ПОДДЕРЖКА СВЯЗИ В СЕТЯХ IEEE 802.16 С ПОМОЩЬЮ РЕТРАНСЛЯЦИЙ ЧЕРЕЗ CID-ИНКАПСУЛЯЦИЮ
CONNECTION MAINTENANCE IN IEEE 802,16 NETWORKS WITH RELAYS VIA CID ENCAPSULATION

Перекрестная ссылка на родственную заявку
Настоящее изобретение основано на предварительных заявках с порядковым номером 60/857538, поданной 8 ноября 2006 г., и порядковым номером 60/885930, поданной 22 января 2007 года, полное содержимое которых содержится в данном документе в качестве ссылки.
Уровень техники изобретения
1. Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее раскрытие относится к сетям IEEE 802.16, а именно к поддержке связи в сетях IEEE 802.16 с помощью ретрансляций через CID-инкапсуляцию.
2. Обсуждение предшествующего уровня техники
Беспроводная связь является важной областью технического развития. Беспроводная связь относится не только к мобильным беспроводным сетям связи, таким как GSM и CDMA сотовые телефонные сети, но также к беспроводным компьютерным сетям, таким как IEEE 802.11 WiFi и IEEE 802.16 беспроводные городские вычислительные сети (MAN), также известные как WiMAX.
Из этих сетей WiMAX предлагает возможности эффективного средства предоставления сетевого доступа следующего поколения к компьютерам общего назначения и к устройствам связи без необходимости создавать обширную инфраструктуру из медного провода или волоконно-оптического кабеля в домах и офисах. Более того, в дополнение к предоставлению "последней мили" фиксированного широкополосного доступа, WiMAX-стандарты, такие как IEEE 802.16e, предоставляют сетевой доступ мобильным терминалам, которые могут перемещаться в области покрытия базовых станций сети.
В таких мобильных WiMAX-сетях множество базовых станций предоставляют сетевой доступ одному или более мобильным терминалам в своей области покрытия. Когда мобильный терминал покидает область покрытия одной базовой станции и входит в область покрытия другой базовой станции, сетевой доступ может быть передан от одной базовой станции к другой базовой станции с небольшим перерывом или без прерывания сетевого доступа.
Соответственно, мобильные WiMAX-сети могут быть способны предоставлять сетевой доступ мобильным терминалам для связи и/или передачи произвольных данных, такой как связь с Интернетом.
Чтобы расширить область покрытия базовой станции и/или повысить интенсивность сигнала в плохо покрытых сегментах области покрытия, могут использоваться одна или более ретрансляционных станций. Ретрансляционная станция, как правило, является простым повторителем, который прослушивает и ретранслирует сигналы связи независимо от предполагаемого получателя сигналов связи. Соответственно, множество базовых станций, каждая из которых может иметь одну или более ретрансляционных станций в своей области покрытия, могут работать вместе, чтобы предоставить мобильный беспроводной сетевой доступ в широкой области.
В то время как традиционные WiMAX-сети, применяющие традиционные ретрансляционные станции, могут быть способны предоставлять сетевой доступ, по-прежнему существует потребность в предоставлении более надежного сетевого доступа в более обширной области покрытия при максимизации эффективности диапазона рабочих частот.
Сущность изобретения
Способ для передачи данных в беспроводной сети включает в себя формирование пакета данных, имеющего идентификацию соединения (CID), указывающую конечного получателя пакета данных. Определяется желательный маршрут передачи пакета данных конечному получателю. Желательный маршрут включает в себя одну или более ретрансляционных станций. Сформированный пакет данных инкапсулируется в одну или более оболочек, каждая оболочка имеет CID, указывающую уникальное соединение с одной или более ретрансляционными станциями по желательному маршруту. Пакет данных маршрутизируется по желательному маршруту с помощью CID одной или более оболочек и пакета данных, чтобы прибыть к конечному получателю. В каждой из одной или более ретрансляционных станций самая внешняя оболочка, имеющая CID, соответствующую соединению с настоящей ретрансляционной станцией, отделяется от пакета данных.
Беспроводная сеть может удовлетворять одному или более стандартам IEEE 802.16. Конечный получатель может быть мобильным терминалом. Желательный маршрут может быть определен на основе измеренных характеристик канала, качества сигналов и/или распределения загрузки. Желательный маршрут может быть маршрутом по нисходящей линии связи, и пакет данных может включать в себя управляющие данные, указывающие желательный маршрут по восходящей линии связи. Желательный маршрут может быть маршрутом по нисходящей линии связи и маршрутом по восходящей линии связи. Пакет данных может быть взаимно инкапсулирован с одним или более дополнительными пакетами данных. Оболочки и/или пакет данных могут иметь более чем одну CID.
