PL179099B1

PL179099B1 - Sposób zarzadzania czestotliwoscia i jej uzyskiwania w bezprzewodowej sieci lokalnej PL PL PL PL

Info

Publication number: PL179099B1
Application number: PL95316670A
Authority: PL
Inventors: Arthur E Fleek; Richard O Lamaire
Original assignee: Ibm
Priority date: 1994-09-26
Filing date: 1995-09-08
Publication date: 2000-07-31
Also published as: CA2153443C; HUT75484A; JPH08111655A; ES2183885T3; US5533025A; DE69528822D1; CA2153443A1; HU217719B; EP0745297B1; ATE227915T1; EP0745297A1; JP2804461B2; PL316670A1; KR960012762A; KR0148464B1; WO1996010306A1; DE69528822T2

Abstract

1 . Sposób zarzadzania cze sto tliw o scia i je j u zyskiw ania w bez- przew odow ej sieci lo k a ln e j, w ykorzystuja ce j lacznosc radiow a ze skokam i czestotliw osci i m ajacej w ie le stacji zdalnych oraz stacje prowadzaca, w k tó ry m k o ord yn u je sie lacznosc pom iedzy stacjam i zd aln ym i i stacja prow a d zaca z n a m ie n n y ty m , ze w y k ry w a sie sygnal nosny na pierw szej cze sto tliw o sci przez kazda stacje zdal- na (20) i nastepnie, je z e li nie w y k ry w a sie sygnalu nosnego na pierw szej czestotliw osci, przesyla sie ko m un ika t zadania na p ie rw - szej czestotliw osci do stacji prow adzacej (10), przy czym przy pom ocy kom unikatu w skazuje sie zadanie naw iazania lacznosci ze stacja prow adzaca (10), a je z e li sygnal nosny na pierw szej czesto- tliw o s c i w y k ry w a sie, przesyla sie k o m u n ika t zadania po opóznie- niu, które okresla sie p rzy u zyciu p ro to k o lu w y k ry w a n ia sygnalu nosnego, a nastepnie, po odebraniu o dp o w ie d zi na kom unikat zadania, prow adzi sie przez kazda stacje zdalna (20) na pierw szej czestotliw osci nasluch sygnalu n ag ló w ka c y k lu skoku (480, 490) i po odebraniu sygnalu n ag ló w ka c y k lu skoku (480, 490), przeska- kuje sie na druga czestotliw osc w skazana w sygnale n aglów ka c y k lu skoku (480, 490) w czasie w skazanym w sygnale nag ló w ka c y k lu skoku (4 8 0 , 490) oraz je z e li o dp o w ie d zi n ie odbiera sie, przeskakuje sie na trzecia czestotliw osc przez kazda stacje zdalna (20) i pow ta- rza sie ten proces, przy c zym zastepuje sie pierw sza czestotliw osc przez trzecia czestotliw osc FIG. 1 PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób zarządzania częstotliwością i jej uzyskiwania w bezprzewodowej sieci lokalnej działającej na częstotliwościach radiowych, zwłaszcza uzyskiwania i bezbłędnego utrzymywania synchronizacji w systemie łączności ze skokami częstotliwości, który jest narażony na błędy transmisji radiowej.

Skoki częstotliwości są techniką łączności radiowej, w której dane przesyła się przy użyciu sekwencji częstotliwości nośnych, które zmieniają się w różnych chwilach, czyli skaczą, względem częstotliwości środkowej w zakresie dostępnego widma. Największe znaczenie dla wynalazku ma technika wolnych skoków częstotliwości, w której szybkość skoku jest znacznie mniejsza od szybkości przesyłania symboli danych, tak więc wiele sygnałów przesyła się na tej samej częstotliwości nośnej podczas każdego skoku, utrzymując wąskopasmowe warunki transmisji w obrębie każdego skoku.

W pojedynczej lub wielokomórkowej, bezprzewodowej sieci komunikacyjnej każda komórka ma jedną stację prowadzącą, która koordynuje łączność pomiędzy stacjami zdalnymi znajdującymi się w obrębie tej komórki. W szczególności stacja prowadząca dostarcza, jawnie albo niejawnie, informacje sterujące i czasowe, wymagane przez stacje zdalne do pozostawania w synchronizacji skoków częstotliwości ze stacją prowadzącą. W pojedynczej komórce takiej bezprzewodowej sieci komunikacyjnej, wiele stacji zdalnych musi mieć dostęp do dzielonego kanału radiowego. W wielu bezprzewodowych sieciach lokalnych LAN stosuje się protokół CSMA metody wielodostępu do łącza sieci z badaniem stanu kanału (carrier sense multiple access) częściowo z powodu małych opóźnień dostępu przy małych obciążeniach ruchu. Żaden ze znanych systemów z synchronizacją w skokach częstotliwości, stosujących protokół CSMA, nie zajmuje się problemem szybkiego uzyskiwania częstotliwości w środowisku narażonym na błędy transmisji radiowej, na przykład z powodu interferencji albo zanikania sygnału.

Znane są techniki synchronizacji w systemach ze skokami częstotliwości, przedstawione na przykład w opisie patentowym USA nr 5 287 384, dotyczącym systemu łączności ze skokami częstotliwości w widmie danych, w którym stosuje się protokół MAC sterowania dostępem do nośnika (medium access channel) ze szczelinami czasowymi i zapewnia się tryby działania małej mocy. Aby uzyskać wstępną synchronizację częstotliwości, stacje zdalne prowadzą nasłuch ramki znacznika czasowego, generowanej okresowo przez stację bazową.

