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Erfindungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem mit einer
Mehrzahl von Zugangspunkten (AP – Access Points) und Netzstationen,
wobei jede Netzstation zum Kommunizieren mit einem dieser Zugangspunkte über ein
Protokoll für
drahtlose Kommunikationen angeordnet ist.
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Stand der
Technik
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Als
verbesserter Ersatz drahtgebundener Ortsnetze (LAN – Local
Area Netzworks) sind drahtlose Ortsnetze (LAN) entwickelt worden.
Bei einem drahtlosen LAN für
Datenkommunikation ist eine Mehrzahl von (mobilen) Netzstationen
(z.B. Personal Computer, Telekommunikationsvorrichtungen usw.) vorhanden,
die der drahtlosen Kommunikation fähig sind. Im Vergleich mit
drahtgebundenen LAN kann die Datenkommunikation in einem drahtlosen
LAN aufgrund der Flexibilität
der Anordnung von Netzstationen in dem vom LAN versorgten Bereich
und aufgrund der Abwesenheit von Kabelverbindungen vielseitiger
sein.
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Drahtlose
LAN sind allgemein gemäß dem durch
den internationalen Standard ISO/IEC 8802-11 (IEEE 802.11) definierten
Standard implementiert. IEEE 802.11 beschreibt einen Standard für drahtlose
LAN-Systeme, die im 2,4 – 2,5-GHz-ISM-Band
(Industrial, Scientific, Medical) betrieben werden. Dieses ISM-Band
ist weltweit verfügbar
und ermöglicht
lizenzfreien Betrieb für
Spreizspektrumsysteme. Für
die Vereinigten Staaten sowie Europa ist das Band 2.400 – 2.483,5
MHz zugeteilt worden, während
für einige
andere Länder
wie beispielsweise Japan ein anderer Teil des 2,4 – 2,5-GHz-ISM-Bandes
zugewiesen worden ist. Der Standard IEEE 802.11 ist auf MAC- (Medium
Access Control) und PHY- (Physical Layer) Protokolle für auf AP
basierende Netze und ad-hoc-Netze ausgerichtet.
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Bei
auf AP basierenden drahtlosen Netzen können die Stationen in einer
Gruppe oder Zelle nur direkt mit dem AP kommunizieren. Von diesem
AP werden Nachrichten zur Zielstation in derselben Zelle oder über das
drahtgebundene Verteilungssystem zu einem anderen AP weitergeleitet,
von dem aus diese Nachrichten schließlich an der Zielstation ankommen.
Bei ad-hoc-Netzen
werden die Stationen auf Partner-Partner-Ebene betrieben und es
gibt keinen AP oder (drahtgebundenes) Verteilungssystem. Von dem
Standard 802.11 werden drei PHY-Protokolle unterstützt: DSSS
(Direct Sequence Spread Spectrum), FHSS (Frequency Hopping Spread
Spectrum) und infrarot mit PPM (Pulse Position Modulation). Diese
drei PHY stellen alle Bitraten von 1 und 2 Mbit/s bereit. Weiterhin
enthält
IEEE 802.11 Erweiterungen 11a und 11b, die zusätzliche
höhere
Bitraten zulassen: Erweiterung 11b bietet Bitraten von
5,5 und 11 Mbit/s wie auch die DSSS-Grundbitraten von 1 und 2 Mbit/s
innerhalb des gleichen 2,4 – 2,5-GHz-ISM-Bandes. Die Erweitung 11a bietet
einen hochratigen OFDM- (Orthogonal Frequency Division Multiplex)
PHY-Standard mit Bitraten im Bereich von 6 bis 54 Mbit/s im 5-GHz-Band.
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Das
MAC-Grundprotokoll bei IEEE 802.11 läßt Interoperabilität zwischen
kompatiblen PHY durch Verwendung des CSMA/CA-Protokolls (Carrier
Sense Multiple Access with Collision Avoidance) und einer zufallsmäßigen Verzichtszeit
nach einem verkehrsreichen Medienzustand zu. Das CSMA/CA-Protokoll
bei IEEE 802.11 ist dafür
ausgelegt, die Wahrscheinlichkeit an Kollision zwischen mehreren
Stationen zu verringern, die zur gleichen Zeit auf das Medium zugreifen.
Es wird daher zum Auflösen
von Medienwettbewerbskonflikten eine Zurückstellungs- und zufallsmäßige Verzichtsanordnung benutzt.
Die Zurückstellungsentscheidung
beruht auf einer Zurückstellungsschwellwert
(R defer) genannten Konfigurationsinstanz. Wenn ein Trägersignalpegel
oberhalb des R defer-Pegels beobachtet wird, wird eine anhängige Übertragungsanforderung
von einer Netzstation aufgehalten. Wenn der beobachtete Pegel unter
R defer liegt, wird eine Netzübertragung
erlaubt, Kommunikation mit ihrem zugehörigen Zugangspunkt zu beginnen.
