專利名稱：根據(jù)802.11規(guī)范運行的扇區(qū)化的無線通信網絡的制作方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及無線通信網絡，更具體地說，涉及在相對大的通 信區(qū)域中，根據(jù)802.11規(guī)范運行的無線網絡。
背景技術：
IEEE 802.11網絡指的是為無線LAN技術開發(fā)的一族規(guī)范，它指 定了在兩個無線單元之間或者在無線單元和基站之間的空中接口 。在 室外無線環(huán)境中，越來越多地使用了包括基站的網絡，從而幫助與多 個無線單元或者在多個無線單元之間的通信。有時，大量的單元和/ 或大的通信區(qū)域需要將多個接入點分布在其中使用無線單元的區(qū)域周 圍。

圖1示出了分布在區(qū)域100周圍的四個接入點102，在該區(qū)域100 中， 一個或多個無線單元可以進行通信。各個接入點102具有互相重 疊的傳輸半徑104，并且每個接入點102有線連接到中央通信設備106。不同于圍繞在通信區(qū)域周圍分布接入點，目前需要一種單一的、 位于中心位置的接入點，它具有覆蓋全部通信區(qū)域的延長的傳輸半徑。 這種簡化的網絡的優(yōu)點包括更容易的裝置管理以及減少與硬件和室外 布線相關的成本。實施具有單一接入點的大通信區(qū)域網絡也將面臨幾個挑戰(zhàn)。首 先，區(qū)域性的管理要求限制了接入點中傳輸功率的增加。而且，由于 通信區(qū)域中的移動裝置可以從接入點接收到傳輸信號，但卻只有用于 響應該接入點的有限的傳輸功率，因此，這種傳輸功率的增加往往制 造了非對稱鏈路。用于克服與增加接入點傳輸功率相關的一些問題的一個方法是， 增加移動裝置天線的性能，從而將傳輸朝向接入點會聚。然而，天線 增益的一個隱含效果是方向性的程度，在特定方向會聚的傳輸能夠有 效地分割全部通信空間。如果通信空間由于天線增益而被分割，則可 能需要另外的接入點，這將在 一定程度上抵消最初釆用單個接入點所 能帶來的好處。例如，在被分割的通信區(qū)域中的多個位于中心位置的 接入點可能遇到一些困難，諸如由于傳輸沖突而導致的系統(tǒng)性能降低，以及使用802.11網絡協(xié)議時扇區(qū)之間的漫游開銷。因此，需要提供一種根據(jù)802.11規(guī)范運行、并且覆蓋相對大的通 信區(qū)域的無線通信網絡。另外，需要在這種通信網絡中，在不實施多 個接入點的情況下，在移動單元和基站之間存在對稱的通信鏈路。此 外，結合附圖和之前的技術領域及背景技術，通過如下的詳細描述及 所附權利要求，本發(fā)明的其它期望的特征和特點將變得明顯。發(fā)明內容提供一種幫助與包括多個空間扇區(qū)的通信區(qū)域中的多個遠程單 元進行通信的無線網絡系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括被配置為根據(jù)IEEE 802.11 規(guī)范進行接收和發(fā)送的網絡控制器，以及耦合到網絡基站的多個方向 性天線。每個方向性天線作為各個空間扇區(qū)的接入點而運行。在示例 性實施例中，方向性天線和網絡控制器被組合為單個基站設備。而且， 示例性的網絡控制器被配置為同時地將多個數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)蕉嘤谝粋€的 空間扇區(qū)，并且通過所有同時傳輸?shù)膸瑫r結束的方式，對傳輸進行 同步。還提供一種幫助與包括多個空間扇區(qū)的通信區(qū)域中的多個遠程 單元進行通信的方法。所述方法包括如下步驟使用耦合到網絡控制 器的多個方向性天線，根據(jù)IEEE 802.11規(guī)范，在遠程單元和網絡控 制器之間進行接收和發(fā)送，每個方向性天線作為各個空間扇區(qū)的接入 點而運行。示例性的方法還包括步驟同時地將多個數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)蕉?