Znany jest z opisu patentowego USA nr 5 130 987 sposób synchronizacji w sieciach rozległych bez synchronizacji globalnej, wraz z systemem łączności pakietowej ze skokami częstotliwości, w którym nie stosuje się głównego zegara ani głównego zespołu sterującego, a zamiast tego wykorzystuje się odmierzanie czasu i identyfikację skoków częstotliwości w odbiorniku w celu sterowania łącznością. Według tego schematu, każda stacja odbiorcza zakłada tabele przesunięć sekwencji skoków częstotliwości w odbiorniku dla każdej innej stacji w obrębie zakresu łączności i każda stacja zgłasza obecność na każdej częstotliwości w pakiecie ze wskaźnikiem przesunięcia czasowego skoku.

Znany jest z opisu patentowego USA nr 4 872 182 system zarządzania częstotliwością do zastosowania w systemie łączności wielkiej częstotliwości z wieloma stacjami, ze skokami częstotliwości. Każda stacja żądająca połączenia z inną stacją w sieci przesyła wielokrotnie, kolejno na każdej z częstotliwości komunikacyjnych, komunikat sondujący złożony z trzech następujących po sobie symboli. Każda stacja, która jest w trybie jałowym, kontroluje poziom aktywności każdej z częstotliwości komunikacyjnych, przebywając kolejno na każdej z częstotliwości przez okres czasu wymagany przez stację przesyłającą komunikaty do przejścia przez wszystkie częstotliwości w sieci.

Znany jest z opisu patentowego USA nr 4 850 036 system łączności radiowej, wykorzystujący synchroniczne transmisje ze skokami częstotliwości, przeprowadzający synchronizację skoków częstotliwości, w którym specjalna sekwencja początkowa ze specjalną częstotliwością sterującą jest stosowana przez stację główną do przesyłania sekwencji skoków częstotliwości, która zostanie użyta.

Znana jest z opisu patentowego USA nr 4 677 617 szybka synchronizacja czasowa skoków częstotliwości w celu synchronizacji działania urządzeń komunikacyjnych ze skokami częstotliwości. W sposobie tym specjalna stacja sterująca, czyli urządzenie sieciowe, przesyła

179 099 sekwencje komunikatów synchronizacji z szybkością przesyłania skoków, która jest znacznie większa od szybkości odbierania skoków, tak że wszystkie możliwe częstotliwości odbiorcze i kody synchronizacji są obejmowane przez sekwencję transmisyjną. Podczas fazy uzyskiwania, zwanej w opisie stanem jałowym, stacja zdalna przeprowadza skoki w całym osobnym zbiorze częstotliwości odbiorczych przez czas przebywania wyznaczony przez szybkość skoków. W ten sposób te dwie stacje mogą uzyskać szybką synchronizację.

Znany jest z opisu patentowego USA nr 4 558 453 sposób synchronizacji, w systemie łączności ze skokami częstotliwości, dwóch urządzeń radiowych ze skokami częstotliwości. W sposobie tym nadajnik automatycznie inicjalizuje transmisję ustalonej z góry liczby cykli sygnału synchronizacji na każdej z pewnej liczby różnych częstotliwości. Odbiornik dostraja się do tych samych częstotliwości z mniejszą szybkością, tak że sygnał synchronizacji odbiera się na każdej z częstotliwości odbiorczych.

Znana jest ze zgłoszenia patentowego USA nr 8-142555 łączność radiowa z synchronizacją skoków częstotliwości, tolerująca błędy, określająca sposób uzyskiwania i utrzymywania synchronizacji skoków częstotliwości przy obecności błędów transmisji radiowej. Aby uzyskać wstępną synchronizację częstotliwości, stacja zdalna prowadzi nasłuch danych sterujących, nadawanych przez stację bazową.

Sposób według wynalazku polega na tym, że wykrywa się sygnał nośny na pierwszej częstotliwości przez każdą stację zdalną i następnie, jeżeli nie wykrywa się sygnału nośnego na pierwszej częstotliwości, przesyła się komunikat żądania na pierwszej częstotliwości do stacji prowadzącej. Przy pomocy komunikatu wskazuje się żądanie nawiązania łączności ze stacją prowadzącą, a jeżeli sygnał nośny na pierwszej częstotliwości wykrywa się, przesyła się komunikat żądania po opóźnieniu, które określa się przy użyciu protokołu wykrywania sygnału nośnego. Następnie, po odebraniu odpowiedzi na komunikat żądania, prowadzi się przez każdą stację zdalną na pierwszej częstotliwości nasłuch sygnału nagłówka cyklu skoku i po odebraniu sygnału nagłówka cyklu skoku, przeskakuje się na drugą częstotliwość wskazaną w sygnale nagłówka cyklu skoku w czasie wskazanym w sygnale nagłówka cyklu skoku. Jeżeli odpowiedzi nie odbiera się, przeskakuje się na trzecią częstotliwość przez każdą stację zdalną i powtarza się ten proces, przy czym zastępuje się pierwszą częstotliwość przez trzecią częstotliwość.

Sposób według drugiego przykładu wykonania wynalazku polega na tym, że wyłącza się inicjowanie transmisji pakietu przez każdą ze stacji zdalnych i stację prowadzącą po wybranym minimalnym czasie następującym po rozpoczęciu cyklu skoku. Jako cykl skoku stosuje się okres czasu, podczas którego stację prowadzącą lub zdalną pozostawia na danej częstotliwości dla transmisji lub odbioru. Następnie, jeżeli nie wykrywa się bieżącej częstotliwości nośnej przez stację prowadzącą po wybranym minimalnym czasie następującym po rozpoczęciu cyklu skoku, nadaje się sygnał nagłówka cyklu skoku ze stacji prowadzącej, wskazujący, kiedy stacje zdalne i stacja prowadząca mają przeskoczyć na drugą częstotliwość wskazaną w sygnale nagłówka cyklu skoku. Jeżeli wykrywa się nadal częstotliwość nośną przez stację prowadzącą po wybranym minimalnym czasie następującym po rozpoczęciu cyklu skoku, nadaje się sygnał nagłówka cyklu skoku, gdy nie wykrywa się już bieżącej częstotliwości nośnej. Jeżeli wykrywa się nadal bieżącą częstotliwość nośną przez stację prowadzącą po maksymalnym czasie następującym po rozpoczęciu cyklu skoku, nadaje się sygnał nagłówka cyklu skoku, przy czym stosuje się maksymalny czas jako wybrany czas minimalny plus maksymalny czas transmisji pakietu. Następnie przeskakuje się przez każdą ze stacji zdalnych na drugą częstotliwość w odpowiedzi na sygnał nagłówka cyklu skoku.