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Zusätzlich definiert
das MAC-Protokoll bei IEEE 802.11 ein besonderes Funktionsverhalten
zur Fragmentierung von Paketen, Mediumreservierung über RTS/CTS-Abfragewechselwirkung
(Request-to-Send/Clear-to-Send) und Punktkoordination (für zeitbegrenzte
Dienste). Weiterhin definiert das MAC-Protokoll bei IEEE 802.11
in regelmäßigen Zeitabständen von
AP gesendete Bakenrahmen, um das Vorhandensein des AP zu überwachen.
In dem Standard IEEE 802.11 sind zwei Arten von MAC-Mechanismen definiert:
PCF (Point Coordination Function), der wettbewerbsfreie Rahmenübertragung
bietet, während
DCF (Distributed Coordination Function) auf Wettbewerb basierende
Rahmenübertragung
bietet. Diese MAC-Mechanismen können
beide zusammenarbeiten. Dies geschieht durch Teilen der Zeit zwischen
zwei Baken in einen wettbewerbsfreien Teil (PCF) und einen Wettbewerbsteil
(DCF). Das CFP-Wiederholungsintervall (Contention Free Period – wettbewerbsfreie
Periode) hat eine feste Länge,
die sowohl die wettbewerbsfreie Periode wie auch die Wettbewerbsperiode
einschließt.
Man siehe auch Figur 59 im Standard IEEE 802.11.
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Auch
gibt das MAC-Protokoll von IEEE 802.11 einen Satz von Verwaltungsrahmen
einschließlich
von Suchanforderungsrahmen (Probe Request Frames), die von einer
Station gesendet werden und von durch einen verfügbaren AP gesendeten Suchantwortrahmen
(Probe Response Frames) gefolgt sind. Mit diesem Protokoll kann
eine Station aktiv nach auf anderen Frequenzkanälen arbeitenden AP suchen und
können
die AP den Stationen zeigen, welche Parametereinstellungen von den AP
benutzt werden. Bei auf AP basierenden drahtlosen LAN nach 802.11
ordnen sich die Netzstationen normalerweise einem AP zu, der am
besten empfangen wird und am nächsten
liegt und einen entsprechenden Netznamen besitzt.
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Jeder
DSSS-AP arbeitet auf einem Kanal. Die Anzahl von Kanälen ist
von dem Zulassungsbereich abhängig,
in dem das drahtlose LAN benutzt wird (z.B. 11 Kanäle in den
US im 2,4-GHz-Band). Diese Anzahl ist aus ISO/IEC 8802-11, ANSI/IEEE-Standard
802.11, Auflage 1999-00-00 ersichtlich. Unterschiedliche Kanäle benutzende überlappende
Zellen können
gleichzeitig ohne Interferenz betrieben werden, wenn der Kanalabstand
mindestens 3 beträgt.
Nichtüberlappende
Zellen können
stets die gleichen Kanäle
gleichzeitig ohne Interferenz benutzen. Kanalzuweisung kann dynamisch
oder fest sein. Dynamische Kanalzuweisung ist zu bevorzugen, da
die Umgebung selbst auch dynamisch ist.
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Stand der
Technik
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In
der zum gleichen Datum wie die vorliegende Anmeldung eingereichten
europäischen
Anmeldung EP-A-1257093 wird die dynamische Zuweisung von Kanälen dynamische
Frequenzwahl genannt (DFS – Dynamic
Frequency Selection). Der DFS-Algorithmus hat das Ziel, Kanäle dynamisch
in einem drahtlosen LAN so zuzuweisen, daß die beste Leistung erreicht
wird. Leistung läßt sich
als Durchsatz, Laufzeit und Gerechtigkeit ausdrücken. Ein AP mit dynamischer
Frequenzwahl ist in der Lage, seinen Kanal umzuschalten, um einen besseren
Betriebskanal zu erhalten. Er wird gewöhnlich einen Kanal mit weniger
Interferenz und Kanalteilung als der auf dem gegenwärtigen Kanal
wählen.
Ein AP wird auf allen Kanälen
suchen, um zu bestimmen, welche Kanalfrequenzen benutzt werden und
welche Empfangspegel und Lastfaktoren in Nachbarzellen auftreten. Während eines
Suchlaufs eines Kanals sendet der AP einen Probe- Request-Rahmen (Suchanforderungsrahmen),
um von allen auf den gleichen Kanal abgestimmten und sich in Funkreichweite
befindenden AP eine Probe Response (Suchantwort) hervorzurufen.
Das Probe-Response-Paket führt
Informationen über
Lastfaktoren von jedem AP auf dem in Frage kommenden Kanal.
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Durch
Absuchen aller Kanäle
wird von einem AP eine Tabelle mit einem Eintrag für jeden
Kanal zusammengebaut. Jeder Eintrag enthält Empfangspegel, den im Probe-Response-Paket
gemeldeten Lastfaktor und den gemessenen Rauschpegel. Der in der
Tabelle gespeicherte Empfangspegel ist der Pegel, mit dem das Probe-Response-Paket von
einem anderen AP empfangen wird, der mit Betrieb auf dem in Frage
kommenden Kanal aktiv ist. Die besagte Tabelle wird in einem DFS-Algorithmus
benutzt, der in der zum gleichen Datum wie die vorliegende Anmeldung
eingereichten europäischen
Anmeldung beschrieben wird, in der Kamerman als Erfinder genannt
wird.
