Способ передачи информации в беспроводной локальной сети

 

Изобретение относится к беспроводным локальным сетям (WLAN), состоящим из множества приемопередающих устройств (ППУ), способных устанавливать связь друг с другом типа "operating in a peer-to-peer". Включает определение качества связи между всеми ППУ сети и запоминание этих данных каждым из ППУ. На основе запомненных данных о качестве связи находящееся в режиме передачи ППУ осуществляет передачу информации какому-либо адресату сети по маршруту, обеспечивающему качество связи, превышающее или равное заданному пороговому значению. Запомненные данные о качестве связи периодически обновляют. Техническим результатом является улучшение качества и надежности связи пользователей WLAN, в том числе мобильных, и тем самым повышение скорости передачи информации. 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к беспроводным локальным коммуникационным сетям (WLAN), включающим множество пользователей, способных устанавливать связь друг с другом (operating in a peer-to-peer), a именно, к применяемым в таких сетях методам передачи различных видов информации.

В настоящее время такие беспроводные локальные сети получают все более широкое распространение в сфере информатики и видеографической связи для передачи и распределения данных и другой информации между множеством пользователей, сосредоточенных на некотором локальном участке, например, между находящимися в одном здании персональными компьютерами, laptop компьютерами, "электронными секретарями", принтерами и другими пользователями, без ограничения подвижности этих устройств. Передача информации с использованием WLAN позволяет уменьшить затраты на создание локальной сети, поскольку отпадает необходимость в прокладке соединительных проводов. Сеть подобного типа может также быть использована в случаях, когда трудно или невозможно проложить соединительные провода, а также в случаях, связанных с отсутствием розеток для локальных сетей из-за архитектурных ограничений. WLAN представляет идеальное решение для организации, в которой часто изменяется размещение пользователей. Существующие WLAN, как правило, построены, исходя из принципа равноправности всех пользователей сети, и радиосвязь в них обычно осуществляют в соответствии с известными международными стандартами, например такими, как стандарты: IEЕЕ 802.11, IEEE 802.11a, IEEE 802.11b и ISO 8802-11, HIPELAN типа 2.

В проводной локальной сети каждый пользователь физически подсоединяется к сети, и поэтому может иметь доступ ко всем потокам информации в сети. Отличительной особенностью WLAN является то обстоятельство, что качество связи, а следовательно, и скорость передачи информации между парой пользователей существенно зависит от множества факторов, и, кроме того, она не постоянна во времени. Например, указанные выше стандарты предусматривают, в зависимости от качества связи, четыре скорости передачи: 11, 5,5, 2 и 1 Мбит/c. Скорость передачи информации в соответствии с этими стандартами устанавливают поэтапно: вначале передачу осуществляют со скоростью 11 Мбит/с, а при плохом качестве связи скорость передачи последовательно уменьшают. Если качество связи между парой пользователей плохое, то обмен данными осуществляют только со скоростью от 1 до 2 Мбит/с. Такой последовательный перебор скоростей приводит к увеличению времени передачи информации от пользователя к пользователю.

Известны способы установления связи в беспроводной компьютерной сети между пользователями, у которых отсутствует возможность передачи информации непосредственно друг другу [1-6].

Так, в известном способе передачи сообщений в беспроводных компьютерных сетях [5] каждый из пользователей определяет одно или более "маршрутных деревьев" (labeled routing trees) кратчайшего пути связи с другими пользователями, затем каждый пользователь посылает другим пользователям сети построенные им "маршрутные деревья", которые их запоминают и формируют на их основе общее "маршрутное дерево" кратчайшего пути обмена информацией с другими пользователями сети.

Известный способ, обеспечивая передачу сообщений адресату по кратчайшему пути, не учитывает то обстоятельство, что на некоторых участках выбранного маршрута качество связи может быть недостаточно высоким, а следовательно, и скорость передачи информации пользователю окажется низкой.

Следует отметить, что в WLAN, построенных по принципу равноправности всех пользователей сети, при плохом качестве связи между какой-либо парой пользователей существует часто третий пользователь, имеющий хорошее качество связи с каждым из пары пользователей и способный обмениваться с ними информацией со скоростью 5,5 или даже 11 Мбит/с.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является способ радиосвязи в беспроводной локальной сети [7], включающий установление путем расчета качества связи пользователей друг с другом (the quality of user-to-user links) на основе информации о рельефе (terrain information) и о расположении (location) пользователей, запоминание полученных расчетных данных о качестве связи между всеми пользователями сети и передачу информации адресату из числа пользователей сети по маршруту, характеризующемуся хорошим расчетным качеством связи.