Korzystnym jest, że wyłącza się inicjację transmisji pakietu przez każdą ze stacji zdalnych po czasie T_MIN(I) następującym po rozpoczęciu cyklu skoku i ustawia się na nowo T_MIN(I) na wybrany minimalny czas przez każdą ze stacji zdalnych odbierających sygnał nagłówka cyklu skoku. Jeżeli nie odbiera się sygnału nagłówka cyklu skoku przez każdą stację zdalną, po maksymalnym czasie odbioru, następującym po rozpoczęciu cyklu skoku, przy czym stosuje się maksymalny czas odbioru jako maksymalny czas plus czas transmisji nagłówka, przeskakuje się przez każdą ze stacji zdalnych na trzecią częstotliwość wskazaną

179 099 przez poprzedni sygnał nagłówka cyklu skoku. Dla każdej ze stacji zdalnych zmniejsza się T_MIN(I) o maksymalny czas transmisji pakietu.

Zaletą wynalazku jest zapewnienie systemu łączności ze skokami częstotliwości, stosującego protokół CSMA i zapewniającego sposoby uzyskiwania szybkiego przydziału częstotliwości oraz utrzymywania synchronizacji skoków częstotliwości w środowisku podlegającym błędom transmisji radiowej. Dzięki wynalazkowi zapewnia się sposoby i konstrukcje do szybkiego inicjalizowania i bezbłędnego kontynuowania przekazu radiowego wśród grupy stacji. Wynalazek można zastosować w systemach wolnych skoków częstotliwości, w których wykorzystuje się protokół CSMA. Wynalazek umożliwia uzyskanie przez stacje zdalne szybkiego przydziału częstotliwości za pomocą stacji prowadzącej i utrzymywanie synchronizacji częstotliwości w obliczu utraty danych sterujących, wynikającej z efektów transmisji radiowej, na przykład interferencji, szumu albo wielościeżkowego zaniku sygnału. Wynalazek zapewnia zwiększenie łącznej przepustowości przez dopuszczenie zmiennych długości cyklu skoku, w których umożliwia się dużą liczbę transmisji pakietowych. W sieci bezprzewodowej wykorzystującej łączność radiową ze skokami częstotliwości oraz protokół CSMA, wynalazek zapewnia sposób i urządzenie umożliwiające uzyskanie synchronizacji skoków częstotliwości ze stacją bazową, z którą nie była ona uprzednio zsynchronizowana.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia strukturę sieci radiowej według wynalazku, fig. 2 - schemat blokowy stacji radiowej, fig. 3 - sieć działań ilustrującą działanie przykładowego protokołu CSMA/CA, fig. 4 - wykres czasowy typowego cyklu skoku, fig. 5 - sieć działań ilustrującą działanie stacji prowadzącej, fig. 6 i 7 - dwa odmienne formaty nagłówka cyklu skoku, fig. 8 - sieć działań ilustrującą mechanizm uzyskiwania przez stację zdalną dostępu do częstotliwości, fig. 9 - sieć działań wykorzystywaną do objaśnienia sposobu pracy stacji zdalnej w środowisku bez zakłóceń i fig. 10 - sieć działań ilustrującą mechanizm utrzymywania przez stację synchronizacji częstotliwości nawet przy utracie nagłówków cyklu skoku.

Figura 1 przedstawia strukturę sieci radiowej, w której grupa złożona z jednej lub więcej stacji zdalnych 20 utrzymuje łączność między sobą nawzajem i ze stacją prowadzącą 10. Stacja prowadząca 10 koordynuje łączność między stacjami zdalnymi 20 oraz łączność tych stacji z nią przez rozsyłanie informacji sterujących i taktujących, potrzebnych stacjom zdalnym 20 do synchronizacji częstotliwości ze stacją prowadzącą 10, a zatem i nawzajem ze sobą. Ogólną strukturę z fig. 1 można opisać na podstawie jednej komórki struktury sieci typu komórkowego, w której wiele punktów dostępu, czyli stacji bazowych, jest dołączonych do szkieletowej sieci przewodowej i zapewnia dostęp do stacji zdalnych 20 podczas ich przemieszczania się przez różne obszary wewnątrz zasięgu każdego z punktów dostępu. W tym przypadku stacja prowadząca 10 wykonuje opisane powyżej funkcje sterujące skokiem częstotliwości i funkcje mostkowania lub trasowania do szkieletowej sieci przewodowej. W innym układzie sytuacyjnym, również ujętym na fig. 1, wydzielona grupa stacji zdalnych 20 może nawiązywać łączność w trybie doraźnym przez obranie jednej stacji jako stacji prowadzącej 10, która koordynuje schematy skoków częstotliwości dla tej grupy.

Figura 2 przedstawia schemat blokowy systemu, pokazujący strukturę stacji zarówno prowadzącej, jak i stacji zdalnych. Do komputera nadrzędnego 60 jest dołączony przez interfejs magistrali 70 adapter radiokomunikacyjny 80. Adapter radiokomunikacyjny 80 składa się z radiowego urządzenia nadawczo-odbiorczego 100 z możliwością wykrywania nośnej i układu sterowania 90, który steruje radiowym urządzeniem nadawczo-odbiorczym 100 przez magistralę sprzęgającą 130. Układ sterowania 90 składa się z mikrostero wnika i regulatorów czasowych 110 wraz z pamięcią 140 programu i danych. Poza tym układ sterowania 90 zawiera interfejs 120, który pośredniczy między układem sterowania 90 i komputerem nadrzędnym 60 przy wykorzystaniu interfejsu magistrali 70. Części składowe 110, 120, 130 i 140 układu sterowania 90 są połączone wzajemnie przez magistralę wewnętrzną 125.