于一個的空間扇區(qū)，并且通過所有同時傳輸?shù)膸瑫r結束的方式，對 傳輸進行同步。 下文中將結合如下的附圖描述本發(fā)明，其中，相同的標號表示相同的元件圖1示出已知的無線網絡協(xié)議，其中四個接入點分布在通信區(qū)域 的周圍，并通過電線連接到中央通信設備，各個接入點具有互相重疊 的傳輸半徑；圖2示出示例性的網絡配置，其中，基站位于使用了多個方向性 天線的扇區(qū)化的通信區(qū)域內；圖3示出另一個示例性的網絡配置，其中，基站位于使用了多個 方向性天線的扇區(qū)化的通信區(qū)域內，并且，同步幀被傳輸?shù)皆诓煌?通信區(qū)域扇區(qū)中的移動裝置；以及圖4的圖表示出了如何對同步的幀進行協(xié)調以同時結束全部傳 輸，從而避免幀與來自移動終端的確認信號之間的沖突。
具體實施方式
如下的詳細描述僅僅是示例性的，不是用于限制本發(fā)明或申請、 和本發(fā)明的使用。而且，本發(fā)明或申請、和本發(fā)明的使用不被之前的 技術領域、背景技術、發(fā)明內容或如下的具體實施方式
的詳細描述中 存在的任何顯性或隱含的理論所束繂。本發(fā)明包括位于中心位置的基站，它在通信區(qū)域中協(xié)調傳輸扇 區(qū)，從而增加通信區(qū)域尺寸和系統(tǒng)容量。為了促進與協(xié)調進行扇區(qū)化， 基站釆用多個方向性天線，從而配置在遠程單元和基站之間的傳輸。 每個扇區(qū)的載波偵聽信息被共享，以防止來自基站扇區(qū)的傳輸與來自 相鄰扇區(qū)中的遠程單元的全向傳輸之間的沖突。此外，為了在避免沖 突的同時增加系統(tǒng)容量，從基站到多個扇區(qū)的傳輸幀被排成隊列，以 對它們的傳輸時間進行同步。這種配置從而允許用戶從單個802.11網 絡基站覆蓋大的通信區(qū)域，而不用犧牲性能，也不需要增加移動單元 RF功率。圖2示出了位于扇區(qū)化的通信區(qū)域10之內的基站16?；?6
包括與其連接的網絡控制器等，以使用多個方向性天線發(fā)送和接收傳輸。在圖2的實施例中的通信區(qū)域10具有三個空間扇區(qū)10a、 10b和 10c,盡管扇區(qū)的數(shù)目不限于三個，但是這個數(shù)目取決于包括在基站 16內的方向性天線的數(shù)目。由于圖2中示出的基站16具有三個方向 性天線17a-17c，因此通信區(qū)域被分為三個扇區(qū)10a-10c。同樣地，盡 管每個扇區(qū)的尺寸可以根據(jù)需要而調整，但是在示出的實施例中，為 了提高效率，三個扇區(qū)10a-10c被等分。遠程無線單元12a-12e分布在通信區(qū)域10周圍，每個單元使用 耦合到基站16的多個方向性天線17a-17c中的一個天線與基站16通 信。盡管在以下描述的實施例中將主要討論移動單元，但是遠程單元 12a-12e可以是移動的或靜止的。在示例性配置中，遠程單元12a-12e 通過與配置為在與給定單元相距最近的一個方向上進行傳輸?shù)娜魏我?個方向性天線通信，而傳輸和接收數(shù)據(jù)。例如，單元12a和12c位于 扇區(qū)10a中，使用最近的方向性天線17a與基站16通信。類似地，單 元12b位于扇區(qū)10b中，使用方向性天線17b與基站16通信，單元 12d和12e位于扇區(qū)10c中，4吏用方向性天線17c與基站16通信。如 果移動裝置中的一個，例如移動單元12a，初始位于扇區(qū)10a中，但 是隨后在扇區(qū)10c中以較高的接收信號強度指示(RSSI)被接收到， 則到移動單元12a的以后傳輸將從方向性天線17c發(fā)送。盡管在圖2中示出的實施例中的集中式基站16是包括多個方向 性天線的單個設備，但是基站16也可以是多個緊固耦合的裝置，每個 具有至少一個方向性天線。在任一種情況下，方向性天線17a-17c和 基站被組合為位于中心位置的、集中式裝置。此外，遠程單元12a-12e 可以是移動的或靜止的單元。在一個示例性實施例中，每個扇區(qū)使用 相同的頻率信道，這允許每個方向性天線17a-17c共享共同的基本服 務集標識符(BSSID)。或者，可以在每個扇區(qū)中使用不同的頻率信 道，但是如果遠程單元是移動的，則這需要遠程單元12a-12e在扇區(qū) 之間漫游時頻繁地進行掃描，并且這將潛在地禁止在可替代的信道上 使用鄰近的802.11小區(qū)。如果每個扇區(qū)使用相同的頻率信道，并共享
