Результат интеллектуальной деятельности: РАСПРЕДЕЛЕННАЯ ИНФРАСТРУКТУРА ДЛЯ БЕСПРОВОДНОЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ

Область техники, к которой относится изобретение

Данное изобретение имеет отношение к системам беспроводной связи и, в частности, к беспроводным сетям передачи пакетных данных.

Предшествующий уровень техники

Фигура 1

Фигура 1 показывает стандартную беспроводную сеть 100 передачи пакетных данных с единственным маршрутизатором. Маршрутизатор 102 пакетов (МП; PR) принимает пакеты данных от остальной части сети 104 и направляет их к одной или нескольким точкам 106-110 доступа к сети (ТДС, NAP). Точки 106-110 доступа к сети передают пакеты в прямом направлении к терминалу 112 пользователя (ТП, UT) по прямым беспроводным линиям 114-116 связи. Терминал 112 пользователя передает пакеты обратно к точкам 106-110 доступа к сети по обратным линиям 118-120 связи. Терминалом пользователя может быть сотовый телефон, носимый человеком, портативный компьютер, мобильный телефон в автомобиле или любое другое мобильное устройство, которое должно продолжать обеспечивать соединение даже при его перемещении.

Управляющая точка 122 (УТ, CP) подключена к маршрутизатору 102 пакетов. Она управляет линиями 114-120 связи. Управление включает в себя много функций. Например, так как терминал 112 пользователя перемещается с места на место, потери на трассе между ним и точками 106-110 доступа к сети изменяются. В ситуации, показанной на фигуре 1, управляющая точка 122 должна предписывать терминалу 112 пользователя передавать с минимальной величиной мощности, требуемой для приема по меньшей мере одной из точек 106-110 доступа к сети. Мощность передачи мобильной станции минимизируется, так как она вызывает помехи для передач от других мобильных станций. При перемещении терминала пользователя из области, обслуживаемой точкой 106 доступа к сети, в область, обслуживаемую точкой 108 доступа к сети, произойдет эстафетная передача обслуживания терминала 112 пользователя от точки 106 доступа к сети к точке 108 доступа к сети. Управляющая точка 122 должна управлять эстафетной передачей обслуживания. Другие функции управления известны специалистам в данной области техники.

Фигура 2

Фигура 2 показывает стандартную беспроводную сеть 200 передачи пакетных данных с множеством маршрутизаторов, поддерживающую протокол мобильности, такой как мобильный Интернет-протокол (Mobile IP), описанный в Internet Engineering Task Force RFC 2002. Второй маршрутизатор 202 пакетов подключен к первому маршрутизатору 102 пакетов, к остальной части сети 104 или (как показано) к обоим. Второй маршрутизатор 202 пакетов подключен к точкам 204-206 доступа к сети. На фигуре 2 терминал 112 пользователя перемещается из области, обслуживаемой точкой 110 доступа к сети (где он обслуживается прямой линией 208 связи), в область, обслуживаемую точкой 204 доступа к сети (где он обслуживается прямой линией 210 связи). Управляющая точка 122 управляет беспроводными линиями связи во время этой эстафетной передачи обслуживания (включая управление обратными линиями 212-214 связи) во многом таким же образом, что и во время эстафетной передачи обслуживания, показанной на фигуре 1. Если это желательно, управление может быть передано от первой управляющей точки 122 ко второй управляющей точке 222. Эти управляющие точки соединены с первым и вторым маршрутизаторами 102 и 202 пакетов соответственно.

На фигуре 2 также показан собственный агент 224 (СА) и внешний агент 226 (ВА). Собственный агент 224 соединен с первым маршрутизатором 102 пакетов, а внешний агент 226 соединен со вторым маршрутизатором 202 пакетов.

Терминал 112 пользователя имеет сетевой адрес, для которого маршрутизатор 102 пакетов объявляет доступность. Пакет, предназначенный для терминала 112 пользователя, следовательно, посылается к первому маршрутизатору 102 пакетов. При нахождении терминала 112 пользователя в зоне обслуживания точек доступа к сети, связанных с маршрутизатором 102 пакетов (106-110), маршрутизатор 102 пакетов отправит этот пакет к управляющей точке 122, которая пошлет пакет для передачи к точкам доступа к сети, которые в данный момент обеспечивают прямую беспроводную линию связи с терминалом 112 пользователя.