Wszystkie mechanizmy opisywane w następnych sieciach działań z fig. 3, 5 i 8-10 są realizowane w oprogramowaniu współpracującym z mikrosterownikiem 110 i przechowywanym w pamięci 140 danych i programu. Mechanizmy tych sieci działań są zrealizowane

179 099 także bezpośrednio w wyspecjalizowanych układach, to znaczy w postaci układu scalonego do określonych zastosowań.

Większość lokalnych sieci komputerowych LAN pracujących na częstotliwościach radiowych, pracuje w pasmach częstotliwości, w których jest wymagana praca w szerokim zakresie. W korzystnym przykładzie wykonania uwzględnia się specjalne rozwiązanie szerokopasmowe zastosowania powolnego przeskakiwania częstotliwości. Poza tym korzystnie wybiera się protokół MAC - sterowania dostępem do nośnika typu CSMA - metody wielodostępu do łącza sieci z badaniem stanu kanału. W szczególności stosuje się pewną wersję CSMA, która zapewnia unikanie kolizji CA. Termin CSMA/CA określa taki protokół.

Zostanie opisany w skrócie konkretny przykład protokołu CSMA/CA, który został użyty w korzystnym przykładzie wykonania wynalazku. Elementem kluczowym w tym przypadku jest cecha charakterystyczna protokołu, polegająca na wykrywaniu wyłącznie nośnej.

Figura 3 przedstawia sieć działań dla protokołu CSMA/CA. Zakłada się tutaj, że nadajnik i odbiornik wykorzystują tę samą częstotliwość i że przed rozpoczęciem operacji z fig. 3, w kolejce do transmisji stacji oczekuje przynajmniej jeden pakiet. Kolejka do transmisji jest zwykle zrealizowana w pamięci 140 programu i danych adaptera radiokomunikacyjnego 80. Na wstępie parametr K protokołu, wykorzystywany na fig. 3, przyjmuje się za ustawiony na wybraną wartość K_INIT. Typowa wartość K_INIT wynosi 4 lub 8. Parametr K oddziałuje na długość przypadkowego opóźnienia, stosowanego w wyjściowej części protokołu. Gdy stacja, to znaczy albo stacja prowadząca albo stacja zdalna, ma pakiet, który jest gotowy do transmisji, sprawdza kanał radiowy w celu stwierdzenia w kroku 220 lub 230, czy wykryto nośną. Jeżeli nośną wykryto, to stacja zdalna czeka aż do zwolnienia kanału radiowego i oczekuje w kroku 240 przez przypadkowy czas wyjścia i rozpoczyna całą procedurę sprawdzenia i nadawania od nowa. Znanych jest wiele procedur określenia tego niezbędnego, przypadkowego czasu. W przykładzie wykorzystuje się mechanizm obciętego, dwójkowego okresu wykładniczego. Inaczej mówiąc, czas odtwarzania dobrano jako przypadkową liczbę całkowitą R reprezentującą jednostki czasu w zakresie 0 < R < 2^K-1 w kroku 250.

Jeżeli w kroku 220 nie wykryto nośnej, to pakiet gotowy do transmisji na czele kolejki jest nadawany w kroku 270. Może to być przypadek pierwszej transmisji pakietu lub też retransmisja pakietu. Po transmisji pakietu w kroku 270 przez stację do stacji, stacja oczekuje w kroku 280 na komunikat potwierdzający i nadanie zwrotne przez stację przeznaczenia oryginalnego pakietu danych. Jeżeli po upływie wybranego czasu oczekiwania na potwierdzenie, taki komunikat potwierdzający nie zostanie odebrany w kroku 290, to następuje przyrost parametru K w kroku 330, jeżeli w kroku 310 K jest mniejsze od maksymalnej wartości dopuszczalnej K, oznaczonej etykietą K_MAX. Typowa wartość K_MAX wynosi 10. Następnie, ponieważ nie odebrano komunikatu potwierdzającego, następuje powrót na górę sieci działań i cała procedura transmisji rozpoczyna się od początku, aby można było dokonać retransmisji przypuszczalnie zagubionego pakietu. Jeżeli w kroku 280 nastąpi odebranie komunikatu potwierdzającego, to znaczy przed upływem czasu oczekiwania na komunikat potwierdzający, to w kroku 300 poprawnie nadany pakiet jest usuwany z kolejki do transmisji. Następnie w kroku 340 wartość K zostaje zmniejszona, jeżeli w kroku 320 nie jest już równa minimalnej wartości KINIT. Na koniec w kroku 350 odbywa się oczekiwanie przez przypadkowy czas wyjścia, jak podany szczegółowo w kroku 240, tak że ta sama stacja nie będzie transmitować pakietów jeden po drugim i w ten sposób monopolizować kanału.

