как будет описано ниже.
Модуль 50 управления в терминале 32 выполняет все функции управления и контроля LDC терминала 32. В соответствии с одним вариантом осуществления описанного способа и устройства терминал 32 работает в полудуплексном режиме. Соответственно, терминал 32 не может передавать и принимать в одно и то же время. Следовательно, среди других функций модуль 50 управления заставляет терминал 32 чередоваться между режимами передачи и приема. Модуль 50 управления также заставляет терминал 32 чередоваться между режимом включения и спящим режимом, в соответствии со спящим циклом, синхронизированным между терминалом 32 и базовой станцией 42, с которой связывается терминал 32. Следует отметить, что как режим передачи, так и режим приема имеют место во время режима включения. В соответствии с одним вариантом осуществления описанного способа и устройства передача или прием не имеют место во время спящего режима.
Обычно, в спящем режиме большинство из функций аппаратного обеспечения терминала выключено для сохранения мощности батареи. В некоторых вариантах осуществления некоторая часть самого аппаратного обеспечения может быть также выключена во время спящего режима, при оставлении только аппаратного обеспечения, необходимого для поддержания времени и для включения терминала в следующем периоде включения. Время между последовательными периодами включения (т.е. продолжительность спящего режима) обычно может принимать любые значения от нескольких минут (или менее) до нескольких недель (или даже больше), в зависимости от приложения.
В частности, модуль 50 управления адаптирует продолжительность, во время которой терминал 32 включен (называемую «периодом включения») в качестве реакции на перемещающееся состояние терминала 32. Способ адаптации подробно объясняется ниже. Модуль 50 управления может быть реализован с использованием аппаратного обеспечения, такого как цифровые схемы, реализованные с использованием дискретных компонентов или в пределах интегральной схемы (IC). Альтернативно, модуль 50 управления может быть реализован с использованием программного обеспечения, выполняемого на микропроцессоре, или с использованием комбинации элементов аппаратного и программного обеспечения.
В варианте осуществления фиг.1 каждая беспроводная сеть 24 содержит LDC сервер 34. LDC сервер 34 выполняет различные функции управления, связанные с терминалами 32, используемыми в сети 24. Сервер 35 приложения (отдельный и особый от LDC сервера 34) выполняет специфическое LDC приложение. Например, сервер 35 приложения может содержать веб-сервер, который отображает положение терминалов 32 на карте и/или обеспечивает пользователей приложения некоторыми управляющими функциями над терминалами 32. Сервер 35 приложения может быть расположен либо внутри, либо вне беспроводной сети 24. Обычно сервер 35 приложения является источником нисходящих сообщений, передаваемых к терминалам 32 в беспроводной сети 24, и является назначением (адресатом) восходящих сообщений, передаваемых от терминалов 32 к беспроводной сети 24.
Связь каждой беспроводной сети 24 с ее терминалами 32 управляется мобильным коммутационным блоком (MSC) 36. Каждый MSC выполняет все функции коммутации и маршрутизации сообщений к терминалам 32 и от них в их беспроводной сети. Обычно, когда терминал 32 входит в одну из беспроводных сетей 24, он выполняет процедуру регистрации с MSC этой сети 24. Для каждого терминала 32 одна из беспроводных сетей 24 определена как его собственная сеть, хотя терминал 32 может обычно регистрироваться и связываться с любой беспроводной сетью в системе 20. Терминал, связывающийся с беспроводной сетью, отличающейся от его собственной сети (иногда называемой «чужой сетью»), называется «блуждающим» или «посещающим» терминалом. Терминал, связывающийся с его собственной сетью, называется «локальным» терминалом.
В соответствии с одним вариантом осуществления, каждая беспроводная сеть 24 включает в себя две базы данных, а именно, регистр собственного местоположения (HLR) 38 и регистр местоположения посетителя (VLR) 40. Каждый HLR 38 содержит информацию, относящуюся ко всем терминалам 32, для которых конкретная беспроводная сеть 24 является собственной сетью. В любое данное время некоторые из этих терминалов 32 могут быть зарегистрированы в собственной сети, некоторые могут быть выключены, а другие могут перемещаться (т.е. могут быть зарегистрированы в чужой беспроводной сети). Каждый VLR 40 содержит информацию, относящуюся к перемещающимся терминалам, которые в данное время зарегистрированы в своей беспроводной сети 24. Когда терминал 32 перемещается от одной беспроводной сети 24 к другой, соответствующая информация маршрутизации посылается к HLR собственной сети терминала, таким образом, чтобы дать возможность нисходящим сообщениям быть направленными к ней. Когда терминал 32 регистрируется в чужой сети, VLR 40 чужой сети обновляется информацией маршрутизации относительно собственной сети.