Известный способ выбора маршрута передачи информации адресату на основе использования расчетных данных о его текущем расположении (current location) не позволяет учесть реальных условий связи между пользователями (наличие подвижных препятствий в пределах зоны действия WLAN, радиопомех и т.д.).

Задачей заявляемого изобретения является создание такого способа передачи информации в беспроводной локальной сети, который позволил бы улучшить качество и надежность связи пользователей сети, в том числе мобильных, и тем самым повысить скорость передачи данных или другой информации адресату.

Заявляемое изобретение основывается на понимании того, что в беспроводной локальной сети, включающей множество приемопередающих устройств, каждое из которых имеет связь с другими приемопередающими устройствами, передача информации от одного из приемопередающих устройств выбранному приемопередающему устройству-адресату может быть оптимизирована путем посылки передаваемых данных по сегментам маршрута оптимального качества от одного приемопередающего устройства к другому. Оптимальные сегменты маршрута определяются на основе сравнения соответствующих данных в таблице качества связи. Каждое приемопередающее устройство может включать направленную антенну, которая ориентирована в таком направлении, чтобы оптимизировать передачу и прием каждого принимаемого пакета данных.

Поставленная задача решается тем, что в способе радиосвязи в беспроводной локальной сети, состоящей из множества приемопередающих устройств, способных осуществлять связь напрямую друг с другом, выполняют следующие операции: определяют качество связи между всеми приемопередающими устройствами WLAN, осуществляют запоминание каждым из приемопередающих устройств сети полученных данных о качестве связи между всеми парами приемопередающих устройств данной сети, передают находящимся в режиме передачи приемопередающим устройством WLAN информацию адресату из числа приемопередающих устройств данной сети по маршруту, обеспечивающему качество связи, превышающее или равное заданному пороговому значению.

В частном случае осуществления изобретения определение упомянутого качества связи между всеми приемопередающими устройствами WLAN может быть осуществлено путем передачи каждым приемопередающим устройством данной сети идентификационного сигнала, включающего данные о качестве связи с другими приемопередающими устройствами этой сети, и соответственно, приема каждым приемопередающим устройством сети идентификационного сигнала от других приемопередающих устройств этой сети.

Для повышения дальности связи прием идентификационного сигнала можно вести при ориентации антенного луча в направлении на приемопередающее устройство, находящееся в режиме передачи.

В качестве заданного порогового значения качества связи целесообразно принимать качество связи прямого соединения с упомянутым адресатом.

Качество связи можно определять, например, по уровню принимаемого сигнала или по отношению уровня принимаемого сигнала к уровню шума.

При передаче приемопередающими устройствами информации для адресата по выбранному маршруту передачу этой информации друг другу они могут вести со скоростью, определенной по запомненным данным о качестве связи между ними.

Запомненные данные о качестве связи могут быть приняты в качестве текущих значений для последующей передачи информации упомянутому адресату.

Так как условия радиосвязи между приемопередающими устройствами WLAN со временем могут измениться, целесообразно периодически повторять цикл определения качества связи и запоминания полученных данных о качестве связи. Эти циклы можно повторять через интервал времени от 0,1 до 100 с.

При повторении цикла определения и запоминания данных о качестве связи между приемопередающими устройствами WLAN данные о качестве связи, запомненные в предыдущем цикле, заменяют на данные о качестве связи, запомненные в текущем цикле. Оперативное отслеживание изменения обстановки в радиопространстве WLAN может осуществляться следующим образом. Данные о качестве связи, запомненные в предыдущем цикле определения качества связи, сравнивают с данными о качестве связи, запомненными в текущем цикле, и если изменение этих данных не превышает некоторое заданное значение, сохраняют интервал времени между упомянутыми циклами или увеличивают этот интервал времени. Если данные о качестве связи, запомненные в текущем цикле, изменились по сравнению с данными о качестве связи, запомненными в предыдущем цикле, на величину, превышающую упомянутое заданное значение, то в этом случае уменьшают интервал времени между циклами.

Таким образом, заявляемый способ позволяет существенно увеличить среднюю скорость передачи информации в WLAN, обеспечивая пользователям сети возможность обмениваться информацией напрямую или через посредников, в зависимости от качества связи по тому или иному маршруту.

Беспроводная локальная сеть, для которой предназначен заявляемый способ, включает в свой состав множество приемопередающих устройств, разнесенных в пространстве, причем каждое из приемопередающих устройств включает: первое средство для отдельной передачи идентификационного сигнала, содержащего данные о качестве связи по маршруту передачи между каждым приемопередающим устройством WLAN, второе средство для приема идентификационного сигнала от других приемопередающих устройств сети и для определения в реальном масштабе времени по данным качества связи лучшего маршрута из имеющихся маршрутов и третье средство, реагирующее на получение идентификационных сигналов от других приемопередающих устройств и предназначенное для запоминания и хранения данных, представляющих из себя данные о качестве связи между всеми парами приемопередающих устройств сети.