Способ ретрансляции беспроводных передач данных в ретрансляционной станции включает в себя беспроводной прием пакета данных, инкапсулированного в одну или более оболочек. Каждая оболочка и пакет данных имеют идентификацию соединения (CID). Самая внешняя оболочка отделяется от пакета данных, открывая либо другой пакет данных, либо пакет данных, таким образом раскрывая CID. Пакет данных передается получателю, указанному посредством раскрытой CID.
Несколько CID пакета данных и одной или более оболочек могут соответствовать определенному маршруту для передачи пакета данных конечному получателю. Конечный получатель может быть мобильным терминалом. Беспроводная передача данных может удовлетворять одному или более стандартам IEEE 802.16. Пакет данных может быть взаимно инкапсулирован с одним или более дополнительными пакетами данных. Оболочки и/или пакет данных могут иметь более чем одну CID.
Способ передачи данных в беспроводной сети включает в себя определение желательного маршрута для передачи пакета данных. Желательный маршрут включает в себя одну или более ретрансляционных станций. Пакет данных инкапсулирован в одну или более оболочек, соответствующих одной или более ретрансляционным станциям. Пакет данных передается по желательному маршруту.
Беспроводная сеть может удовлетворять одному или более стандартам IEEE 802.16. Пакет данных может включать в себя идентификацию соединения (CID), указывающую соединение с конечным получателем пакета данных, а каждая из одной или более оболочек имеет CID, указывающую ее соответствующую ретрансляционную станцию. Пакет данных может передаваться по желательному маршруту согласно множеству CID. В каждой ретрансляционной станции самая внешняя оболочка, имеющая CID, соответствующую настоящей ретрансляционной станции, может быть отделена от пакета данных. Желательный маршрут может быть определен на основе измеренных характеристик канала, качества сигналов и/или распределения загрузки.
Краткое описание чертежей
Более полное понимание настоящего раскрытия и многие из сопутствующих аспектов будут легко получены, а также станут понятными из нижеследующего детального описания, если его рассматривать вместе с сопровождающими чертежами, на которых:
Фиг.1 - это схема, показывающая мобильную сеть согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг.2 - это блок-схема, показывающая способ маршрутизации передачи данных между базовой станцией и мобильной станцией согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг.3 - это схема, показывающая инкапсуляцию пакета согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения;
Фиг.4 - это схема, показывающая инкапсуляцию множества пакетов согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения; и
Фиг.5 - это пример вложенного пакета, направленного множеству получателей, согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание чертежей
В описании примерных вариантов осуществления настоящего раскрытия, иллюстрированных на чертежах, конкретная терминология применяется для ясности. Однако настоящее изобретение не ограничивается конкретной выбранной терминологией, и следует понимать, что каждый конкретный элемент включает в себя все технические эквиваленты, которые работают похожим образом.
Примерные варианты осуществления настоящего изобретения предоставляют способ и систему для активной маршрутизации передачи данных между базовой станцией (BS) и мобильной станцией (MS) через одну или более ретрансляционных станций (RS).
В IEEE 802.16e-сетях, при инициализации MS устанавливаются управляющие соединения, включающие в себя основные управляющие соединения и первичные управляющие соединения. Основное управляющее соединение может использоваться для коротких, срочных сообщений MAC-управления. Первичные управляющие соединения могут использоваться для более длинных, более устойчивых к задержке сообщений MAC-управления. Передача управляющей информации и данных может направляться между BS и MS с помощью номера идентификации соединения (CID). CID является 16-битным номером, который используется, чтобы управлять передачами между BS и MS. Когда данные передаются исключительно между BS и MS, маршрутизация данных не требуется.
CID может быть сообщена с данными в форме DL-MAP, которая содержит информацию, имеющую отношение к CID, в каждом выделенном пакете данных. Посредством декодирования DL-MAP MS может быть способна идентифицировать, какой пакет должен быть прослушан. Примерные варианты осуществления настоящего изобретения стремятся сохранить эту функциональность, чтобы гарантировать правильную функциональную совместимость, и, таким образом, данные, принимаемые MS, должны содержать правильную CID для MS.
В централизованной многосегментной ретрансляционной системе, где одна или более RS расположены в и/или за областью покрытия BS, сетевой доступ может быть сделан более надежным в более обширной области покрытия, при этом максимизируется эффективность по пропускной способности, когда данные интенсивно маршрутизируются BS по маршруту из одной или более RS к MS.