Хотя примерная конфигурация фиг.1 показывает две беспроводных сети 24А и 24В, система 20, в общем, может содержать любое число беспроводных сетей 24. Дополнительно или альтернативно каждая беспроводная сеть 24 обычно содержит множество базовых станций 42 и может содержать более чем один MSC 35.
В типичной транзакции, в которой нисходящее сообщение посылается к терминалу 32А назначения, сервер 35А приложения в собственной сети 24А терминала назначения посылает сообщение, адресованное терминалу 32А. Терминал 32А может быть зарегистрирован в собственной сети 24А или он может перемещаться. В случае, в котором терминал 32А назначения не перемещается, сервер 35А приложения обеспечивает нисходящее сообщение к LDC серверу 34А, который, в свою очередь, посылает его к MSC 36A в пределах его беспроводной сети 24А. MSC 36A определяет, посредством запрашивания его HLR, соответствующую информацию маршрутизации, и направляет нисходящее сообщение к терминалу 32А назначения. Если, однако, терминал 32А назначения перемещается в сети 24А, то путь маршрутизации идет через локальный MSC 36B (в предположении, что сеть 24В является собственной для терминала 32А назначения), к чужому MSC 36A через WAN 28, и оттуда к терминалу 32А назначения.
В типичной восходящей транзакции исходный терминал 32А инициирует незатребованное восходящее сообщение, адресованное серверу 35А приложения его собственной сети (в предположении, что исходный терминал 32А не перемещается). Если исходный терминал 32А в данное время зарегистрирован в его собственной сети, то восходящее сообщение направляется через локальный MSC 36A и LDC сервер 34А к серверу 35А приложения. Если, с другой стороны, исходный терминал 32А зарегистрирован в чужой сети 24А, то MSC 36А чужой сети 24А принимает восходящее сообщение, запрашивает его VLR 40А относительно соответствующей информации маршрутизации к собственной сети 24В исходного терминала, например, и направляет восходящее сообщение от чужого MSC 36А через WAN 28 к MSC 36В собственной сети 24В терминала, и оттуда через LDC сервер 34В собственной сети к серверу 35В приложения.
В общем, когда терминал 32А инициирует связь с беспроводной сетью 24А, он сначала выполняет процедуру регистрации в сети 24А. В некоторых вариантах осуществления, терминал 32А периодически обновляет свою регистрацию в беспроводной сети 24А, в соответствии с заданным временным лимитом регистрации. В таких случаях, когда терминал 32А включается из спящего режима, он проверяет, истек ли временной лимит регистрации. Если истек, то терминал 32А повторно регистрируется в сети 24А и устанавливает временной лимит в исходное состояние. Некоторые события, называемые «неявными регистрациями», иногда рассматриваются как регистрации с целью установки временного лимита регистрации в исходное состояние. Например, если терминал 32А устанавливает канал трафика с беспроводной сетью 24А, то это событие засчитывается как неявная регистрация. Связывание через обычный канал, такое как использование сообщений службы коротких сообщений (SMS), обычно не считается регистрацией. В альтернативных вариантах осуществления, терминал 32А регистрируется в беспроводной сети 24А каждый раз, когда он пробуждается из спящего режима.
В некоторых вариантах осуществления после того, как терминал 32А включается, он контролирует служебные сообщения, передаваемые беспроводной сетью 24А, с которой он собирается связываться. Служебные сообщения обычно содержат идентификационный номер сети (NID), идентифицирующий беспроводную сеть, и/или идентификационный номер системы (SID), идентифицирующий MSC 36А.
Когда терминал сначала включается после перемещения от одной беспроводной сети 24В к другой сети 24А, терминал 32А декодирует номер NID и/или SID из служебных сообщений и сравнивает их с ранее сохраненными значениями SID и/или NID. Если в этих параметрах детектировано изменение, то терминал 32А узнает, что он переместился в новую сеть 24А, и инициирует процедуру регистрации в новой сети 24А. Регистрация в новой сети 24А обычно игнорирует состояние временного лимита регистрации, описанного выше.
В некоторых вариантах осуществления существует иерархия между NID и SID, так что NID является подмножеством SID. В этих случаях терминал 32А заключает, что именно в новой сети 24А либо изменяется SID (независимо от значения NID), либо изменяются как NID, так и SID.
В некоторых вариантах осуществления в качестве реакции на процедуру регистрации в новой сети 24А, сервер 35А приложения посылает терминалу 32А сетевую информацию относительно LDC сети, в которую он вступил. Например, в некоторых вариантах осуществления, сетевая информация содержит специализированное нисходящее сообщение, содержащее новый адрес для посылки восходящих LDC сообщений, такой как адрес соответствующего сервера 35А приложения. Дополнительно или альтернативно сервер 35А приложения и/или LDC сервер 34А может послать любую другую сетевую информацию терминалу 32А после его регистрации в новой сети 24А.
