DE69327945T2 - Verfahren zum Weiterreichen einer mobilen drahtlosen Station - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines drahtlosen lokalen Netzsystems.
• Um die Notwendigkeit zu vermeiden, Verbindungen über Draht oder Kabel zwischen Stationen in lokalen Netzen (LAN) verwenden zu müssen, wurden drahtlose lokale Netze entwickelt und sind nun im Handel erhältlich. Jedoch ist der abgedeckte Bereich drahtloser LANs beschränkt, vor allem im häuslichen Bereich, weil es strukturelle Merkmale, z. B. Wände und Böden, in Gebäuden gibt. Ferner kann es wünschenswert sein, daß Stationen in einem drahtlosen LAN mit entfernten Anlagen oder Hilfsmitteln, z. B. Servern, kommunizieren können. Deshalb wurde vorgeschlagen, drahtlose LANs über Interfaceeinrichtungen mit einem Unterstützungs-LAN, z. B. einem verdrahteten LAN zu verbinden, das mit den entfernt angeordneten Anlagen und/oder anderen drahtlosen LANs verbunden werden kann.
• Wenn sich eine drahtlose Mobilstation, z. B. eine tragbare Datenverarbeitungseinheit mit einem drahtlosen Sendeempfänger, umherbewegt, kann man sich in und aus dem Bereich verschiedener Interfaceeinrichtungen bewegen, die mit dem Unterstützungs-LAN verbunden sind. Deshalb ist es bei einer Mobilstation notwendig, die Kommunikation von einer Interfaceeinrichtung zu einer anderen zu übergeben, wenn die Mobilstation bewegt wird.
• Die EP-0 483 544 offenbart ein drahtloses Kommunikationsnetz, das eine Vielzahl von mobilen Datenstationen in bidirektionaler Kommunikation mit Kopfstationen umfaßt, die in einem verdrahteten LAN eingebunden sind und Kommunikationszellen bilden. Wenn eine mobile Datenstation von einer Zelle zu einer anderen gelangt, bestimmt die Mobilstation eine neue Kopfstation für den Kommunikationszugriff auf das verdrahtete LAN. Die Kopfstationen übertragen periodisch Sendemeldungen, welche die Kopfstationen und die Belastungsfaktoren an der Kopfstation identifizieren. Unter Verwendung dieser Meldungen bestimmt eine Mobilstation alle Kopfstationen, an welche die Mobilstation anknüpfen kann, und halten eine Liste möglicher Anknüpfstationen gespeichert. Solange die aktuelle Anknüpfungsstation eine mögliche Anknüpfungsstelle bleibt und die Signalstärke der aktuellen Anknüpfungsstation akzeptabel ist, bleibt die aktuelle Anknüpfung bestehen. Andernfalls bestimmt die Mobilstation eine neue Kopfstation, basierend auf den Belastungsfaktoren der möglichen Anknüpfungsstationen, und wenn die Belastungsfaktoren gleich sind, die Signalstärken der an der Mobilstation empfangenen Signale. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß in der Mobilstation Speicherplatz verbraucht wird, um die Liste potentieller Anknüpfungsstationen zu speichern und daß die periodisch von den Basisstationen übertragenen Meldungen überwacht werden müssen.
• Die WO 92/19059 offenbart ein System, das ein auf Kabel basierendes Netz umfaßt, an das Steuereinrichtungen angebracht sind, die für eine tragbare Einrichtung eine Verbindung mit dem Netz für eine Datenübertragung aufrechterhalten. Die tragbare Einheit sendet Senderufpakete in regelmäßigen Intervallen. Normalerweise wird von der Steuereinrichtung ein Antwortpaket empfangen. Wenn für eine vorbestimmte Anzahl von Versuchen kein Antwortpaket empfangen wird, initialisiert die tragbare Einheit ein Verfahren zum Einklinken in eine neue Steuereinrichtung. Dieses Verfahren involviert das Senden eines Paketes von der tragbaren Einheit, die eine Antwort von den Steuereinrichtungen anfordert, das Senden eines Antwortpaketes von jeder Steuereinrichtung, die die Anforderung empfängt, das Auswählen einer der antwortenden Steuereinrichtungen an der tragbaren Einheit gemäß den Kriterien, die den Datentransfer verbessern, und das Senden eines Paketes von der tragbaren Einheit, das die ausgewählte Steuereinrichtung für die vollständige Registration identifiziert. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die tragbare Einheit ein Anforderungspaket senden muß, um das Übergabeverfahren zu initialisieren.