共同的基本服務集標識符(BSSID)，則方向性天線17a-17c中的一 個或多個可能經常接收到相同的幀。然而，使用集中式基站16時，僅 方向性天線17a-17c中的一個會轉發(fā)幀，或者換句話說，集中式基站 16將使用被選擇的方向性天線，僅轉發(fā)傳輸幀的一個副本。通過將圖2中的每個方向性天線17a-17c作為各個扇區(qū)的虛擬接 入點而運行，這些天線為基站16提供了大量的功能。由于每個方向性 天線17a-17c的傳輸和接收功率是會聚到扇區(qū)上，而不是圍繞基站16 的整個半徑上，因此組合天線17a-17c產生了一個具有延長的半徑的 通信區(qū)域。通過使用天線增益而不是增加的傳輸功率以獲得延長的通 信半徑，基站16和移動單元12a-12e之間的鏈路是對稱的。而且，使 用天線增益使得能夠在整個通信區(qū)域10上以相對低、但卻恒定的傳輸 功率使用移動單元12a-12e。盡管通過使用方向性天線17a-17c將通信區(qū)域10進行了分區(qū)， 但是仍舊有來自移動單元12a-12e之間的同時傳輸產生沖突的情況。 圖2示出了在基站16和兩個移動單元12a和12b之間的這樣一種情況， 移動單元12a和12b位于不同的扇區(qū)中，但是彼此間距很近。箭頭18 指示基站正在使用對應于通信區(qū)域10b的天線17b向移動單元12b傳 輸信號。箭頭20指示在同一時刻，在通信區(qū)域10a中的移動單元12a 正在通過對應的天線17a向基站傳輸信號。然而，移動單元在所有方 向上傳輸信號，因此，如箭頭22所示，來自扇區(qū)10a中的移動單元 12a的傳輸與從基站到扇區(qū)10b中的移動單元12b的傳輸發(fā)生了沖突。 即使全部三個扇區(qū)位于相同的信道上，扇區(qū)10a中的移動單元12a也 無法對來自扇區(qū)10b的基站天線17b的傳輸進行載波偵聽。類似地， 扇區(qū)10b中的基站天線17b也無法對來自扇區(qū)10a中的移動單元12a 的傳輸進行載波偵聽?；緜鬏?shù)倪@種定向特性制造了"隱藏"節(jié)點， 它降低了性能，并且增加了在整個通信區(qū)域10上出現(xiàn)傳輸沖突的可能 性。為了克服潛在的傳輸沖突，示例性網絡配置中的基站裝置或耦合 的裝置實時共享載波偵聽信息。例如，如果扇區(qū)10a中的移動單元12a 在基站16 4吏用對應的方向性天線17b開始向扇區(qū)10b中的移動單元 12b進行傳輸之前開始傳輸，則基站16從移動單元12a接收到傳輸并 聲明(assert)載波偵聽，從而延遲使用方向性天線17b向移動單元 12b的傳輸。通過延遲使用方向性天線17b進行傳輸，基站16避免了 任何潛在的傳輸沖突。在另一個示例性網絡配置中，基站能夠通過一 旦從移動單元12a接收到傳輸，則從方向性天線17b和17c傳輸具有 足夠長的網絡分配向量的準備發(fā)送(RTS) /清除發(fā)送(CTS)信號， 而防止來自移動單元12a與基站方向性天線17a的傳輸之間的傳輸沖 突。盡管對基站16進行配置以聲明載波偵聽和/或在適當?shù)臅r刻傳輸 RTS/ CTS信號，這有效地防止了傳輸沖突，但是這種配置本身并沒 有充分地利用系統(tǒng)性能。示例性的基站被進一步配置為在避免傳輸沖 突的同時，向多個扇區(qū)同時進行傳輸。圖3和4示出了這個實施例， 其中，基站16使用之前描述的方向性天線，將目的地為移動單元 12a-12c的幀排成隊列。