Терминал 112 пользователя может оставить область, обслуживаемую первым маршрутизатором 102 пакетов, и может войти в область, обслуживаемую вторым маршрутизатором 202 пакетов. Сеть 104 пошлет пакеты, предназначенные для терминала 112 пользователя, к маршрутизатору 102 пакетов, который затем отправит их к собственному агенту 224, который отслеживает текущее местонахождение терминала 112 пользователя в форме адреса «для передачи». Собственный компонент затем упаковывает эти пакеты в пакеты, предназначенные для адреса для передачи терминала пользователя (например, внешнего агента 226), и пересылает эти пакеты через маршрутизаторы 102 и 202 пакетов. После приема этих пакетов внешний агент 226 распаковывает эти пакеты и пересылает эти пакеты, предназначенные для передачи к терминалу 112 пользователя, к управляющей точке 222. Управляющая точка 222 затем отправит эти пакеты для передачи к точкам доступа к сети, которые в данный момент обеспечивают прямую беспроводную линию связи с терминалом 112 пользователя.

В этом способе управление точками доступа к сети для соединения для передачи данных переместилось от управляющей точки 122 к управляющей точке 222. В другом стандартном способе управление не перемещается между этими управляющими точками, и в этом случае маршрутизатор 102 пакетов продолжает перенаправлять пакеты для передачи на терминал 112 пользователя к управляющей точке 122, которая затем посылает пакеты непосредственно к точкам доступа к сети, обеспечивающим прямую беспроводную линию связи с терминалом 112 пользователя, независимо от системы, в которой расположены эти точки доступа к сети. Например, управляющая точка 122 может переслать пакеты для передачи к точкам 106-110 доступа к сети, так же как и к 204-206.

Данная архитектура имеет несколько фундаментальных проблем: управляющие точки для каждой части сети являются одиночными точками отказа, которые должны быть сделаны высоко надежными, что увеличивает их стоимость. Кроме того, так как они являются уникальными для каждой сети, эта архитектура не масштабируется должным образом с возрастанием числа точек доступа к сети, что увеличивает и численность мобильных терминалов, которые могут быть обслужены и, следовательно, нагрузку на управляющие точки. Наконец, возникновение высокоскоростных беспроводных протоколов требует управления с низкой латентностью со стороны управляющей точки, которое невозможно из-за задержек на передачу и формирование очереди между управляющими точками и точками доступа к сети.

Кроме того, поскольку маршрутизатор соединен с одной или несколькими точками доступа к сети, отказ маршрутизатора приводит к отказу обслуживания пользователей в области, обслуживаемой одной или несколькими точками доступа к сети, соединенными с этим маршрутизатором.

Сущность изобретения

Заявители обеспечивают разрешение недостатков выше описанной архитектуры посредством распределения функциональности управляющих точек и совместного размещения управляющей точки с каждой точкой доступа к сети. Архитектура, предложенная заявителями, дополнительно оптимизируется путем совместного размещения внешних агентов с точками доступа к сети и управляющими точками.

Кроме того, если конкретная архитектура использует множество маршрутизаторов, то каждая точка доступа может быть соединена с несколькими маршрутизаторами.

Перечень фигур чертежей

Фигура 1 показывает стандартную беспроводную сеть передачи пакетных данных с единственным маршрутизатором.

Фигура 2 показывает стандартную беспроводную сеть передачи пакетных данных с множеством маршрутизаторов.

Фигура 3 показывает беспроводную сеть передачи пакетных данных с единственным маршрутизатором согласно данному изобретению.

Фигура 4 показывает беспроводную сеть передачи данных с множеством маршрутизаторов согласно одному варианту осуществления данного изобретения.

Фигура 5 показывает беспроводную сеть передачи пакетных данных с множеством маршрутизаторов согласно другому варианту осуществления данного изобретения.

Способы осуществления изобретения

Фигура 3

Фигура 3 показывает беспроводную сеть 300 передачи пакетных данных с единственным маршрутизатором согласно данному изобретению.

Терминал 302 пользователя сконфигурирован для передачи и приема беспроводных пакетов данных. Имеется множество точек 304-308 доступа к сети, каждая из которых сконфигурирована для передачи пакетов данных к терминалу 302 пользователя и для приема их от него. Маршрутизатор 310 способен передавать пакеты данных к точкам 304-308 доступа к сети и принимать их от этих точек. Фигура 3 показывает ситуацию, в которой терминал пользователя оставляет область, обслуживаемую первой точкой 304 доступа к сети, и входит в область, обслуживаемую второй точкой 306 доступа к сети.