• US-4,829,519 offenbart ein Übertragungssystem, basierend auf eine Bewertung der Fehlerrate der Meldungen, was bei allen Meldungen eine Coderedundanz für Fehlerkorrektur notwendig macht. Jede Basisstation sendet periodisch Bewertungsmeldungen für die Mobilstation, um eine Suche für eine Ersatzbasisstation zu initialisieren, wenn die ermittelte Fehlerrate ein bestimmtes Niveau übersteigt.
• Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Betreiben eines drahtlosen lokalen Netzsystems bereitzustellen, bei dem die Übergabe der Mobilstation auf einfache Weise ohne die vorstehend erwähnten Nachteile erreicht wird.
• Deshalb wird gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren nach Anspruch 1 bereitgestellt.
• Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun anhand eines Beispiels unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
• Es zeigen:
• Fig. 1 ein Blockschaltbild eines drahtlosen LAN-Systems, in dem die vorliegende Erfindung verwirklicht wird;
• Fig. 2 ein Blockschaltbild einer drahtlosen Mobilstation, die in dem System in Fig. 1 umfaßt wird;
• Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Basisstation, die in dem System in Fig. 1 umfaßt wird;
• Fig. 4 das Format einer Navigationsnachricht; und
• Fig. 5A und 5B Flußdiagramme, welche den Betrieb einer drahtlosen Mobilstation während des Übergabeverfahrens darstellt.
• Zuerst wird auf Fig. 1 Bezug genommen. Es wird ein Blockschaltbild eines drahtlosen LAN-Systems (local area network) 10 gezeigt, das die vorliegende Erfindung verwirklicht. Das LAN-System 10 umfaßt ein Unterstützungs-LAN 12, welches ein verdrahtetes, auf Kabel basierendes LAN ist, und welches ein Kabel 14 umfaßt, das mit einer Vielzahl von Basisstationen 16, die als einzelne Basisstationen 16-1, 16- 2, ..., 16-N bezeichnet werden, verbunden wird. Die Basisstationen 16 umfassen Antennen 18, die als einzelne Antennen 18-1, 18-2, ..., 18-N bezeichnet werden. Ein Server 19 ist mit dem Kabel 14 verbunden, um eine Serverfunktion für die Geräte bereitzustellen, die in dem LAN 12 kommunizieren. Ferner umfaßt das System 10 eine Mobilstation 20 mit einer Antenne 22. Natürlich können mehr als eine Mobilstation in dem System arbeiten. Die Basisstationen umfassen Abdeckbereiche, die als Zellen 24 bezeichnet werden, und zwar als einzelne Zellen 24-1, 24-2, ..., 24-N.
• Nachstehend wird auf Fig. 2 Bezug genommen. Es wird ein Blockschaltbild der Mobilstation 20 gezeigt. Die Mobilstation 20 umfaßt einen drahtlosen Sendeempfänger 30, der an die Antenne 22 und an einen Bus 32 angeschlossen ist. Die Mobilstation 20 umfaßt ferner einen Prozessor 34, einen Speicher 36, (wahlweise) eine Tastatur 38 und eine Anzeigeeinrichtung 40, die jeweils mit dem Bus 32 verbunden sind. Andere Einrichtungen oder Geräte, z. B. ein Drucker (nicht gezeigt), können mit dem Bus 32 verbunden sein. Eine Kommunikationsqualitätsmeßschaltung 42 ist mit der Antenne 22 und dem Bus 32 verbunden und ist zum Messen der Kommunikationsqualität der Signale geeignet, die an der Antenne 22 empfangen werden, wie nachstehend im einzelnen erörtert wird.