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Bei
der Strategie des in der am gleichen Datum wie die vorliegende Anmeldung
eingereichten europäischen
Anmeldung EP-A-1257093 beschriebenen DFS-Algorithmus wird erwartet,
daß antwortende
AP Load Information (Lastinformation) in den Probe-Response-Rahmen
senden, was nicht standardkonform (IEEE 802.11) ist. So ist es sehr
wahrscheinlich, daß diese
Lastinformation niemals von durch andere Hersteller hergestellten
AP erhalten wird. Es wird daher damit nicht das Problem des lizenfreien
Spektrums gelöst. Zweitens
kann das Warten auf die Proberequests bis 50 ms dauern, wenn der
andere AP sehr beschäftigt
ist. Diese Lage ist höchst
unerwünscht,
besonders wenn der die Probe-Response-Request sendende AP hochbelastet ist.
Die Last des die Probe Request sendenden AP wird bei dem periodischen
Suchlauf nicht berücksichtigt.
Drittens mangelt die in der am gleichen Datum wie die vorliegende
Anmeldung eingereichten europäischen Anmeldung
EP-A-1257093 beschriebene Strategie an einer Strategie darüber, wann
Kanäle
zu wechseln sind. Das Wechseln von Kanälen geschieht periodisch, ist
aber möglicherweise
gar nicht notwendig. Abschließend wird
in dem obenerwähnten
DFS-Algorithmus ein festes Suchlaufintervall von 1 Stunde benutzt.
Dies ist eine sehr lange Zeit und es können viele Änderungen der Umstände stattfinden.
In dieser Zeit könnte
ein Mikrowellenherd ein- und ausgeschaltet werden, was eine Durchsatzverringerung
eines AP verursacht. Wenn andererseits das Suchlaufintervall auf
einen sehr geringen Wert verringert wird, könnte der AP den größten Teil
der Zeit mit Suchen verbringen und wiederum eine Durchsatzverringerung
verursachen. Das Problem liegt bei dem festen Suchintervall und
der Tatsache, daß alle
Kanäle
nacheinander abgesucht werden.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die obenerwähnten Probleme
durch Benutzung eines unterschiedlichen Algorithmus zu überwinden,
der darauf beruht, daß AP
die verschiedenen Kanäle
passiv abhören.
Das Verfahren des passiven Abhörens
bietet nicht nur Informationen über
alle möglichen
Störungsquellen
auf einem Kanal, sondern auch über
dessen Belastung.
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US
Patent
US 5933420 und
die europäische
Patentanmeldung EP-A-0903891 betreffen Kanalauswahl in drahtlosen
Kommunikationsnetzen. Aus
US
5933420 ist bekannt, ein Verfahren zum dynamischen Auswählen eines
optimalen Kanals durch einen Zugangspunkt für ein drahtloses Kommunikationsnetz
bereitzustellen, mit folgenden Schritten:
- a)
Auswählen
eines Kanals aus einer Mehrzahl möglicher Kanäle;
- b) Einsammeln von Daten bezüglich
mindestens des Störungspegels
auf diesem Kanal während
einer vorbestimmten Abtastzeit.
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Kurze Beschreibung
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung ist durch das Verfahren nach Anspruch 1 gekennzeichnet
und der entsprechenden Zugangspunkt nach Anspruch 10.
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Insbesondere
ist die Erfindung gegenüber
der Offenbarung von
US 5933420 durch
folgende Schritte gekennzeichnet:
- c) Speichern
eines Kanalstörungsparameters,
der eine Zeitdauer während
dieser Abtastzeit anzeigt, in der der Störungspegel einen ersten Schwellwert überschritt;
- d) Wiederholen der Schritte b) und c) für alle anderen Kanäle der Mehrzahl
von Kanälen;
- e) Auswählen
des optimalen Kanals nach einer vorbestimmten Regel, die den Kanalstörungsparameter
berücksichtigt,
wobei der Zugangspunkt seine Last bestimmt und eine längere Abtastzeit
benutzt, wenn die Last geringer wird, und umgekehrt.
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Die
vorliegende Erfindung beruht auf passivem Abhören und ist nicht von Korrespondenz
von anderen, durch andere Hersteller hergestellten AP abhängig. Sie
ist daher besser als aus dem Stand der Technik bekannte Systeme
für das
lizenzfreie Band geeignet. Darüber
hinaus wird die Störung
durch einen Zugangspunkt der vorliegenden Erfindung aufgrund der
direkten Messung viel genauer ausgewertet, als im Stand der Technik,
wo die Störung
geschätzt
wurde. Weiterhin ist ein Zugangspunkt der vorliegenden Erfindung
in der Lage, die Last anderer AP zu bestimmen, ohne daß es notwendig
ist, Lastinformationen mittels Probe Responses und Probe Requests
zu senden. Die vorliegende Erfindung beruht auf dem Ändern der
Dauer passiven Abhörens,
so daß ein
AP die Gesamtabtastzeit in Abhängigkeit
von der Last einstellen kann. Daneben können Zugangspunkte der vorliegenden
Erfindung durch Abhören
auf ihrem Betriebskanal und Aufzeichnen der Störung darauf entscheiden, wann
Kanäle
zu wechseln sind.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird unten unter Bezugnahme auf einige Zeichnungen erläutert, die
nur für
Darstellungszwecke bestimmt sind.