周期性地，基站16調度將排成隊列的幀同時 傳輸?shù)礁鱾€扇區(qū)中的期望的移動單元12a-12c。使用諸如RTS/CTS信 號、內容無關期間(content free periods, CFP )或受混和控制功能控 制的信道訪問(HCCF)的適當保留技術來對所述同時傳輸進行同步。 通過先前討論的被配置為同時監(jiān)聽和評估貫穿通信區(qū)域10的全部扇 區(qū)中的載波偵聽的基站16，可以實現(xiàn)這種同步的傳輸。對同時發(fā)生的幀傳輸進行同步防止了在移動單元12a-12e接收 到所述幀傳輸之后由移動單元12a-12e發(fā)送到基站16的確認所產生的 干擾。如果不同長度的幀在相同的時刻開始它們的傳輸，則接收到最 小的幀的移動單元將發(fā)送潛在地會與具有較長幀的基站傳輸發(fā)生沖突 的確認信號。圖4中的圖表中示出了一種克服確認信號與來自基站16 的幀傳輸發(fā)生沖突的方法。不是同時地開始同步的幀傳輸，基站16 配置為同時地結束同步的幀傳輸，從而確保在移動單元12a-12e中的 任意一個傳輸確認信號之前，完成全部幀傳輸。移動單元12a-12e可 能將同時傳輸確認信號，但是由于基站天線的方向性，這種信號仍將
被無沖突地接收到。在先前描述中的示例性無線網絡配置使得能夠利用多個方向性天線使用單個基本服務集標識符(BSSID)，該多個方向性天線在具 有扇區(qū)化結構的通信區(qū)域中作為虛擬的接入點而運行。方向性天線在 移動單元和基站之間分配傳輸，從而增加了通信區(qū)域尺寸和系統(tǒng)性能。 802.11網絡基站共享每個扇區(qū)的載波偵聽信息以防止傳輸沖突，并且 將傳輸幀排成隊列，從而在不犧牲性能以及不增加移動單元功率的情 況下，增加系統(tǒng)容量。盡管在先前的詳細描述中已經提出至少一個示例性實施例，但是 應認識到，可以對其進行大量改變。還應認識到，示例性實施例僅僅 是示例，不是為了以各種方式限制本發(fā)明的范圍、應用性或配置。先便的線路圖:，應理解，在不脫離所:權矛;要求二其法律等;物所闡述的本發(fā)明范圍的情況下，可以對元件的功能和布置進行各種改變。
權利要求
1、一種無線網絡系統(tǒng)，用于幫助與包括多個空間扇區(qū)的通信區(qū)域中的多個遠程單元進行通信，所述系統(tǒng)包括網絡控制器，配置為根據(jù)IEEE 802.11規(guī)范進行接收和發(fā)送；以及多個方向性天線，耦合到網絡基站，每個方向性天線作為各個空間扇區(qū)的接入點而運行。
2、 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述網絡控制器被進一步 配置為同時地檢測來自所述通信區(qū)域中的每個扇區(qū)的遠程單元傳輸。
3、 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述多個方向性天線和所 述網絡控制器被組合為單個基站設備。
4、 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述網絡控制器被進一步 配置為同時地將多個數(shù)據(jù)幀發(fā)送到多于一個的所述空間扇區(qū)，并且通 過所有同時發(fā)送的幀同時結束的方式，對傳輸進行同步。
5、 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述網絡控制器被進一步 配置為檢測遠程單元傳輸，并對其做出響應，以對數(shù)據(jù)幀排隊，從而 在遠程單元傳輸結束后，對數(shù)據(jù)幀傳輸時間進行同步。
6、 如權利要求1所述的系統(tǒng)，其中，每個所述方向性天線共享 共同的基本服務集標識符(BSSID)。
7、 如權利要求l所述的系統(tǒng)，其中，所述網絡控制器被進一步 配置為在使用相同的信道的不同空間扇區(qū)中的遠程單元之間進行接收 和發(fā)送。