• Nachstehend wird auf Fig. 3 Bezug genommen. Es wird ein Blockschaltbild einer Basisstation gezeigt. Die Basisstation 16 umfaßt einen drahtlosen Sendeempfänger 50, der mit der Antenne 18 und einem Bus 52 verbunden ist. Ein weiterer mit dem Bus 52 verbundener Sendeempfänger 54 verbindet die Basisstation 16 mit dem Kabel 14 des Unterstützungs-LAN 12 (Fig. 1). Ferner sind ein Prozessor 56, ein Speicher 58 und eine Filterdatenbank 60 mit dem Bus 52 verbunden, welcher die Daten speichert, die den Standort der Geräte im LAN-System 10 bezüglich der Basisstation 16 identifizieren. Eine Störpegelmeßschaltung 62 ist mit der Antenne 18 und dem Bus 52 verbunden und zum Messen des Störpegels oder Interferenz- Niveaus, das durch den Betrieb der Basisstation 16 erzeugt wird, geeignet.
• Es ist verständlich, daß beim Betrieb des LAN-Systems 10 in Fig. 1, Informationsnachrichten zwischen der Mobilstation 20 und dem Unterstützungs-LAN 12 über eine der Basisstationen 16 übertragen werden. Es versteht sich, daß solche Meldungen oder Nachrichten einen Netz-ID-Teil umfassen, der die bestimmte Zelle 24 identifiziert, zu der die Meldung gesendet wird. Es ist ersichtlich, daß, wenn die Mobilstation 20 umherbewegt wird, diese den Überdeckungsbereich einer Zelle 24 verlassen und in den Überdeckungsbereich einer neuen Zelle 24 eintreten kann. Die vorliegende Erfindung betrifft ein Übergabe- oder Weiterreichungsverfahren zum Weiterreichen einer aufgebauten Verbindung oder Kommunikation von einer Basisstation 16 zu einer anderen Basisstation 16, wenn sich die Mobilstation 20 auf diese Weise bewegt.
• Bei dieser Verbindung ist vorgesehen, daß die Basisstation 16 Navigationsnachrichten in regelmäßigen Intervallen, beispielsweise in Intervallen von einer Sekunde, sendet. Es wird auf Fig. 4 Bezug genommen. Gezeigt wird das Format einer derartigen Navigationsnachricht 70. Die Navigationsnachricht 70 umfaßt einen Präambelabschnitt (PR-1) 72, einen Netz-ID-Abschnitt (NWID) 74, einen zweiten Präambelabschnitt (PR-2) 76, einen Startbegrenzungsabschnitt 78, einen Bestimmungsadressenabschnitt (DA) 80, der die Funkadresse darstellt, die den Empfang durch eine beliebige Mobilstation in der Zelle 24 sicherstellt, die durch die Basisstation 16 abgedeckt wird, z. B. die Mobilstation 20, einen Quellenadressenabschnitt (SA) 82, der die Basisstationsadresse für die Zelle 24 der Basisstation ist, einen Längenabschnitt 84, einen Nachrichtenidentifikationsabschnitt (MID) 86, der die Nachricht 70 als Navigationsnachricht identifiziert, einen Drahtadressenabschnitt (WA) 88, welche die Basisstationsadresse für das verdrahtete LAN 12 ist, einen Störpegel-Abschnitt (IL) 90, der den Hintergrundrauschpegel darstellt, der von der Interferenz-Pegel-Meßschaltung 62 (Fig. 3) gemessen wird, einen Sequenznummerabschnitt (SEQ) 92, einen PAD-Abschnitt 94 und einen Rahmenprüfabschnitt (FCS) 96.
• Wie vorstehend erwähnt, senden die Basisstationen 16 Navigationsnachrichten 70 in regelmäßigen Abständen. In dem dafür gesorgt wird, daß das Intervall zwischen aufeinanderfolgenden Navigationsnachrichten 70 für jede Basisstation 16 etwas unterschiedlich ist, wird das Vorkommen von Kollisionen zwischen den Navigationsnachrichten vermindert. Somit kann die Station 16-1 Navigationsnachrichten 70 in Intervallen von einer Sekunde senden, wohingegen Station 16-2 Navigationsnachrichten 70 in Intervallen von einer Sekunde plus beispielsweise eine Mikrosekunde und Station 16-3 Navigationsnachrichten in Intervallen von einer Sekunde plus beispielsweise zwei Mikrosekunden senden kann. Mit diesem Verfahren wird der Verlust von Navigationsnachrichten aufgrund Kollisionen sehr klein gehalten.