Имеется множество управляющих точек 312-316. Как и в известном уровне техники, каждая управляющая точка сконфигурирована для управления беспроводной линией 318-324 связи между терминалом 302 пользователя и выбранной точкой 304-308 доступа к сети. Однако имеется множество управляющих точек 312-316 вместо единственной управляющей точки 122. В этом изобретении терминал пользователя обслуживается управляющей точкой, которая расположена совместно с первой точкой доступа к сети, посредством которой терминал пользователя установил связь для конкретного обмена данными. В примере по фигуре 3 терминал 302 пользователя в данный момент имеет соединение как к пункту с точкой 304 доступа к сети, так и с точкой 306 доступа к сети. Если первой точкой доступа к сети для обслуживания терминала пользователя была точка 304 доступа к сети, то управляющей точкой будет управляющая точка 312. В противном случае управляющей точкой будет управляющая точка 314. С использованием этого соглашения управление множеством терминалов пользователей, осуществляющих доступ в сеть, будет выполняться множеством управляющих точек, таким образом достигается распределение нагрузки между управляющими точками. Кроме того, отказ управляющей точки повлиял бы только на терминалы пользователей, обслуживаемые ею, а не на всю совокупность терминалов пользователей.

Каждая управляющая точка 312-316 сконфигурирована для выбора точки 304-308 доступа к сети для осуществления связи с терминалом 302 пользователя. На фигуре 3 первая управляющая точка 312 выбрала первую точку 304 доступа к сети в качестве точки доступа к сети для осуществления связи с терминалом 302 пользователя. Однако так как терминал 302 пользователя оставляет область, обслуживаемую первой точкой 304 доступа к сети, и входит в область, обслуживаемую второй точкой 306 доступа к сети, первая управляющая точка 312 выбирает обе точки 304, 306 доступа к сети для осуществления связи с терминалом 302 пользователя. Первая управляющая точка 312 затем выбирает только вторую точку 306 доступа к сети для осуществления связи с терминалом 302 пользователя, тем самым обуславливая мягкую эстафетную передачу обслуживания. Первая управляющая точка 312 может удерживать управление даже после завершения описанного процесса или она может передать управление второй управляющей точке 314. Третья управляющая точка 316 не использовалась во время описанного процесса, но остается доступной в случае, если терминал 302 пользователя перемещается в область, обслуживаемую третьей точкой 308 доступа к сети. Оператор может использовать любой удобный способ для определения того, когда необходимо удерживать управление в текущей управляющей точке и когда необходимо передать управление другой управляющей точке.

Мягкая эстафетная передача обслуживания не является единственно возможным событием, которое инициирует решение о том, удерживать ли управление в текущей управляющей точке или передать управление другой управляющей точке. Распределение нагрузки, отказ управляющей точки и подобные рассмотрения могут использоваться оператором для определения того, когда инициировать решение.

С использованием протокола мобильности, такого как Internet Engineering Task Force RFC 2002, пакеты, предназначенные для терминала 302 пользователя, направляются от маршрутизатора 310 к управляющей точке, которая в данный момент управляет связью с терминалом 302 пользователя.

Фактическая точка доступа к сети, используемая для осуществления связи с терминалом пользователя, может отличаться от точки доступа к сети, связанной с управляющей точкой, или может быть той же самой.

Если это желательно, каждая управляющая точка может быть сконфигурирована для выбора множества точек доступа к сети для одновременной связи с терминалом пользователя. В этом случае все выбранные точки доступа к сети могут отличаться от точки доступа к сети, связанной с управляющей точкой, или одна из выбранных точек доступа к сети может быть такой же, как и точка доступа к сети, связанная с управляющей точкой.

Каждая управляющая точка может быть сконфигурирована, если это желательно, для буферизации информации протокола канального уровня для терминала пользователя во время периодов, когда терминалу пользователя не назначен канал трафика. Если это сделано, то буферизующая управляющая точка может быть ассоциирована с точкой доступа к сети, использованной первой терминалом пользователя, с точкой доступа к сети, использованной последней терминалом пользователя, или с любой другой точкой.

Фигура 4

Фигура 4 показывает беспроводную сеть 400 передачи пакетных данных с множеством маршрутизаторов согласно одному варианту осуществления данного изобретения.

Терминал 402 пользователя сконфигурирован для передачи и приема беспроводных пакетов данных. Имеется множество точек 404-412 доступа к сети, каждая из которых сконфигурирована для передачи беспроводных пакетов данных к терминалу 402 пользователя и приема их от него. Имеется один или несколько маршрутизаторов 414-416, способных передавать пакеты данных к точками 404-412 доступа к сети и принимать их от этих точек. Каждая точка 404-412 доступа к сети соединена только с одним маршрутизатором 414-416. Имеется один или несколько собственных агентов 418-420. Каждый собственный агент 418-420 связан с маршрутизатором 414-416. Собственные агенты упаковывают пакеты, предназначенные для терминалов пользователей, зарегистрированных на них, в пакеты, предназначенные для текущего адреса для передачи терминала пользователя. Этим адресом является адрес внешнего агента, расположенного совместно с управляющей точкой, которая управляет связью с терминалом пользователя. Внешний агент может быть соединен с тем же маршрутизатором, что и собственный агент, или с другим маршрутизатором. Использование собственных агентов и внешних агентов хорошо известно специалистам в данной области техники и описано в таких протоколах мобильности как Internet Engineering Task Force RFC 2002.