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1 zeigt
ein drahtloses LAN mit einem ersten Zugangspunkt AP1 und zwei seiner
zugehörigen Netzstationen
NS1, NS2, einen zweiten Zugangspunkt AP2 und eine Störungsquelle
IS.
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2 zeigt
ein Blockschaltbild der Anordnung der vorliegenden Erfindung für eine Schnittstellenkarte eines
drahtlosen LANs.
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3 zeigt
ein schematisches Blockschaltbild einer Netzstation.
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4 zeigt
ein schematisches Blockschaltbild eines APS.
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5 zeigt
ein Flußdiagramm
eines von einem AP der vorliegenden Erfindung bei seinem Start ausgeführten Kanalabtastverfahrens.
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6, 7 und 8 zeigen
ein Flußdiagramm
des von einem AP der vorliegenden Erfindung während der Einschaltezeit ausgeführten Kanalabstastverfahrens.
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Beschreibung von bevorzugten
Ausführungsformen
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In
der 1 sind ein drahtloses LAN1 und zwei seiner Zugangspunkte
AP1, AP2 mit Zellen 2,4 dargestellt. Auch sind
zwei Netzstationen NS1, NS2 dargestellt. Der Zugangspunkt AP1 versorgt
die Zelle 2 und der Zugangspunkt AP2 weist seine eigene
Zelle 4 auf. Die Grenzen der Zelle 2 sind durch
den von den Netzstationen NS1, NS2 benutzten Trägererkennungsschwellwert (CT
-Carrier Detect Threshold) und den Zugangspunkt AP1 definiert. Außerhalb
der Zelle 2 wird der Empfangspegel von vom AP1 kommenden
Signalen niedriger als der CT sein, so daß außerhalb der Zelle 2 befindliche
Netzstationen nicht in der Lage sein werden, mit AP1 zu kommunizieren
(ihm zugeordnet zu sein). Der Bereich außerhalb der Zelle 2 wird
von anderen AP im gleichen drahtlosen LAN versorgt oder ist überhaupt
nicht Teil des drahtlosen LANs. Die beiden Netzstationen NS1 und
NS2 arbeiten auf einem Betriebskanal C1 des Zugangspunkts AP1. In
der 1 ist eine Störungsquelle
IS so plaziert, daß sie
Störung
am Ort von AP1 verursacht. Die Quelle IS überträgt auf den gleichen Frequenzen
wie AP1. Der Kreis 6 zeigt die Positionen, an denen der
Empfangspegel des von IS kommenden Signals dem Trägererkennungsschwellwert
von AP1 gleich ist. Wenn die Quelle IS aktiv wird, wird sich AP1
entscheiden, auf einen anderen Kanal umzuschalten. Die Quelle IS
kann beispielsweise ein Mikrowellenherd sein oder sie kann ein anderer
AP sein, der nicht in der Lage ist, auf einen entsprechenden Kanal
(DFS) umzuschalten. Da das drahtlose LAN1 im 2,4-GHz-ISM-Band arbeitet,
das ein lizenzfreies Band ist, könnten viele
unvorhersehbare Störungsquellen
den Zugangspunkt AP1 und seine Netzstationen NS1, NS2 stören.
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2 zeigt
ein Beispiel eines Blockschaltbildes einer Anordnung der vorliegenden
Erfindung für
eine MAC-Vorrichtung 11 (Medium Access Controller) auf
einer in der Netzstation NS1, NS2 installierten Schnittstellenkarte 30 eines
drahtlosen LANs bzw. auf einer ähnlichen,
im Zugangspunkt AP1, AP2 installierten Schnittstellenkarte 130 des
drahtlosen LANs.
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Hier
ist die MAC-Vorrichtung 11 schematisch dargestellt und
zeigt nur eine Signalverarbeitungseinheit 12, eine Signalempfangspegelerkennungsschaltung 13,
eine Antenne 31 und einen Platinenspeicher 14,
so wie sie für
die Beschreibung der vorliegenden Ausführungsform der Erfindung benötigt werden.
Die MAC-Vorrichtung 11 kann andere, hier nicht dargestellte
Komponenten umfassen. Auch können
die dargestellten Komponenten 12, 13, 14 getrennte
Vorrichtungen oder in einer Vorrichtung integriert sein. Die Vorrichtungen
können
wie gewünscht
in der Form von analogen oder digitalen Schaltungen implementiert
sein. Der Platinenspeicher 14 kann in der Technik bekannte
RAM, ROM, Flash-ROM und/oder andere Arten von Speichervorrichtungen
umfassen.
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3 zeigt
ein schematisches Blockschaltbild einer Netzstation NS1, NS2 mit
Prozessormitteln 21 mit Peripherieeinheiten. Das Prozessormittel 21 ist
mit Speichereinheiten 18, 22, 23, 24 verbunden,
die Anweisungen und Daten speichern, einer oder mehreren Leseeinheiten 25 (um
z.B. Disketten 19, CD-ROMs 20, DVDs usw. zu lesen),
einer Tastatur 26 und einer Maus 27 als Eingabevorrichtungen
und einem Monitor 28 und einem Drucker 29 als
Ausgabevorrichtungen. Es können
andere Eingabevorrichtungen wie beispielsweise eine Standmaus und
eine Berührungsanzeige,
und Ausgabevorrichtungen vorgesehen werden. Für Datenkommunikation über das
drahtlose LAN1 ist eine Schnittstellenkarte 30 vorgesehen.