Однако WiMAX-сети, например, согласующиеся со стандартами IEEE 802.16e, могут быть адресуемыми посредством CID-номера, и, таким образом, может быть трудно интенсивно маршрутизировать данные по маршруту из одной или более RS, в то же время сохраняя функциональную совместимость с системами связи, разработанными по стандартам IEEE 802.16e. Соответственно, примеры осуществления настоящего изобретения стремятся предоставить активную маршрутизацию данных по маршруту из одной или более RS.
Фиг.1 - это схема, показывающая мобильную сеть согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения. Первые данные могут быть маршрутизированы между базовой станцией (BS) и первой мобильной станцией (MS1) по первому определенному маршруту (P1), который включает в себя первую ретрансляционную станцию (RS1) и третью ретрансляционную станцию (RS3). Между тем, вторые данные могут быть маршрутизированы между BS и второй мобильной станцией (MS2) по второму определенному маршруту (P2), который включает в себя RS1 и вторую ретрансляционную станцию (RS2). Посредством активной маршрутизации данных по определенному маршруту характеристики передачи данных, такие как описанные выше, могут быть оптимизированы.
Фиг.2 - это блок-схема, показывающая способ маршрутизации передачи данных между базовой станцией и мобильной станцией согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения. Сначала базовая станция (BS) определяет желательный маршрут связи, по которому данные могут быть переданы (этап S21). Желательный маршрут связи включает в себя ретрансляционные станции, которые выбираются, чтобы передавать данные, и порядок, в котором данные должны проходить между ними по нисходящей линии связи, когда данные перемещаются по маршруту выбранных RS от BS к MS, и по восходящей линии связи, когда данные перемещаются по маршруту выбранных RS от MS к BS. Маршрут по восходящей линии связи может быть обратным маршруту по нисходящей линии связи; однако, это не должно быть обязательным. Маршрут по восходящей линии связи и маршрут по нисходящей линии могут быть определены отдельно. Таким образом, при выборе желательного маршрута связи могут быть выбраны и маршрут по нисходящей линии связи, и маршрут по восходящей линии связи.
Выбор желательного маршрута может быть определен на основе ряда факторов. Например, измеренных характеристик канала, качества сигнала (QoS) каждого соединения, распределения нагрузки. Факторы, такие как топология сети и другие условия, могут быстро изменять желательность различных возможных маршрутов, и, таким образом, активная маршрутизация пути позволяет BS быстро и легко адаптироваться к изменяющимся условиям, чтобы гарантировать оптимизацию надежности и эффективности.
Более того, определение желательного маршрута может объединять элементы, обсужденные в патентной заявке США порядковый № 11/835604, зарегистрированной 9 августа 2007 года, имеющей общего правопреемника и общего изобретателя, которая содержится в данном документе по обращению во всей своей полноте.
На следующем этапе базовая станция разбивает данные для передачи на пакеты (этап S22). Каждому пакету данных затем может быть назначена CID согласно его конечному получателю (этап S23), таким образом, обеспечивая функциональную совместимость с традиционными совместимыми с IEEE 802.16 MS.
Каждый пакет затем может быть инкапсулирован в последовательность оболочек, каждая оболочка имеет свою собственную CID, идентифицирующую ретрансляционную станцию по определенному маршруту (этап S24), так что самая внутренняя оболочка и CID представляет последнюю станцию по маршруту от BS к MS, а самая внешняя оболочка и CID представляют первую станцию по маршруту от BS к MS.
При инкапсуляции пакет для намеченного получателя является полезной нагрузкой для промежуточного узла. Не существует требований по взаимосвязи между CID текущего пакета и встроенной CID.
Инкапсулированные пакеты данных могут затем быть отправлены по желательному маршруту (этап S25). В каждой RS по маршруту каждая RS отделяет самую внешнюю оболочку и CID, таким образом, раскрывая следующую оболочку и CID. Пакеты затем перемещаются к следующей RS, которая определяется раскрытой CID, где процесс продолжается до тех пор, пока пакеты не будут получены MS. По восходящей линии связи MS может подобным образом инкапсулировать пакеты данных с необходимой структурой, чтобы возвращать пакеты в BS по желательному маршруту по восходящей линии связи.
Каждая ретрансляционная станция может иметь отдельную CID или диапазон CID, который она прослушивает. Ретрансляционные станции могут быть сконфигурированы, чтобы прослушивать свою конкретную CID, и затем, когда пакет со своей установленной CID найден, она может отделить информацию самого внешнего заголовка, обработать и передать оставшуюся полезную нагрузку с CID, указанным для следующего сегмента, который сам может быть пакетом для следующего получателя. Размещение каждой передачи назначается BS с помощью традиционной MAP-структуры.