Поскольку дополнительная сетевая информация посылается от сервера 35А приложения, процедура регистрации в сети 24А, в которую только что вступил терминал, обычно включает в себя передачу большего количества данных, чем в случае с последовательными процедурами регистрации в пределах одной и той же сети 24В. По этой причине, когда терминал 32А включается и регистрируется в новой беспроводной сети 24А (т.е. в сети 24А, отличной от сети 24В, в которой он регистрировался в предыдущий период включения), модуль 50А управления расширяет длину периода включения терминала 32А для того, чтобы дать возможность дополнительным данным быть переданными.
В типичных приложениях номинальная длительность периода включения имеет порядок 10-30 мс. При вступлении в новую сеть, желательно обычно удвоить или утроить длительность периода включения.
Фиг.2 является блок-схемой, которая схематично иллюстрирует способ для управления периодом включения терминала 32 в соответствии с вариантом осуществления описанного способа и устройства. Способ начинается с терминала 32А, работающего в синхронизированном спящем цикле, как описано выше. В соответствующее время модуль 50А управления включает приемник 44А, передатчик 46А и/или другие компоненты терминала 32А, на стадии включения 60.
После включения модуль 50 управления проверяет, является ли текущая беспроводная сеть 24А, с которой терминал 32А собирается связываться, той же самой, или она отличается от беспроводной сети 24В, с которой он связывался в предыдущий период включения. Это происходит на стадии 62 проверки изменения сети. В некоторых вариантах осуществления терминал 32А контролирует служебные сообщения, передаваемые беспроводной сетью 24А, и декодирует номер SID и/или NID из этих служебных сообщений. Модуль 50А управления затем сравнивает декодированные идентификационные номера SID и/или NID с идентификационным номером или номерами, принятыми в предыдущий период включения. Изменение в этих номерах может указывать на изменение сети. Альтернативно, с этой целью терминалом 32А может использоваться любой другой соответствующий механизм.
Если модуль 50А управления заключает, что текущая беспроводная сеть 24А является той же самой, что и сеть, детектированная в предыдущем периоде включения, то он продолжает нормальный цикл включения/спящий режим, на стадии 70 нормального спящего режима. Как часть нормального спящего цикла, терминал 32А может обновлять свою регистрацию в беспроводной сети 24А, как объяснялось ранее. Модуль 50А управления включает терминал 32А в следующем периоде включения, и способ возвращается к стадии 60 включения, описанной выше.
Если, с другой стороны, модуль 50А управления заключает, что текущая беспроводная сеть 24А отличается от сети 24В, детектированной ранее в предыдущем периоде включения, то терминал 32А регистрируется в новой сети 24А на стадии 64 новой регистрации.
В качестве реакции на регистрацию в новой сети 24А сервер 35А приложения посылает специализированное нисходящее сообщение к терминалу 32А, как описано выше. Для того чтобы дать возможность переноса дополнительных данных, требуемого для принятия этого сообщения, модуль 50А управления расширяет длину периода включения на стадии 66 расширения.
Во время расширенного периода включения приемник 44 терминала 32А принимает нисходящие данные, посланные к нему от базовой станции 42А, на стадии 68 связи. В некоторых вариантах осуществления нисходящие данные содержат специализированное нисходящее сообщение, несущее дополнительную сетевую информацию относительно новой LDC сети 24А. В дополнение к принятию нисходящих данных терминал 32А может осуществлять любую дополнительную связь с новой сетью 24А через базовую станцию 42А во время расширенного периода включения. Эти дополнительные функции связи обычно зависят от конкретной функциональности LDC службы, осуществляемой системой 20, и находятся за рамками данной патентной заявки.
После завершения функций связи для настоящего периода включения терминал 32А возвращается к спящему режиму в соответствии с нормальным спящим циклом на стадии 70 спящего режима. Длина периода включения устанавливается в значение по умолчанию, предполагающее отсутствие изменения сети. Когда опять приходит время для включения терминала, способ возвращается к вышеупомянутой стадии 60 включения.
Хотя способы и системы, описанные здесь, относятся в основном к управлению периодом включения LDC терминалов, эти способы и системы могут также использоваться для управления периодами включения в других типах беспроводных терминалов, которые работают в спящем цикле. Такие терминалы могут включать в себя, например, пейджеры, сотовые телефоны, телеметрические ретрансляторы и ретрансляторы идентификации радиочастоты (REID).
Таким образом, будет учтено, что варианты осуществления, описанные выше, упомянуты посредством примера, и что данное изобретение не ограничено тем, что было показано и описано выше. Скорее, объем данного изобретения включает в себя как комбинации, так и субкомбинации различных свойств, описанных выше, также как и их вариации и модификации, которые пришли бы на ум специалистам в данной области техники при чтении предыдущего описания и которые не описаны в известном уровне техники.