Die Schnittstellenkarte 30 ist mit einer Antenne 31 verbunden.
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Die
dargestellten Speichereinheiten umfassen RAM 22, (E)EPROM 23,
ROM 24 und Festplatte 18. Es verseht sich jedoch,
daß mehr
und/oder andere, dem Fachmann bekannte Speichereinheiten vorgesehen
sein können.
Darüber
hinaus können
sich wenn erforderlich eine oder mehrere davon physikalisch vom
Prozessormittel 21 entfernt befinden. Das Prozessormittel 21 ist
zwar als ein Kasten dargestellt, kann jedoch mehrere Verarbeitungseinheiten
umfassen, die parallel funktionieren oder durch einen Hauptprozessor
gesteuert werden, die sich entfernt voneinander befinden können, wie
dem Fachmann bekannt ist.
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In
einem alternativen Beispiel kann die Netzstation NS1, NS2 eine Telekommunikationsvorrichtung sein,
in der die Komponenten der Schnittstellenkarte 30 enthalten
sind, wie dem Fachmann bekannt ist.
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4 zeigt
ein schematisches Blockschaltbild eines Zugangspunkts AP1, AP2 mit
Prozessormitteln 121 mit Peripherieeinheiten. Das Prozessormittel 121 ist
mit Speichereinheiten 118, 122, 123, 124 verbunden, die
Anweisungen und Daten speichern, einer oder mehreren Leseeinheiten 125 (um
z.B. Disketten 119, CD-ROM 120, DVDs usw. zu lesen),
einer Tastatur 126 und einer Maus 127 als Eingabevorrichtungen
und einen Monitor 128 und einem Drucker 129 als
Ausgabevorrichtungen. Zur Datenkommunikation über das drahtlose LAN1 ist
eine Schnittstellenkarte 130 vorgesehen. Die Schnittstellenkarte 130 ist
mit einer Antenne 131 verbunden. Weiterhin ist der Zugangspunkt
AP1, AP2 über
Eingabe-/Ausgabemittel 132 zur Kommunikation mit anderen
Zugangspunkten und/oder anderen Kommunikationsvorrichtungen mit
einem drahtgebundenen Verteilungsnetz 140 verbunden.
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Die
dargestellten Speichereinheiten umfassen RAM 122, (E)EPROM 123,
ROM 124 und Festplatte 118. Es versteht sich jedoch,
daß mehr
und/oder andere dem Fachmann bekannte Speichereinheiten vorgesehen
sein können.
Weiterhin kann sich eine oder mehrere davon physikalisch vom Prozessormittel 121 entfernt
befinden, wenn erforderlich. Das Prozessormittel 121 ist
zwar als ein Kasten dargestellt, kann jedoch mehrere Verarbeitungseinheiten
umfassen, die parallel funktionieren oder durch einen Hauptprozessor
gesteuert sind, die sich entfernt voneinander befinden können, wie
dem Fachmann bekannt ist. Darüber
hinaus können
andere Eingabe-/Ausgabevorrichtungen als die gezeigten (d.h. 126, 127, 128, 129)
vorgesehen sein.
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Als
Alternative kann der Zugangspunkt AP1, AP2 eine Telekommunikationsvorrichtung
sein, in der die Komponenten der Schnittstellenkarte 130 wie
dem Fachmann bekannt ist aufgenommen sind.
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Die
Aktivierung einer in 1 dargestellten Störungsquelle
IS wird eine plötzliche
Störung
von AP1 verursachen, da sie denselben Kanal C1 benutzt. Der Zugangspunkt
AP1 kann sich nunmehr dafür
entscheiden, seinen benutzten Kanal zu wechseln und nach einer zufallsmäßigen Zeit,
nachdem die von ihr erfahrene Störung
einen gewissen Schwellwert überschreitet,
auf einen anderen Kanal umschalten. Die Wahl seines neuen Kanals
wird auf den von ihm eingesammelten und mit der Zeit für alle anderen
Kanäle
gespeicherten statistischen Informationen beruhen. Den jüngsten Informationen
wird mehr Gewicht als den alten Informationen erteilt. Durch einen
der Kanaländerung
zugeordneten Zufallszeitgeber wird vermieden, daß AP gleichzeitig Kanäle wechseln.
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5 zeigt
ein Flußdiagramm
eines vom Zugangspunkt AP1 bei Start ausgeführten Kanalabtastverfahrens 200 zum
Einsammeln von statistischen Informationen über alle Kanäle und Wählen des
besten verfügbaren
Kanals.
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Im
Schritt 202 wartet der AP1 zuerst eine Zufallszeit zwischen
0 und 20 ms lang. Im Schritt 204 wird eine Kanalvariable
j auf 1 gesetzt. Im Schritt 206 schaltet der Zugangspunkt
AP1 nun auf Kanal j um. Im Schritt 208 wird er für eine Zeitdauer
von T_scan_st ms den Kanal j abhören.