Фиг.3 - это схема, показывающая инкапсуляцию пакета согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения. Как описано выше, после того как BS определяет желательный маршрут, каждый пакет данных может быть инкапсулирован в последовательность оболочек с CID, предназначенную для того, чтобы доставить пакет от BS к MS по выбранному маршруту из RS. Если выбранный маршрут затрагивает множество промежуточных ретрансляционных станций, сообщение может быть инкапсулировано множество раз. Может быть необязательно инкапсулировать пакет для каждой затронутой ретрансляционной станции.
В примере, показанном на фиг.3, выбранный маршрут включает в себя RS1 и затем RS2. BS может затем определить последовательность CID, которые должны использоваться, чтобы направить пакет по выбранному маршруту. Таблица 30 маршрутизации на фиг.3 показывает различные станции по определенному маршруту и CID, которые могут использоваться, чтобы направить данные по определенному маршруту.
Затем пакет может быть инкапсулирован. Данные сначала могут быть инкапсулированы в оболочку, содержащую "CID A" 38, соответствующую конечному получателю пакета, здесь MS. Пакет затем инкапсулируется в оболочку, содержащую "CID B" 37, соответствующую предшествующему местоположению пакета по выбранному маршруту, здесь RS2. Пакет затем инкапсулируется в оболочку, содержащую "CID C" 36, соответствующую предшествующему местоположению пакета по выбранному маршруту, здесь RS1.
Полностью инкапсулированный пакет данных затем может быть отправлен станции, представленной посредством CID самой внешней оболочки 36, здесь RS1 (этап S31). Однократно в RS1 от пакета отделяется самая внешняя оболочка 36 (этап S32). Пакет затем может быть отправлен станции, представленной посредством CID новой самой внешней оболочки 37, здесь RS2 (этап S33). Однократно в RS2 от пакета опять отделяется самая внешняя оболочка 37 (этап S34). Пакет затем может быть отправлен станции, представленной посредством CID новой самой внешней оболочки 38, здесь MS (этап S35). Соответственно, инкапсуляция пакетов данных, как описано в данном документе, может маршрутизировать пакеты данных по желательному маршруту.
По восходящей линии связи MS может похожим образом инкапсулировать пакеты, которые должны быть отправлены в BS по желательному маршруту восходящей линии связи. Этот маршрут может быть передан в MS из BS, например, посредством отправки управляющих данных из BS в MS. Последующие пакеты данных могут передаваться похожим образом; однако желательный маршрут может изменяться согласно изменениям в условиях этого фактора при выборе маршрута и изменения местоположения MS.
Соответственно, когда направление маршрутизации для конкретной MS изменяется, желательный маршрут может измениться быстро и легко посредством инкапсуляции. Более того, так как пакеты маршрутизируются скорее посредством инкапсуляции, чем древовидной структуры, местоположение RS не нужно фиксировать. Таким образом, дополнительные служебные данные, задействованные с передачей инкапсулированных пакетов, предоставляют возможность быстро перенаправить пакеты по желательному маршруту. Таким образом, этот подход особенно подходит для передачи и подтверждения приема управляющих сообщений и других критических по времени приложений.
Может быть необязательно иметь отдельную инкапсуляцию для каждого сегмента выбранного маршрута. Например, некоторые ретрансляционные станции могут быть сконфигурированы, чтобы выполнять традиционное повторение без прослушивания отдельной CID и без отделения оболочки своей собственной CID с пакета. Пакету, маршрутизированному через такую ретрансляционную станцию, не нужно включать в себя инкапсуляцию с CID для этой ретрансляционной станции. Таким образом, базовая станция может использовать любую комбинацию традиционно сконфигурированных ретрансляционных станций и ретрансляционных станций, выполненных с возможностью функционировать, как описано выше, когда они маршрутизируют пакеты по желательному маршруту. Более того, базовая станция может инструктировать ретрансляционной станции функционировать особым образом, чтобы удовлетворить потребностям системы в тот момент. Таким образом, одна ретрансляционная станция может переключаться между традиционным режимом и режимом отделения CID, который описан в данном документе.