Имеется множество внешних агентов 422-430. Каждый внешний агент 422-430 также связан с точкой 404-412 доступа к сети и управляющей точкой 432-440. Каждый внешний агент сконфигурирован для приема пакетов для терминалов пользователей, обслуживаемых в данный момент управляющей точкой, совместно расположенной с этим внешним агентом. Внешний агент принимает пакеты, предназначенные для него. Если эти пакеты содержат пакеты, предназначенные для таких терминалов пользователей, то он распаковывает эти пакеты и отправляет их к управляющей точке.

Имеется множество управляющих точек 432-440. Как и на фигуре 3, каждая управляющая точка 432-440 связана с точкой 404-412 доступа к сети. Каждая управляющая точка 432-440 сконфигурирована для выбора одной или нескольких точек 404-412 доступа к сети для связи с терминалом 402 пользователя. Каждая управляющая точка 432-440, кроме того, сконфигурирована для управления беспроводной линией 442-448 связи между терминалом 402 пользователя и выбранной точкой или выбранными точками 408-410 доступа к сети. Терминал 402 пользователя таким образом остается в связи с остальной частью сети 450 даже при перемещении.

Выбранная точка доступа к сети может отличаться от точки доступа к сети, связанной с управляющей точкой, или совпадать с ней.

Каждая управляющая точка может быть сконфигурирована для выбора множества точек доступа к сети для одновременной связи с терминалом пользователя. Если это так, то все выбранные точки доступа к сети могут отличаться от точки доступа к сети, связанной с управляющей точкой, или одна из них может совпадать с данной точкой доступа.

Следуя за эстафетной передачей обслуживания, управление либо может оставаться в первоначальной управляющей точке либо может быть передано управляющей точке, связанной с новой точкой доступа к сети. Как и в устройстве по фигуре 3, оператор может использовать любой удобный способ для определения того, когда необходимо удерживать управление в текущей управляющей точке и когда необходимо передать управление другой управляющей точке. Так же как в устройстве по фигуре 3, мягкая эстафетная передача обслуживания не является единственным возможным событием, которое инициирует решение того, удерживать ли управление в текущей управляющей точке или передать управление другой управляющей точке. Распределение нагрузки, отказ управляющей точки и подобные рассмотрения могут использоваться оператором для определения, когда инициировать решение.

При любом событии каждая управляющая точка может быть дополнительно сконфигурирована для буферизации информации протокола канального уровня для терминала пользователя во время периодов, когда терминалу пользователя не назначен канал трафика. Это может быть сделано в управляющей точке, ассоциированной с точкой доступа к сети, использованной первой терминалом пользователя, использованной последней терминалом пользователя, или в любой другой управляющей точке.

Фигура 5

Фигура 5 показывает беспроводную сеть 500 передачи пакетных данных с множеством маршрутизаторов согласно другому варианту осуществления данного изобретения.

Беспроводная область обслуживания беспроводной сети 500 передачи пакетных данных покрыта множеством точек 502 доступа к сети, пять из которых 502(1), 502(2), 502(3), 502(4) и 502(5) показаны с целью иллюстрации. Точки 502 доступа к сети сконфигурированы для передачи сигналов по прямой беспроводной линии 518 связи к множеству терминалов 516 пользователей и приема сигналов по обратной беспроводной линии 520 связи от множества терминалов 516 пользователей. Каждая точка 502 доступа к сети соединена с множеством маршрутизаторов 506 пакетов. Каждое соединение между любым маршрутизатором 506 пакетов и любой точкой 502 доступа к сети сконфигурировано для обеспечения двунаправленного обмена пакетами данных. Маршрутизаторы 506 пакетов соединены с остальной частью сети 508. Кроме того, маршрутизаторы 506 пакетов могут быть соединены друг с другом.