8、 一種在無線網絡系統(tǒng)中用于幫助與包括多個空間扇區(qū)的通信區(qū)域中的多個遠程單元進行通信的基站，所述基站包括網絡控制器，配置為根據(jù)IEEE 802.11規(guī)范進行接收和發(fā)送；以及多個方向性天線，耦合到網絡基站，每個方向性天線作為各個空 間扇區(qū)的接入點而運行。
9、 如權利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述網絡控制器被進一步 配置為同時地檢測來自通信區(qū)域中的每個扇區(qū)的遠程單元傳輸。
10、 如權利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述網絡控制器被進一步 配置為同時地將多個數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)蕉嘤谝粋€的所述空間扇區(qū)，并且通 過所有同時傳輸?shù)膸瑫r結束的方式，對傳輸進行同步。
11、 如權利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述網絡控制器被進一步 配置為檢測遠程單元傳輸，并對其做出響應，以對數(shù)據(jù)幀排隊，從而 在遠程單元傳輸結束后，對數(shù)據(jù)幀傳輸時間進行同步。
12、 如權利要求8所述的系統(tǒng)，其中，每個所述方向性天線共享 共同的基本服務集標識符(BSSID)。
13、 如權利要求8所述的系統(tǒng)，其中，所述網絡控制器被進一步 配置為在使用相同的信道的不同空間扇區(qū)中的遠程單元之間進行接收 和發(fā)送。
14、 一種用于幫助與包括多個空間扇區(qū)的通信區(qū)域中的多個遠程 單元進行通信的方法，所述方法包括步驟使用耦合到網絡控制器的多個方向性天線，根據(jù)IEEE 802.11規(guī) 范，在所述遠程單元和網絡控制器之間進行接收和發(fā)送，每個方向性 天線作為各個空間扇區(qū)的接入點而運行。
15、 如權利要求14所述的方法，還包括如下步驟同時地檢測來自所述通信區(qū)域中的每個扇區(qū)的遠程單元傳輸。
16、 如權利要求14所述的方法，還包括如下步驟 同時地將多個數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)蕉嘤谝粋€的所述空間扇區(qū)；并且 通過所有幀同時結束的方式，對同時傳輸進行同步。
17、 如權利要求14所述的方法，還包括如下步驟 檢測遠程單元傳輸，以及響應于檢測到遠程單元傳輸，對數(shù)據(jù)幀進行排隊，從而在遠程單 元傳輸結束后，從網絡控制器對數(shù)據(jù)幀傳輸時間進行同步。
18、 如權利要求14所述的方法，其中，每個所述方向性天線共 享共同的基本服務集標識符(BSSID)。
19、如權利要求14所述的方法，其中，通過使用相同的信道的 不同空間扇區(qū)中的遠程單元來執(zhí)行在遠程單元和網絡控制器之間進行 接收和發(fā)送的步驟。
全文摘要
提供了一種幫助與包括多個空間扇區(qū)的通信區(qū)域中的多個遠程單元進行通信的方法和系統(tǒng)。所述系統(tǒng)包括配置為根據(jù)IEEE 802.11規(guī)范進行接收和發(fā)送的網絡控制器，以及耦合到網絡基站的多個方向性天線。每個方向性天線作為各個空間扇區(qū)的接入點而運行。在示例性實施例中，方向性天線和網絡控制器被組合為單個基站設備。此外，示例性的網絡控制器被進一步配置為同時地將多個數(shù)據(jù)幀傳輸?shù)蕉嘤谝粋€的空間扇區(qū)，并且通過所有同時傳輸?shù)膸瑫r結束的方式，對傳輸進行同步。
文檔編號H04W16/24GK101129034SQ200680006350
公開日2008年2月20日 申請日期2006年2月28日 優(yōu)先權日2005年2月28日
發(fā)明者布魯斯·A.·威林斯, 雅各布·沙羅尼 申請人:訊寶科技公司