Каждое из упомянутых приемопередающих устройств обычно работает в режиме приема и включает в свой состав средство для переключения в режим передачи, реагирующее на указания пользователя.

Приемопередающие устройства, работающие в режиме передачи, включают в свой состав средство для осуществления передачи адресату по такому маршруту, который обеспечивает качество передачи, по меньшей мере равное пороговому значению качества связи.

Приемопередающее устройство-посредник отбирают таким образом, чтобы оно находилось на маршруте наивысшего качества связи между передающим приемопередающим устройством и адресатом, и упомянутый отбор осуществляют на основании запомненных данных, представляющих из себя данные о качестве связи между всеми парами приемопередающих устройств WLAN.

Маршрут передачи создают в реальном масштабе времени, используя последовательность приемопередающих устройств-посредников для ретрансляции информации адресату.

Каждое из приемопередающих устройств может включать в свой состав средство управления, предназначенное для окончания передачи идентификационного сигнала и реагирующее на получение передаваемых данных.

Каждое приемопередающее устройство сети может включать в свой состав антенну с управляемой диаграммой направленности и средства, предназначенные для ориентирования антенны в направлении, в котором осуществляется передача.

Средство для запоминания и хранения данных включает в свой состав таблицу качества связи и может также включать в свой состав средство для периодического обновления таблицы качества связи.

Период периодического обновления таблицы качества связи может представлять из себя функцию частоты изменений в качестве связи.

Каждое из приемопередающих устройств сети может включать в свой состав средства, предназначенные для сравнения данных о качестве связи при каждой последующей передаче идентификационного сигнала и для управления интервалом времени между предыдущей и последующей передачей идентификационного сигнала.

Каждое из приемопередающих устройств может включать в свой состав средства, предназначенные для приема и последующей ретрансляции пакетов данных, которые им не адресованы, причем каждое приемопередающее устройство также может иметь в своем составе средства, предназначенные для выбора сегмента маршрута с наилучшим качеством связи с приемопередающим устройством-посредником в сети для ретрансляции упомянутого пакета данных адресату.

Каждое из приемопередающих устройств также включает в свой состав средства, предназначенные для определения маршрута передачи с наивысшим качеством связи между ним и другими приемопередающими устройствами WLAN.

Беспроводная локальная сеть может включать множество приемопередающих устройств, разнесенных в пространстве, причем каждое из них может включать средства для ретрансляции пакета данных по маршруту передачи с наивысшим качеством связи, реагирующие на поступление пакета данных, предназначенного для другого приемопередающего устройства.

Приемопередающее устройство, предназначенное для использования в беспроводной локальной сети, функционирующей по заявляемому способу, включает в свой состав средство для определения через следующие один за другим определенные интервалы времени качества связи по маршрутам передачи данных между ним и каждым приемопередающим устройством сети и для запоминания данных этих данных о качестве связи.

Приемопередающее устройство может также включать средство для сравнения данных о качестве связи по маршрутам передачи информации по результатам измерений в предыдущий и текущий из упомянутых выше интервалов времени с целью возможности их изменения.

Каждое из приемопередающих устройств, обычно находящееся в режиме приема, может включать: средство, предназначенное для переключения из режима приема в режим передачи для передачи пакета данных и реагирующее на указания пользователя; средство, реагирующее на получение пакета данных, передаваемого другому приемопередающему устройству, и предназначенное для ретрансляции упомянутого пакета данных по маршруту с наивысшим качеством связи, а также средство для определения маршрута наивысшего качества связи на основании запомненных данных, представляющих из себя данные о качестве связи.

Приемопередающее устройство также может включать средство, реагирующее на получение пакета данных и предназначенное для окончания передачи упомянутых идентификационных сигналов.

Приемопередающее устройство может включать антенну с управляемой диаграммой направленности, а также средство, реагирующее на получение пакета данных и предназначенное для переориентации антенны в направлении, с которого был получен пакет данных.

Заявляемое изобретение поясняется графическими материалами, где: на фиг.1 схематически показан пример работы приемопередающих устройств в известных WLAN; на фиг.2 приведен пример осуществления радиосвязи в WLAN в соответствии с заявляемым изобретением; на фиг. 3 показан пример таблицы запоминаемых данных о качестве связи (где: С/Ш - отношение уровня принимаемого сигнала к уровню шума); на фиг. 4 схематически показана последовательность операций (блок-схема алгоритма), осуществляемых приемопередающим устройством WLAN при передаче информации в соответствии с заявляемым способом; на фиг.5 схематически изображено приемопередающее устройство, используемое для осуществления заявляемого способа.