Пакет, предназначенный для пользователя 516, через сеть 508 обеспечивается для одного из маршрутизаторов 506, например для маршрутизатора 506(1). Решение, которое использует маршрутизатор 506, принимается в соответствии с протоколами маршрутизации, такими как первоочередное открытие кратчайших маршрутов (OSPF), пограничный межсетевой протокол (BGP) и другими протоколами маршрутизации, известными специалисту в данной области техники. Маршрутизатор 506(1) пакетов отправляет пакет к собственному агенту 510(1), связанному с маршрутизатором 506(1). Собственный агент 510(1) сконфигурирован для отслеживания текущего местоположения терминала 516 пользователя в форме адреса для передачи. Адресом для передачи является адрес внешнего агента 512, расположенного совместно с точкой доступа, которая обслуживает терминал 516 пользователя. Применение собственных агентов и внешних агентов хорошо известно специалистам в данной области техники и описано в таких протоколах мобильности как Internet Engineering Task Force RFC 2002. Собственный агент 510(1) затем упаковывает пакет в пакет, предназначенный для адреса для передачи терминала 516 пользователя (например, внешний агент 512(3)), и посылает упакованные пакеты через соединение между маршрутизаторами 506(1) пакетов и точкой 502(3) доступа к сети.

После приема упакованного пакета внешний агент 512(3) распаковывает упакованный пакет и пересылает пакет, предназначенный для передачи на терминал 516 пользователя, к управляющей точке 514(3), связанной с точкой 502(3) доступа к сети. Управляющая точка 514(3) управляет беспроводными линиями 518(3) и 520(3) связи. Управление включает в себя управление мощностью, эстафетную передачу обслуживания и другие функции управления, известные специалистам в данной области техники. Управляющая точка 514(3) пересылает пакет для передачи к точке (точкам) 502 доступа к сети, которые в данный момент обеспечивают беспроводную линию связи с терминалом 516 пользователя.

Как описано, терминал 516 пользователя обслуживается управляющей точкой 514(3), которая расположена совместно с точкой 502(3) доступа к сети, с которым терминал 516 пользователя установил связь. Однако, как изображено на фигуре 5, терминал 516 пользователя перемещается из области, обслуживаемой точкой 502(3) доступа к сети, в область, обслуживаемую точкой 502(4) доступа к сети. Управляющая точка 514(3) теперь управляет беспроводными линиями 518 и 520 связи для обеих точек 502(3) и 502(4) доступа к сети. В одном варианте осуществления, если терминал 516 пользователя оставляет область, обслуживаемую точкой 502(3) доступа к сети, для перемещения в область, обслуживаемую точкой 502(4) доступа к сети, то управляющая точка 514(4) продолжает управлять второй точкой 502(4) доступа к сети. В другом варианте осуществления управляющая точка 514(3) передает управление управляющей точке 514(4), если терминал 516 пользователя оставляет область, обслуживаемую точкой 502(3) доступа к сети, для перемещения в область, обслуживаемую точкой 502(4) доступа к сети. Кроме того, хотя была описана эстафетная передача обслуживания между двумя точками 502 доступа, каждая управляющая точка 514 может быть сконфигурирована для управления множеством точек 502 доступа к сети для одновременной связи с терминалом 516 пользователя.

Хотя были описаны два конкретных варианта осуществления, вследствие распределенной сущности сети 500 и полной взаимной связности, оператор сети может использовать любой удобный способ для определения того, когда необходимо удержать управление в текущей управляющей точке 514 и когда необходимо передать управление другой управляющей точке 514. Следовательно, фактическая точка 502 доступа к сети, осуществляющая связь с терминалом 516 пользователя, может отличаться от управляющей точки 514, связанной с точкой 502 доступа к сети, или может быть той же самой.

Мягкая эстафетная передача обслуживания не является единственно возможным событием, которое инициирует решение того, удерживать ли управление в текущей управляющей точке 514 или передать управление к другой управляющей точке 514. Распределение нагрузки, отказ управляющей точки 514 и подобные рассмотрения могут использоваться оператором для определения того, когда инициировать решение.

Каждая управляющая точка 514 может быть сконфигурирована, если это желательно, для буферизации информации протокола канального уровня для терминала 516 пользователя во время периодов, когда терминалу 516 пользователя не назначен канал трафика. Если это сделано, то буферизующая управляющая точка 514 может быть ассоциирована с точкой 502 доступа к сети, использованной первой терминалом 516 пользователя, с точкой 516 доступа к сети, использованной последней терминалом пользователя, или любой другой точкой 502 доступа к сети.

Промышленная применимость

Данное изобретение пригодно к использованию в промышленности и может быть выполнено и использовано всякий раз, когда требуется распределенная сеть передачи пакетных данных, обеспечивающая мобильность.

Здесь описано несколько примеров и способов для реализации данного описания. Однако истинная сущность и объем изобретения не ограничиваются ими, а ограничены только прилагаемой формулой изобретения и ее эквивалентами.