Abhören
des Kanals j bedeutet Empfangen von auf dem Kanal j gesendeten Signalen
von anderen Quellen. Im Schritt 210 werden die Variablen T_sharing(j)
und T_interference(j) bestimmt. T_sharing(j) ist die Dauer von Mediumaktivität, die oberhalb
eines Zurückstellungsschwellwerts
R_defer auf dem Kanal j bemerkt wird. T_interference(j) ist die
Dauer von Mediumaktivität,
die unterhalb des Zurückstellungsschwellwerts
R_defer und oberhalb des Trägerschwellwerts R_carrier
auf dem Kanal j bemerkt wird. Im Schritt 212 werden die
Werte einer Kanalteilungsvariablen CS(j) (Channel Sharing) und einer
Kanalstörungsvariablen
CI(j) (Channel Interference) berechnet, wobei CS(j) = T_sharing(j)/T_scan_st
und CI(j) = I_interference(j)/T_scan_st. Diese Werte werden in einer
Tabelle gespeichert. Es wird angenommen, daß der Zurückstellungsschwellwert höher als
der Trägererkennungschwellwert ist.
In den Situationen, wo der Trägerschwellwert
höher als
der Zurückstellungsschwellwert
ist, wird T_interference(j) jedoch auf Null gesetzt. Bei einer bevorzugten
Ausführungsform
ist T_sharing(j) die Dauer der Mediumaktivität, die oberhalb eines Zurückstellungsschwellwerts
R_defer auf dem Kanal j bemerkt wird und T_interference(j) ist die
Dauer der Mediumaktivität,
die unterhalb des Zurückstellungsschwellwerts R_defer
und oberhalb eines Schwellwerts R_new auf dem Kanal j bemerkt wird,
wobei R_new unter R_defer liegt.
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Im
Schritt 214 wird überprüft, ob j
gleich N ist, wobei N die maximale Kanalzahl ist. Normalerweise
ist N größer als
1 und so wird der nächste
Schritt 216 ausgeführt.
Das bedeutet, daß j
um 1 erhöht
wird. Nunmehr werden die Schritte 206–214 wieder ausgeführt. Diese
Schleife wird solange fortgesetzt, bis j gleich N ist. In diesem
Fall ergibt der Schritt 214 ein JA und der Schritt 218 folgt.
Im Schritt 218 wird der optimale Kanal j_opt bestimmt,
wobei CS(j_opt) + CI(j_opt) = minimum(CS(j) + CI(j); j=1,..N). Im
Schritt 220 wird überprüft, ob es andere
Kanäle
gibt, die beinahe denselben Betrag an Teilung und Störung verursachen.
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Anders
gesagt wird überprüft, ob es
Kanäle
j mit (CS(j_opt)+CI(j_opt)) – (CS(j)+CI(j))<δ, wobei δ einen vorbestimmten sehr kleinen
Wert aufweist. Wenn dies nicht der Fall ist, dann wird im Schritt 222 ein
optimaler Kanalparameter C_optimal auf j_opt eingestellt. Wenn der
im Schritt 220 überprüfte Zustand
wahr ist, dann wird der Kanal j, der den Zustand des Schritts 220 erfüllt und
wo der Wert CS(j) der höchste
unter den den Zustand des Schrittes 220 erfüllenden
Kanälen
ist, als C_optimal benutzt. Siehe Schritt 224. Der Endschritt
ist der Schritt 226, in dem AP zu dem Kanal C_optimal geht,
um darauf zu arbeiten.
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6 zeigt
ein Flußdiagramm
eines Abtastverfahrens 300 eines AP während Einschaltzeit. Das Verfahren 300 beginnt
mit dem Schritt 302, in dem die Variable t aus einem Zufallswert
zwischen 0 und T_rep_int-T_scan berechnet wird. Der Wert T_rep_int
stellt eine Dauer eiens CFP-Wiederholungsintervalls, d.h. der Zeit
zwischen zwei Bakenrahmen, dar. Der Wert T_scan stellt die Zeit
dar, die mit dem passiven Abhören
eines bestimmten Kanals verbracht wird. Im Schritt 304 wird
eine Variable T_elapsed, die die seit dem Beginn dieses Verfahrens
abgelaufene Zeit anzeigt, auf Null gesetzt. Im Schritt 306 wird überprüft, ob die
Kanalvariable j gleich der maximalen Kanalzahl N ist. Wenn dies
der Fall ist, wird Schritt 308 ausgeführt und j auf 1 gesetzt. Wenn
j weniger als N ist, folgt direkt der Schritt 310. Im Schritt 310 wird überprüft, ob j
der gegenwärtige
Kanal ist. Wenn dies der Fall ist, wird Schritt 312 ausgeführt und
j wird um 1 erhöht.
Wenn j nicht der gegenwärtige
Kanal ist, folgt direkt der Schritt 314. Im Schritt 314 wird überprüft, ob t
größer als
Null ist. Wenn dies wahr ist, dann folgt das in 8 gezeigte
Verfahren. Wenn t gleich Null ist, folgt das Verfahren aus 7.