Приемопередающее устройство 1 (фиг.5), которое используют для осуществления заявляемого способа передачи информации в WLAN, включает приемник 2, блок 3 памяти, контроллер 4, передатчик 5 и переключатель 6 приема-передачи, к которому подключена антенна 7. Беспроводная локальная сеть, в которой реализуют заявляемый способ (см. фиг.1), включает множество пользователей 8, 9, 10, . . . N, каждый из которых оснащен приемопередающим устройством 1. Пользователи 8, 9, 10, . ..N способны устанавливать связь напрямую друг с другом, но при этом качество связи между некоторыми пользователями может быть недостаточно хорошее. Например, из-за наличия каких-либо помех, которые упоминались выше, качество связи между пользователями 8 и 9 такое, что обмен информацией между ними может осуществляться только со скоростью 2 Мбит/с, а между пользователями 9 и 10 качество передачи информации такое, что передача информации между ними может вестись со скоростью не более 1 Мбит/с (фиг.1).

В соответствии с заявляемым способом передачи информации в WLAN определяют качество связи между всеми пользователями 8, 9, 10,...N. Определение качества связи может быть выполнено, например, следующим образом. Каждое из приемопередающих устройств 1 пользователей 8, 9, 10,...N передает идентификационный сигнал, включающий данные о качестве связи с другими приемопередающими устройствами WLAN, и принимает от этих устройств такие же идентификационные сигналы. Прием идентификационных сигналов можно осуществлять при ориентации антенного луча на приемопередающее устройство, находящееся в режиме передачи для увеличения дальности приема. Данные о качестве связи каждое приемопередающее устройство 1 пользователей 8, 9, 10,...N извлекает из принятых идентификационных сигналов и запоминает их в качестве текущих значений для последующей передачи информации конкретному адресату сети. Запоминание качества связи каждым приемопередающим устройством 1 пользователей 8, 9, 10,...N может быть осуществлено, например, в виде таблицы качества связи (The Link Quality Table), представляющей собой двумерный массив, содержащий информацию о качестве связи между всеми парами приемопередающих устройств 1 пользователей 8, 9, 10,...N (фиг.3). Качество связи может быть определено, например, по уровню принимаемого сигнала или по отношению уровня принимаемого сигнала к уровню шума. Таблица качества связи может периодически обновляться для поддержания достоверности содержащейся в ней информации. Обновление данных таблицы осуществляется путем периодического повторения каждым приемопередающим устройством 1 пользователей 8, 9, 10,...N WLAN цикла передачи идентификационного сигнала всем другим приемопередающим устройствам сети, приема от них соответствующих идентификационных сигналов и запоминания полученных данных о качестве связи. Период обновления таблицы качества связи может быть жестко заданным, например, через определенный интервал времени в пределах от; 0,1 до 100 с, или меняться динамически в соответствии с изменением качества связи между приемопередающими устройствами 1 пользователей 8, 9, 10, . . .N WLAN. С этой целью каждое приемопередающее устройство 1 пользователей 8, 9, 10,...N сравнивает данные о качестве связи, запомненные в предыдущем цикле, с данными, запомненными в текущем цикле. Если изменение этих данных не превышает некоторое заданное значение (считаем, что качество связи не претерпело заметных изменений), то интервал времени между циклами оставляют прежним или увеличивают. Если же изменение данных о качестве связи превысили упомянутое заданное значение, то интервал времени между циклами уменьшают. Данные о качестве связи, занесенные в таблицу качества связи в предыдущем цикле, затем заменяют на данные, полученные в текущем цикле, и используют в качестве текущих значений. Запоминание данных о качестве связи и их обработка может быть осуществлена и любым другим известным путем, помимо описанного выше. На основе запомненных текущих значений данных о качестве связи осуществляют передачу информации находящимся в режиме передачи приемопередающим устройством адресату из числа приемопередающих устройств WLAN через приемопередающие устройства-посредники по маршруту, который обеспечивает качество связи, превышающее или равное заданному пороговому значению. Передачу информации посреднику ведут со скоростью, определенной по запомненным данным о качестве связи с ним. В качестве порогового значения обычно принимают качество связи прямого соединения с адресатом.