Figura 4 przedstawia wykres czasowy dla cyklu jednego skoku. Okres skoku to okres czasu, w którym stacja prowadząca lub zdalna pozostaje na danej częstotliwości w trybie nadawania bądź odbioru. Radiowe urządzenie nadawczo-odbiorcze stacji przeskakuje na następną częstotliwość niezwłocznie po zakończeniu cyklu skoku. Zakłada się dopuszczalność cykli skoku o zmiennej długości dla zwiększenia wypadkowej przepustowości systemu radiokomunikacyjnego. Oznacza to, że jeżeli stosuje się cykle skoku o stałej długości, to pakiet, którego nadawanie rozszerzyłoby się poza koniec cyklu skoku, należałoby nadawać powtórnie i tym samym stracić pewną ilość czasu na końcu cyklu skoku. W korzystnym przykładzie wykonania wynalazku, dopuszcza się cykle skoku o zmiennej długości przez zezwolenie stacji na rozpoczęcie transmisji natychmiast po upływie pewnego stałego czasu oznaczonego

179 099 etykietą i minimalny czas cyklu skoku. Na fig. 4 po upływie minimalnego czasu cyklu skoku 375 zabroniona jest inicjacja transmisji pakietu, jednak dopuszczalne jest zakończenie pakietów już zainicjowanych. Oznacza to, że po minimalnym czasie cyklu skoku wystąpi pewien okres czasu wydłużonego nadawania 380 o długości zawierającej się między 0 i ΤΜΑΧ jednostek czasu, w którym występuje przekroczenie transmisji pakietu, gdzie ΤΜΑΧ jest czasem, który zajmuje nadawanie najdłuższego pakietu dopuszczalnego w systemie radiokomunikacyjnym, to znaczy pakietu o maksymalnej długości. Na fig. 4 po przekroczeniu czasu nadawania pakietu, występuje czas nadawania nagłówka cyklu skoku 385. Ten nagłówek cyklu skoku daje informację, że stacje zdalne wymagają określenia częstotliwości, do której należy przejść po zakończeniu bieżącego cyklu skoku 390. Opcjonalnie protokół nadawania CSMA/CA może być zablokowany we wstępnym okresie cyklu skoku 395 dla umożliwienia nadawania dedykowanego, na przykład przez stację prowadzącą, jak na fig. 4.

Figura 5 przedstawia szczegółowo sieć działań dla stacji prowadzącej. Na początku cyklu skoku, w kroku 410 następuje uruchomienie bloku czasowego cyklu skoku. Stacji prowadzącej zezwala się w kroku 420 na inicjowanie nadawania pakietu z kolejki z użyciem CSMA/CA, aż do osiągnięcia w kroku 430 minimalnego czasu cyklu skoku. Po osiągnięciu minimalnego czasu cyklu skoku, stacja prowadząca w kroku 450 wykrywa obecność nośnej na aktualnej częstotliwości cyklu skoku. Sama stacja prowadząca nie mogłaby w tym czasie dokonywać zakończenia transmisji pakietu, gdyż otrzymałaby odpowiedź, że w kroku 450 występowała nośna. Gdy przestaje być wykrywana nośna lub osiągnięto maksymalny czas cyklu skoku, stacja prowadząca w kroku 460 przesyła nagłówek cyklu skoku i następnie w kroku 470 przeskakuje na następną częstotliwość, przed powrotem na górę sieci działań dla następnego cyklu skoku, przy czym następna częstotliwość jest znana stacji prowadzącej i jest przez nią narzucona. Maksymalny czas cyklu skoku określa się jako sumę wybranego minimalnego czasu cyklu skoku i ΤΜΑΧ, maksymalnego czasu transmisji pakietu. Po maksymalnym czasie cyklu skoku stacja prowadząca stwierdza, że sygnał nośnej musi być wywołany zakłóceniami i że stacja wykrywa go po upływie maksymalnego czasu cyklu skoku, kiedy nie mógł występować żaden pakiet ze stacji zdalnych przyporządkowanych danej stacji prowadzącej.

Informacja sterująca w nagłówku cyklu skoku przybiera jedną z kilku form. Opisane zostaną dwie klasy mechanizmów, w których stacja prowadząca wskazuje stacjom zdalnym, jaka będzie następna częstotliwość w bieżącej sekwencji skoków częstotliwości. Te dwa mechanizmy przedstawiono w dwóch różnych formatach dla nagłówka cyklu skoków w krokach 480 i 490, które przedstawiono na fig. 6 i 7.

Figury 6 i 7 przedstawiają takie samo pole informacyjne i standardowy typ formatu pakietu nagłówka cyklu skoku. Pakiet rozpoczyna się nagłówkiem komunikatu dla ułatwienia synchronizacji radiowej. Za nagłówkiem komunikatu jest włączony ogranicznik pola początkowego SFD dla wskazania początku pakietu. Dla nagłówka cyklu skoku używa się przesyłanego adresu przeznaczenia, po którym występuje adres źródłowy stacji prowadzącej. Za adresami jest wprowadzana długość pola informacyjnego, następuje nadanie pola informacyjnego i pakiet kończy się nadaniem ciągu kontrolnego ramki FCS. Zarówno na fig. 6, jak i fig. 7, stosuje się specjalny podadres nagłówka w celu wskazania, że te pakiety są.nagłówkami cyklu skoku, w odróżnieniu od zwykłego pakietu danych.

W pierwszym rozwiązaniu dla wskazania następnej częstotliwości, stacja prowadząca włącza w nagłówek 480 cyklu skoku następne P częstotliwości, gdzie P = 4 na fig. 6. Jest to sposób bardzo elastyczny, ponieważ schemat przeskakiwania częstotliwości poza horyzontem P częstotliwości nie jest określony. Zatem stacja prowadząca modyfikuje sekwencję, na przykład przez odrzucenie częstotliwości narażonej na zakłócenia, w sposób dynamiczny. W drugim rozwiązaniu, które przedstawiono w odniesieniu do nagłówka 490 cyklu skoku z fig. 7, wykorzystuje się stały schemat przeskakiwania z częstotliwości na częstotliwość. Schemat ten jest jednym z kilku uznanych za znane zarówno przez stację prowadzącą, jak i stacje zdalne. Tak więc, stacja prowadząca musi tylko wskazać używany schemat, to znaczy numer tego schematu częstotliwości i bieżący indeks w tym schemacie, to znaczy indeks wskazujący, do którego punktu schematu nastąpi skok częstotliwości nadajnika.