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In
der 7 ist ein Verfahren 400 zum Erlangen
eines neuen C_optimal dargestellt. Das Verfahren 400 beginnt mit
dem Schritt 402, in dem der AP auf Kanal j umschaltet.
Dann hört
der AP im Schritt 404 den Kanal j für T_scan ms ab. Im Schritt 406 werden
Werte von T_sharing(j) und T_interference(j) bestimmt. T_sharing(j)
ist die Dauer von Mediumaktivität,
die oberhalb des Zurückstellungsschwellwerts
R defer auf dem Kanal j bemerkt wird. T_interference(j) ist die
Dauer von Mediumaktivität,
die unterhalb des Zurückstellungsschwellwerts
R_defer und oberhalb des Trägerschwellwerts
R_carrier auf dem Kanal j bemerkt wird. Nun werden im Schritt 408 die
Werte von CS(j) und CI(j) mit den folgenden Formeln berechnet:
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In
diesen Formeln ist w ein Gewichtungsfaktor (w>1), der veranlaßt, daß neues (gemessenes) Kanalteilen
und Störung
wichtiger als ältere
Werte von CS(j) und CI(j), nämlich
CS(j)previous und CI(j)previous sind.
Im Schritt 410 in 7 wird der
mögliche
optimale Kanal j_opt bestimmt. Dies ist der Kanal, wo CS(j)+CI(j)
am geringsten ist. Im Schritt 412 wird überprüft, ob ein oder mehrere andere
Kanäle
(die eine Menge S bilden) bestehen, die beinahe so geringe Werte
für CS(j)+CI(j)
wie der Kanal j_opt aufweisen. Wenn dies nicht der Fall ist, dann
folgt der Schritt 414 und der optimale Kanal C_optimal
wird auf j_opt gesetzt. Wenn jedoch der im Schritt 412 überprüfte Zustand
erfüllt
ist, dann folgt der Schritt 416. Das bedeutet, daß der Kanal
in der Menge S mit dem höchsten
CS(j) als der optimale Kanal C_optimal benutzt wird. Auf diese Weise
wird dem Teilen Priorität über Störung erteilt.
Im Schritt 418 wird die Kanalzahl überprüft. Wenn j+1 größer als
N ist, dann folgt der Schritt 422 und j wird auf 1 gesetzt.
Wenn j+1 nicht größer als
N ist, dann folgt der Schritt 420 und j wird um 1 erhöht. Nun
wird im Schritt 424 der Wert von T_elapsed um T_scan erhöht.
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Im
Schritt 426 wird überprüft, ob T_elapsed
größer gleich
T_rep_int ist, wobei T_rep_int die Zeit zwischen zwei Baken ist.
Wenn dies wahr ist, dann folgt das in 6 gezeigte
Verfahren. Wenn das Ergebnis der Prüfung in Schritt 426 nicht
wahr ist, dann wird die Variable t im Schritt 428 auf T_rep_int-T_elapsed
gesetzt und danach folgt das in 8 gezeigte
Verfahren. In 8 ist ein Verfahren 500 für den Normalbetrieb
des AP und das Einsammeln von Informationen über den benutzten Kanal dargestellt.
Das Verfahren beginnt mit dem Normalbetrieb im Schritt 502.
Im Schritt 504 wird überprüft, ob der
AP frei ist oder nicht. Wenn der AP nicht frei ist, dann fährt das
normale Verfahren fort. Wenn der AP frei ist, dann wird T_idle und
T_oc bestimmt, wobei T_idle die Dauer der Freizeit des AP ist und
T_oc die Dauer von auf dem gegenwärtigen Kanal bemerkter Mediumaktivität ist. Diese
Mediumaktivität
kann die Überwachung
von nicht für
den AP bestimmten Paketen und die Überwachung von Aktivität oberhalb
eines gewissen Schwellwerts sein. Im Schritt 508 wird ein
Wert für
Durchschnittsstörung
Av_dist (Average Disturbance) berechnet. Es wird die folgende Formel
benutzt:
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In
der Formel ist w ein Gewichtungsfaktor (w>1), der veranlaßt, daß eine neue (gemessene) Störung wichtiger
als ältere
Werte von Av_dist sind. Anfangs wird der Wert für Av_dist während des Starts des Zugangspunkts
auf Null gesetzt.
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Im
Schritt 510 wird AV_dist mit K_dist verglichen. K_dist
ist der Schwellwert für
zulässige
Störung
auf dem gegenwärtigen
Betriebskanal. Wenn Av_dist über
dem Schwellwert K_dist liegt, dann folgt der Schritt 512. Das
bedeutet, daß der
AP sofort oder nach irgendeiner Zufallszeit seinen Kanal auf C_optimal
umschaltet. Dann folgt der Schritt 514. In diesem Schritt
werden die auf dem vorher benutzten Kanal eingesammelten Daten in
der Tabelle gespeichert. Als nächstes
folgt das in 6 gezeigte Verfahren. Wenn im
Schritt 510 der Wert von Av_dist nicht über dem Schwellwert K_dist
liegt, dann folgt der Schritt 516. Im Schritt 516 wird T_elapsed
um t erhöht.