Пример. Способом, изложенным выше, была осуществлена передача информации адресатам в WLAN, работающей в соответствии со стандартами IEEE 802.11b и ISO 8802-11 (см. фиг.2, фиг.3). В таких сетях данные передают пакетами. Получив пакет от пользователя 9 для передачи пользователю 10, приемопередающее устройство (ППУ) пользователя 9 перед отправкой пакета проверяет по соответствующей таблице качество связи с адресатом. Так как качество связи с адресатом в этом случае плохое (допускает передачу со скоростью 1 Мбит/с), то по таблице ППУ пользователя 9 находит посредника - ППУ пользователя N, способное передать пакет данных ППУ пользователя 10 с более высокой скоростью. В этом случае ППУ пользователя 9 дополняет пакет данных служебной информацией об адресате и отправляет пакет через ППУ пользователя N адресату (ППУ пользователя 10). В другом случае, например при передаче информации от ППУ пользователя 8 ППУ пользователя N, качество связи, по данным таблицы, оказывается хорошим (11 Мбит/с), поэтому пакет данных ППУ пользователя 8 передает ППУ пользователя N напрямую, не привлекая посредника.

Возможные варианты реализации заявляемого способа передачи информации в существующих WLAN не ограничиваются изложенным выше примером.

Источники информации 1. Патент США 4987536, МПК G 06 F 13/38, 1991.

2. Европейский патент 0481171, МПК H 04 L 12/66, 1992.

3. Патент РФ 2037961, МПК Н 04 В 7/00, 1995.

4. Заявка РСТ WO 00/60816, МПК Н 04 L 12/56, 2000.

5. Заявка РСТ WO 01/30035, МПК H 04 L 12/56, 2001.

6. Европейский патент 1117270, МПК H 04 Q 7/38, 2001.

7. Патент США 6115580, МПК Н 04 К 3/00, 2000 - прототип.

Формула изобретения

1. Способ передачи информации в беспроводной локальной сети, состоящей из множества приемопередающих устройств, способных осуществлять связь напрямую друг с другом, включающий определение качества связи между всеми приемопередающими устройствами упомянутой сети по принимаемому сигналу, запоминание каждым из приемопередающих устройств полученных данных о качестве связи между всеми приемопередающими устройствами, передачу находящимся в режиме передачи приемопередающим устройством информации адресату из числа приемопередающих устройств упомянутой сети по маршруту, обеспечивающему качество связи, превышающее или равное заданному пороговому значению, используя для упомянутой передачи информации адресату, по меньшей мере, одно из других приемопередающих устройств как ретранслятор.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что определение упомянутого качества связи между всеми приемопередающими устройствами упомянутой сети включает передачу каждым приемопередающим устройством идентификационного сигнала, включающего данные о качестве связи с другими приемопередающими устройствами, и прием каждым приемопередающим устройством упомянутого идентификационного сигнала от других приемопередающих устройств.

3. Способ по п.2, отличающийся тем, что прием упомянутого идентификационного сигнала ведут при ориентации антенного луча в направлении на приемопередающее устройство, находящееся в режиме передачи.

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве упомянутого заданного порогового значения принимают качество связи прямого соединения с упомянутым адресатом.

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутое качество связи определяют по уровню принимаемого сигнала.

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутое качество связи определяют по отношению уровня принимаемого сигнала к уровню шума.

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что приемопередающие устройства упомянутого маршрута передают друг другу информацию, предназначенную для упомянутого адресата, со скоростью, определенной по запомненным данным о качестве связи между ними.

8. Способ по п.1, отличающийся тем, что упомянутые запомненные данные о качестве связи принимают в качестве текущих значений для последующей передачи информации упомянутому адресату.

9. Способ по п.1, отличающийся тем, что периодически повторяют цикл определения качества связи и запоминания данных о качестве связи.

10. Способ по п.9, отличающийся тем, что упомянутый цикл упомянутого определения качества связи и запоминания данных о качестве связи повторяют через интервал времени от 0,1 до 100 с.

11. Способ по п.9, отличающийся тем, что данные о качестве связи, запомненные в предыдущем упомянутом цикле, заменяют на данные о качестве связи, запомненные в текущем цикле.

12. Способ по п.9, отличающийся тем, что данные о качестве связи, запомненные в предыдущем упомянутом цикле, сравнивают с данными о качестве связи, запомненными в текущем цикле, при этом, если изменение этих данных не превышает некоторое заданное значение, сохраняют интервал времени между упомянутыми циклами или увеличивают этот интервал времени, а если изменение этих данных превышает упомянутое заданное значение, уменьшают интервал времени между упомянутыми циклами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5

MM4A - Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 02.11.2007

Извещение опубликовано: 27.12.2010        БИ: 36/2010

---