179 099

Korzystnie w pierwszym mechanizmie stacja zdalna uzyskuje wstępnie dostęp do sekwencji skoków częstotliwości i osiąga koordynację czasową ze stacją prowadzącą, a w drugim mechanizmie ma miejsce utrzymanie synchronizacji tej częstotliwości i synchronizacji czasowej przy utracie informacji sterującej w wyniku występowania zakłóceń lub szumów.

Zostanie opisany mechanizm szybkiego dostępu, który wykorzystuje urządzenie radiowe w trybie poszukiwania aktywnego w celu znalezienia częstotliwości aktualnie wykorzystywanej przez stację prowadzącą. Procedura znajduje zastosowanie przy włączeniu przez użytkownika stacji zdalnej lub po przeniesieniu się z zasięgu jednej stacji prowadzącej w zasięg innej, jak w przypadku struktury komórkowej ze stacjami prowadzącymi będącymi punktami dostępu.

Figura 8 przedstawia sieć działań opisującą mechanizm, za pomocą którego stacja zdalna osiąga dostęp częstotliwościowy przez stację prowadzącą, która działa zgodnie z siecią działań z fig. 5. Na fig. 8 stacja zdalna na początku, w kroku 510 wybiera pierwszą częstotliwość przypadkowo. Ta stacja zdalna następnie w kroku 540 próbuje wykryć nośną i w razie wykrycia nośnej, w kroku 530 oczekuje przez przypadkowy czas wyjścia. Szczegóły procedury kroku 530 podano uprzednio w odniesieniu do kroku 240 z fig. 3. W przypadku braku wykrycia nośnej w kroku 540, stacja zdalna w kroku 550 nadaje komunikat żądania dostępu do dowolnej stacji prowadzącej, która może znaleźć się w zasięgu. Komunikat żądania stanowi pakiet wskazujący stacji prowadzącej, że jakaś stacja zdalna szuka dostępu do jej schematu skoków częstotliwości i synchronizacji czasowej cyklu skoku w celu nawiązania łączności ze stacją prowadzącą. Stacja zdalna następnie czeka na odpowiedź z dowolnej stacji prowadzącej. Jeżeli w kroku 570 nastąpi otrzymanie odpowiedzi przed upływem czasu oczekiwania na odpowiedź, to następnie, w krokach 580 i 590 następuje przestrajanie odbiornika na pierwszą częstotliwość, to znaczy nasłuch i oczekiwanie na nagłówek. Jeżeli w kroku 570 nie nastąpi otrzymanie odpowiedzi przed upływem w kroku 560 czasu oczekiwania na odpowiedź, to następnie, w krokach 580 i 590 stacja zdalna przeskakuje na drugą, wybraną przypadkowo w kroku 520 częstotliwość i ponownie wyzwala procedurę wykrywania nośnej. Jeżeli w kroku 590 zostanie otrzymany nagłówek cyklu skoku przed upływem czasu oczekiwania na niego, to w kroku 600 częstotliwość stacji zdalnej skoczy na następną częstotliwość, wskazaną w odebranym nagłówku cyklu skoku według jednej z metod opisanych później w odniesieniu do fig. 9 i 10. Jeżeli w kroku 580 osiągnięto upływ czasu oczekiwania, to częstotliwość stacji zdalnej skoczy na drugą, wybraną przypadkowo w kroku 520 częstotliwość i wyzwoli procedurę wykrywania.

Poniżej zostanie podany opis utrzymania synchronizacji częstotliwości i synchronizacji czasowej. Realizuje się to w procesie dwuetapowym, w ramach którego w pierwszej kolejności zostanie opisane działanie systemu, zakładając, że nie nastąpiła utrata informacji sterującej, to znaczy, dla przypadku środowiska bez zakłóceń i szumów. W drugim etapie zostaną opisane nowe mechanizmy utrzymania synchronizacji częstotliwości i czasowej przy utracie informacj i steruj ącej.

Figura 9 przedstawia sytuację, w której nigdy nie zostają utracone nagłówki cyklu skoku i stacja zdalna kolejno wykonuje operacje w celu utrzymania synchronizmu częstotliwości i skoków ze stacją prowadzącą. Górna połowa fig. 9 jest taka sama jak górna połowa fig. 5, na której przedstawiono działanie stacji prowadzącej. Na fig. 9, na początku cyklu skoku, w kroku 710 jest uruchamiany blok czasowy cyklu skoku. Stacji zdalnej zezwala się na inicjowanie nadawania pakietów w kroku 720, aż do osiągnięcia minimalnego czasu cyklu skoku w kroku 730. Po osiągnięciu minimalnego czasu cyklu skoku, stacja zdalna oczekuje w kroku 740 na odebranie nagłówka cyklu skoku. Ponieważ zakładamy w tym prostym przykładzie, że środowisko jest bez zakłóceń i bez zaników, to stacja zdalna poprawnie odbierze i następnie w kroku 750 przeskoczy na następną częstotliwość, wskazaną w odebranym nagłówku.

W rzeczywistym środowisku radiowym skutki zakłóceń, szumu i wielodrogowości rozchodzenia się fal mogą uniemożliwić poprawny odbiór nagłówka cyklu skoku.

Figura 10 przedstawia mechanizm, który uwzględnia możliwość utraty nagłówka, gdzie I określa indeks stacji zdalnych, przy czym I wynosi od 1 do N. Fig. 10 przedstawia procedurę wykonywaną przez stację zdalną I, tak że w pamięci lokalna zmienna T_MIN(I)