Dann wird die abgelaufene Zeit T_elapsed im Schritt 518 mit
T_rep_int verglichen. Wenn T_elapsed höher oder gleich T_rep_int ist,
wird das in 6 gezeigte Verfahren ausgeführt. Wenn T_elapsed
niedriger als T_rep_int ist, folgt das in 7 gezeigte
Verfahren.
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Im
Schritt 208 (5) hört der AP den Kanal j für T_scan
ms ab. Der Wert von T_scan kann von der Last des APs abhängig gemacht
werden. Auf diese Weise wird der AP in der Lage sein, mehr Zeit
mit dem Abtasten (= Abhören)
anderer Kanäle
zu verbringen, wenn seine Last niedrig ist, und umgekehrt. Die prozentuale
Belastung des AP kann aus der TX/RX-Aktivität (Sende-/Empfangsaktivität) erhalten
werden. Sie wird über
10 Sekunden aufrechterhalten. Es ist eine bekannte Tatsache, daß die Laufzeiten
für nicht
dauerhaften CSMA sehr lastabhängig
sind, siehe Joao L. Sobrinho, A.S. Krishnakumar, „Real-Time
Traffic over the IEEE 802.11 Medium Access Control Layer" (Echtzeitverkehr über die
IEEE 802.11-MAC-Schicht), Bell Labs Technical Journal, Herbst 1996
und Kwang-Cheng Chen, „Medium
Access Control of wireless LANs for Mobile computing" (MAC von drahtlosen
LAN für
Mobilberechnung), IEEE Network Magazine, Band 8, Nr. 5, September/Oktober
1994. Die Laufzeit steigt über
die Grenzen hinaus an, wenn die Last über z.B. 60% ansteigt. So ist
der für
die Abtastung verfügbare
Bruchteil an Zeit (0,6-TR) sec je Sekunde, wobei TR = Minimum (0,55, (Wert
der TX/RX-Aktivität
in %)/100) ist. Wenn die Länge
der Intervalldauer T_rep_int 100 ms beträgt, dann ist der für die Abtastung
verfügbare
Zeitbruchteil (6-TR*10)*10 ms. So können in jedem Wiederholungsintervall (6-TR*10)
ms auf das Abhören
anderer Kanäle
aufgewendet werden. Wenn dieser Wert zu gering ist, dann sollte
nur ein Kanal in einem Wiederholungsintervall abgehört werden.
Auch könnte
die Frequenz verringert werden. Beispielsweise könnte jeder Kanal 2*(6-TR*10)
ms lang einmal je zwei Wiederholungsintervalle abgehört werden.
Zum Abhören
der verschiedenen Kanäle
sollte eine Folge aufrechterhalten werden.
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Der
oben beschriebene Algorithmus benutzt zwei Schwellwerte zum Unterscheiden
zwischen Teilung und Störung.
Da gegenwärtige
Hardware möglicherweise
nicht in der Lage ist, zwei Schwellwerte zu benutzen, wird vorgeschlagen,
nur einen mit EDT bezeichneten Schwellwert zu benutzen (Energy Detect
Threshold – Energieerkennungsschwellwert).
Der AP kann nur etwas über
diesem Schwellwert Liegendes überwachen
und erkennen. Dieser EDT wird zum Erkennen von Störung benutzt,
indem er auf einen Wert gesetzt wird, über dem jedes empfangene Signal
im schlimmsten Fall Störung
verursachen würde.
Auf diese Weise wird ein optimaler Kanal nur auf Grundlage von mindestens
Störung
ausgewählt.
Nun wird der optimale Kanal wie folgt festgestellt: C_optimal =
Kanal mit minimalem (T_interference(j)/T_scan), wobei T_interference
die Zeit ist, während
der die Störungsaktivität über EDT
liegt. Ein typischer Wert für
EDT ist der Durchschnitt der Werte für den Trägererkennungsschwellwert und
den Zurückstellungsschwellwert.
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Die
Kanaländerungsbenachrichtigung
für Netzstationen,
wie sie in der zum gleichen Datum wie die vorliegende Anmeldung
eingereichten europäischen
Anmeldung EP-A-1257093 erwähnt
ist, kann auch für
einen alternativen passiven Abhöralgorithmus
benutzt werden. Wenn beispielsweise ein AP seinen Kanal für Abhörzwecke ändert, kann
er seine Netzstationen anweisen, zu folgen. Nun kann der AP auf
diesem Kanal für Normalbetrieb
und für
Abhörbetrieb
bleiben. Auf diese Weise kann der AP für eine Periode von einem Wiederholungsintervall
(100 ms) oder mehr auf diesem Kanal bleiben. Nachdem er genug Informationen
eingesammelt hat, kann er sich auf einen anderen Kanal verlegen.
Aber der AP kann auch auf dem Kanal bleiben, wenn er gut genug ist.
Oder er kann weiter abtasten und den besten Kanal für Langzeitbetrieb
wählen.
Diese Art von Abtastverfahren wird jedesmal dann eingeleitet, wenn
die vom AP auf seinem gegenwärtigen
Kanal erfahrenen Störungen
einen gewissen Schwellwert überschreiten.