Дополнительно, на любом уровне, оболочка с CID может включать в себя более чем одну субоболочку, каждая со своей собственной CID. Аналогично, оболочка с CID может включать в себя более чем один пакет данных, каждый со своей собственной CID. Соответственно, множественные оболочки и/или пакеты данных могут перемещаться вместе до тех пор, пока их соответствующие маршруты сходятся в одной точке. В станции, где их соответствующие маршруты расходятся, RS может отделить самую внешнюю оболочку своей CID, чтобы раскрыть либо две отдельных оболочки, либо два отдельных пакета данных. В этот момент, каждая отдельная оболочка и/или пакеты данных могут продолжать движение по своему собственному маршруту.
Фиг.4 - это схема, показывающая инкапсуляцию множества пакетов согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения. В примере на фиг.4 существуют два пакета данных, первый пакет 49 данных и второй пакет 48 данных, предназначенные для первой мобильной станции (MS1) и второй мобильной станции (MS2), соответственно. Выбранные маршруты для двух пакетов данных проходят через RS1 и RS2, таким образом оба маршрута частично перекрываются.
В этом примере два маршрута совпадают до конечного сегмента, однако расхождение может произойти в любой точке маршрута в зависимости от текущих потребностей системы. Из-за совместно используемых служебных данных, взаимно инкапсулирующих множество пакетов, базовая станция может быть склонна выполнять взаимную инкапсуляцию всюду, где возможно. Более того, не существует ограничения того, сколько пакетов данных и/или субоболочек может быть взаимно инкапсулировано.
Таблица 40 маршрутизации на фиг.4 показывает различные станции по определенным маршрутам и CID. Первый пакет 49 данных содержит "CID Z", а второй пакет 48 данных содержит "CID Y", соответствующие MS1 и MS2, соответственно.
Здесь, первый и второй пакеты 49 и 48 данных могут быть взаимно инкапсулированы в одну оболочку 47, содержащую "CID X", соответствующую RS2. Оболочка 47 инкапсулируется в оболочку 46, содержащую "CID W", соответствующую RS1.
Таким образом, взаимно инкапсулированные пакеты данных затем могут быть отправлены станции, представленной посредством CID самой внешней оболочки 46, здесь RS1 (этап S41). Однократно в RS1 от пакетов отделяется самая внешняя оболочка 46 (этап S42). Пакеты затем могут быть отправлены станции, представленной посредством CID новой самой внешней оболочки 47, здесь RS2 (этап S43). Однократно в RS2 от пакетов опять отделяется самая внешняя оболочка 47 (этап S44). Теперь разделенные пакеты 49 и 48 отправляются своим соответствующим мобильным станциям MS1 и MS2 (этап S45).
Также возможно иметь вложенный пакет, который должен быть отправлен более чем одному получателю. Это может быть выполнено посредством объединения нескольких CID в один пакет и/или оболочку. Это может быть полезно в таких целях, как совместные ретрансляции, посредством чего множественные ретрансляционные станции получают одинаковые данные и ретранслируют одинаковые данные скоординированным образом, например посредством одновременной передачи через наложение и/или через пространственно-временные коды.
Фиг.5 - это пример вложенного пакета, направленного множеству получателей, согласно примерному варианту осуществления настоящего изобретения. Здесь, пакет 51 данных, имеющий "CID C", инкапсулирован в оболочке 52, имеющей две CID, CID "A" и "B". Такая оболочка может быть принята двумя станциями.
Здесь, каждая базовая станция, ретрансляционная станция и мобильная станция может быть воплощена как компьютерная система. Базовая станция может включать в себя компьютерную систему, исполняющую программное обеспечение для выполнения функций, которые описаны в данном документе относительно сети связи, такой как сеть мобильной связи и/или Интернет. Базовая станция может также включать в себя передающую мачту с одной или более антеннами. Каждая ретрансляционная станция может включать в себя компьютерную систему, исполняющую программное обеспечение для выполнения функций, которые описаны в данном документе, так же, как одну или более антенн. Каждая ретрансляционная станция может быть стационарной и/или мобильной. Мобильный терминал может быть телефоном, интеллектуальным телефоном, PDA, портативным компьютером или т.п. и может быть оборудован беспроводным адаптером для связи с беспроводной сетью.
Сеть, соответствующая стандартам IEEE 802.16, была предложена в примерных целях. Следует понимать, что любая мобильная сеть, включающая в себя базовые станции, ретрансляционные станции и мобильные терминалы, может использовать способ и системы, которые описаны в данном документе.
Вышеприведенные конкретные примерные варианты осуществления являются пояснительными, и многие изменения могут быть введены в эти варианты осуществления без отступления от духа раскрытия или рамок прилагаемой формулы изобретения. Например, элементы и/или признаки разных примерных вариантов осуществления могут быть объединены друг с другом и/или заменены друг другом в рамках этого раскрытия и прилагаемой формулы изобретения.