179 099 może przechowywać inną wartość dla każdej stacji zdalnej. Mechanizm z fig. 10 zaczyna działanie bezpośrednio po zakończeniu działania mechanizmu akwizycyjnego z fig. 8. W kroku 810 na fig. 10 stacja zdalna I ustawia wstępnie zmienną lokalną T_MIN(I) na minimalny czas cyklu skoku, który został wprowadzony w opisie fig. 4 i 5. Jeżeli utrata nagłówka cyklu skoku nie następuje wcale, to T_MIN(I) będzie w dalszym ciągu równe minimalnemu czasowi cyklu skoku, umożliwiając skuteczną realizację procedury z fig. 9. W odniesieniu do fig. 10, na początku cyklu skoku, w kroku 820 jest uruchamiany blok czasowy cyklu skoku. Stacji zdalnej zezwala się na inicjowanie nadawania pakietu danych w kroku 830, aż do osiągnięcia w kroku 840 czasu T_MIN(I). Po osiągnięciu czasu T_MIN(I) stacja zdalna może zakończyć będące w trakcie realizacji nadawanie pakietu, lecz nie może inicjować nadawania nowego pakietu. Czasowa długość nadawania pakietu jest ograniczona przez maksymalny czas nadawania pakietu ΤΜΑΧ. Po zakończeniu trwającego ewentualnie nadawania pakietu, stacja prowadząca nadaje nagłówek cyklu skoku zgodnie z mechanizmem z fig. 5. Jeżeli stacja zdalna odbiera ten nagłówek cyklu skoku w kroku 850 z fig. 10, to przeskoczy na następną częstotliwość wskazaną w kroku 870 przez bieżący nagłówek cyklu skoku. Poza tym, w kroku 890 wartość T_MIN(I) zostaje ustawiona ponownie na minimalny czas cyklu skoku, ponieważ T_MIN(I) mogłoby okazać się mniejsze niż minimalny czas cyklu skoku w przypadku braku odbioru jednego lub więcej z poprzednich nagłówków cyklu skoku. Po krokach 870 i 890, stacje zdalne i stacja prowadząca są zsynchronizowane dokładnie częstotliwościowe i czasowo, tak że rozpoczyna się powtórzenie procedury w nowym cyklu skoku. Jeżeli w kroku 850 nagłówek cyklu skoku nie został odebrany, to stacja zdalna przechodzi do procedury w krokach 880, 900 i 910 dla utrzymania zgrubnej synchronizacji ze stacją prowadzącą. Maksymalny czas odbioru określa się jako sumę czasu nadawania nagłówka i minimalnego czasu cyklu skoku, który wprowadzono po raz pierwszy przy omawianiu fig. 5. Ponieważ maksymalny czas cyklu skoku zdefiniowano jako sumę ΤΜΑΧ i minimalnego czasu cyklu skoku, to maksymalny czas odbioru jest po prostu sumą wybranego minimalnego czasu cyklu skoku ΤΜΑΧ i czasu nadawania nagłówka. Jeżeli stacja zdalna nie odebrała nagłówka cyklu skoku w maksymalnym czasie odbioru, to stacja ta stwierdza, że utraciła nagłówek. Po stwierdzeniu w kroku 860, że utracony został nagłówek cyklu skoku, stacja zdalna w kroku 880 sprawdza, czy ma dostateczną ilość informacji do określenia, jaka wystąpi następna częstotliwość w schemacie skoków częstotliwościowych. W związku z fig. 6 i 7 omówiono dwie metody wskazywania przyszłej sekwencji skoków częstotliwościowych. Zakłada się przy tym, że wykorzystywana jest metoda z fig. 6 i że każdy nagłówek cyklu skoku zawiera listę następnych P częstotliwości, które zostaną użyte. Jeżeli utracono więcej niż P nagłówków cyklu skoku, to stacja zdalna nie wie, której częstotliwości użyć jako następnej i w wyniku tego zostanie uruchomiony mechanizm akwizycyjny w kroku 920. Jeżeli w kroku 880 jest utraconych mniej niż P nagłówków cyklu skoku, to stacja zdalna wykorzystuje informację otrzymaną w uprzednio odebranym nagłówku cyklu skoku do przeskoczenia w kroku 900 na następną częstotliwość. Ponieważ stacja zdalna nie wie dokładnie, kiedy zakończył się cykl skoku, ponieważ utraciła nagłówek cyklu skoku, to stacja zdalna zakłada, że cykl skoku miał długość równą maksymalnemu czasowi cyklu skoku zwiększonemu o czas nadawania nagłówka. Dla uwzględnienia tej niepewności czasowej, w kroku 910 dokonuje się zmniejszenia wartości T_MIN(I) o ΤΜΑΧ, to znaczy różnicę między maksymalnym czasem cyklu skoku i minimalnym czasem cyklu skoku. Takie działanie zapewnia, że stacja zdalna zatrzyma w czasie inicjowania nadawania pakietu, aż do usłyszenia następnego nagłówka cyklu skoku. Po kroku 910 stacja zdalna powtarza procedurę rozpoczynającą się krokiem 820. Należy zauważyć, że zakłada się, że (P - 1) χ ΤΜΑΧ jest mniejsze od minimalnego czasu cyklu skoku, tak że T_MIN(I) nie staje się ujemne. Można dodatkowo sprawdzić w kroku 880, czy T_MIN(I) w kroku 910 stanie się ujemne i następnie uruchomić mechanizm akwizycyjny, jeżeli T_MIN(I) mogłoby stać się ujemne.

179 099

FIG. 3

START NADAWANIA Λ . CSMA/CA J

230

TAK

NIE

TRANSMITUJ/RETRANSMITUJ PAKIET

CZY WYKRYTO

NOŚNA?

CZY WYKRYTO

NOŚNA?

i1

OCZEKUJ PRZEZ i PRZYPADKOWY [ | CZAS WYJŚCIA | i WYBIERZ CZASI

NIE J W RÓWNOMIERNYM|

ΓROZKŁADZIE<

i OD 0 DO 2^K-1I

CZEKAJ NA <250 ' CZAS PRZY! RADKOWY

I_____________

280

NIE

TAK <300

TRZYMANO

KOMUNIKAT

POTW.?

NIE

290

SIAGNIETO CZAS

OCZEKIW.NA

POTW.

310

TAK

USUS POPRAWNIE NADANY PAKIET

TAK

K < K MAa?

NIE

K>K INIT?

340

NIE

OCZEKUJPRZE2 PRZYPADKOWY CZAS WYJS-

350

^30

KONIEC NADAWANIA . CSMA/CA

179 099

FIG. 4

WYDŁUŻENIE

NADAWANIA

300

CZAS NADAWANIA NAGŁÓWKA CYKLU SKOKU

DŁUGOŚĆ STAŁA, MIN. CZAS CYKLU

ZABLOKOWANE

CSMA/CA

395

ODBLOKOWANE CSMA/CA

375

SKOKU

385

PRZYKŁADOWY CZAS

ZABLOKOWANE

INICJOWANIE

PAKIETU CSMA/CA

CYKL SKOKU O ZMIENNEJ DŁUGOŚCI

179 099

FIG. 5

179 099

FIG. 6

ADRES ROZGŁASZANIA

FIG. 7

ADRES ROZGŁASZANIA

490

179 099

FIG. 8

179 099

FIG. 9

179 099

FIG. 10

179 099

STACJA

ZDALNA 2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób zarządzania częstotliwością i jej uzyskiwania w bezprzewodowej sieci lokalnej, wykorzystującej łączność radiową ze skokami częstotliwości i mającej wiele stacji zdalnych oraz stację prowadzącą, w którym koordynuje się łączność pomiędzy stacjami zdalnymi i stacją prowadzącą, znamienny tym, że wykrywa się sygnał nośny na pierwszej częstotliwości przez każdą stację zdalną (20) i następnie, jeżeli nie wykrywa się sygnału nośnego na pierwszej częstotliwości, przesyła się komunikat żądania na pierwszej częstotliwości do stacji prowadzącej (10), przy czym przy pomocy komunikatu wskazuje się żądanie nawiązania łączności ze stacją prowadzącą (10), a jeżeli sygnał nośny na pierwszej częstotliwości wykrywa się, przesyła się komunikat żądania po opóźnieniu, które określa się przy użyciu protokołu wykrywania sygnału nośnego, a następnie, po odebraniu odpowiedzi na komunikat żądania, prowadzi się przez każdą stację zdalną (20) na pierwszej częstotliwości nasłuch sygnału nagłówka cyklu skoku (480, 490) i po odebraniu sygnału nagłówka cyklu skoku (480, 490), przeskakuje się na drugą częstotliwość wskazaną w sygnale nagłówka cyklu skoku (480, 490) w czasie wskazanym w sygnale nagłówka cyklu skoku (480, 490) oraz jeżeli odpowiedzi nie odbiera się, przeskakuje się na trzecią częstotliwość przez każdą stację zdalną (20) i powtarza się ten proces, przy czym zastępuje się pierwszą częstotliwość przez trzecią częstotliwość.
2. Sposób zarządzania częstotliwością i jej uzyskiwania w bezprzewodowej sieci lokalnej, wykorzystującej łączność radiową ze skokami częstotliwości i protokół CSMA i mającej wiele stacji zdalnych oraz stację prowadzącą, w którym koordynuje się łączność pomiędzy stacjami halnymi i stacją prowadzącą, znamienny tym, że wyłącza się inicjowanie transmisji pakietu przez każdą ze stacji zdalnych (20) i stację prowadzącą (10) po wybranym minimalnym czasie następującym po rozpoczęciu cyklu skoku, przy czym jako cykl skoku stosuje się okres czasu, podczas którego stację prowadzącą lub zdalną pozostawia na danej częstotliwości dla transmisji lub odbioru i następnie, jeżeli nie wykrywa się bieżącej częstotliwości nośnej przez stację prowadzącą (10) po wybranym minimalnym czasie następującym po rozpoczęciu cyklu skoku, nadaje się sygnał nagłówka cyklu skoku (480, 490) ze stacji prowadzącej (10), wskazujący, że kiedy stacje zdalne (20) i stacja prowadząca (10) mają przeskoczyć na drugą częstotliwość wskazaną w sygnale nagłówka cyklu skoku (480, 490), a jeżeli wykrywa się nadal częstotliwość nośną przez stację prowadzącą (10) po wybranym minimalnym czasie następującym po rozpoczęciu cyklu skoku, nadąje się sygnał nagłówka cyklu skoku (480,490), gdy nie wykrywa się już bieżącej częstotliwości nośnej oraz jeżeli wykrywa się nadal bieżącą częstotliwość nośną przez stację prowadzącą (10) po maksymalnym czasie następującym po rozpoczęciu cyklu skoku, nadąje się sygnał nagłówka cyklu skoku (480, 490), przy czym stosuje się maksymalny czas jako wybrany czas minimalny plus maksymalny czas transmisji pakietu, a następnie przeskakuje się przez każdą ze stacji zdalnych (20) na drugą częstotliwość w odpowiedzi na sygnał nagłówka cyklu skoku (480,490).
3. Sposób według zastrz. 2, znamienny tym, że wyłącza się inicjację transmisji pakietu przez każdą ze stacji zdalnych R(I) (20) po czasie T_MIN(I) następującym po rozpoczęciu cyklu skoku i ustawia się na nowo T_MIN(I) na wybrany minimalny czas przez każdą ze stacji zdalnych R(I) (20) odbierających sygnał nagłówka cyklu skoku (480, 490) oraz jeżeli nie odbiera sygnału nagłówka cyklu skoku (480, 490) przez każdą stację zdalną (20), po maksymalnym czasie odbioru, następującym po rozpoczęciu cyklu skoku, przy czym stosuje się maksymalny czas odbioru jako maksymalny czas plus czas transmisji nagłówka, przeskakuje się przez każdą ze stacji zdalnych (20) na trzecią częstotliwość wskazaną przez poprzedni sygnał nagłówka cyklu skoku (480, 490) i dla każdej ze stacji zdalnych R(I) zmniejsza się T_MIN(I) o maksymalny czas transmisji pakietu.

* * *

179 099