• Nun wird auf die Fig. 5A und 5B Bezug genommen. Es wird ein Flußdiagramm 100 gezeigt, das den Betrieb der Mobilstation 20 während eines Zellenweiterreichungsverfahrens darstellt. Wie in Block 102 gezeigt, arbeitet die Station anfangs in ihrem Normalmode, und zwar kommuniziert sie mit einer laufenden Basisstation, es sei angenommen mit der Basisstation 16-1 (Fig. 1). Wenn eine Navigationsnachricht von der laufenden Basisstation (Black 104) empfangen wird, geht das Flußdiagramm zu Block 106 weiter, wo es ersichtlich ist, daß die Kommunikationsqualität dieser Navigationsnachricht bestimmt wird. Diese Messung umfaßt zuerst das Bestimmen des Maximums des Hintergrundrauschpegels (Interferenzpegel), der an der mobilen Basisstation 20 gemessen wird, und der Hintergrundrauschpegel (Interferenzpegel), der an der Basisstation 16 gemessen wird, und als IL-Abschnitt 90 der Navigationsnachricht 70 enthalten ist, die von der Basisstation 16 empfangen wird. Die gemessene Signalstärke der Navigationsnachricht 70 an der Mobilstation 20 wird dann durch den bestimmten maximalen Rauschpegel dividiert, um ein Kommunikationsqualitätswert bereitzustellen, der auf einen Rauschabstand basiert. Dann wird bestimmt, ob dieser Kommunikationsqualitätswert über oder unter einem ersten vorbestimmten Schwellwert TH1 liegt. Liegt er darüber, geht das Flußdiagramm über den Pfeil 110 zurück zu Block 104. Liegt er darunter, geht das Flußdiagramm zu Block 112, welcher zeigt, daß die Mobilstation 20 in einen Suchbetriebsmode wechselt. Im Suchbetriebsmode schaltet das Empfängerteil des Sendeempfängers 30 (Fig. 2) in einen sogenannten Zellenmischbetriebsmode, in dem Navigationsnachrichten von einer beliebigen Basisstation 16 empfangen und verarbeitet werden kann. Dies kann durch Ignorieren des Netz-ID-Abschnitts 74 (Fig. 4) den Navigationsnachrichten erreicht werden.
• Es sei angenommen, wie in Block 116 gezeigt, daß die erste Navigationsnachricht 70, die von der Mobilstation 20 im Suchmode empfangen wird, von der Basisstation X kommt. Wie in Block 118 gezeigt, wird die Kommunikationsqualität dieser Navigationsnachricht vom Kommunikationsqualitätsmeßschaltkreis 42 (Fig. 2), wie vorstehend beschrieben, gemessen und zwar zuerst durch Bestimmen des Maximums der Hintergrundrauschpegel (Interferenz-Pegel) an der Mobilstation 20 und der Basisstation X, unter Verwendung des IL-Abschnitts 90 der Navigationsnachricht 70, und anschließendem Teilen des Signalpegelwertes der Navigationsnachricht 70 durch den so bestimmten maximalen Rauschpegel. Eine Bestimmung wird dann durchgeführt, ob der Qualitätswert über einem zweiten vorbestimmten Schwellwert TH2 (Block 120) liegt. Liegt er darunter, wird das Flußdiagramm, wie gezeigt, über die Linie 122 zu Block 116 geführt, und die nächste Navigationsnachricht von einer Basisstation 16 wird erwartet. Liegt er darüber, fährt das Flußdiagramm zu Block 123 fort, wo bestimmt wird, ob die Basisstation X die zur Zeit aktuelle Basisstation ist oder nicht. Wenn die Basisstation X nicht die aktuelle Basisstation ist, schaltet die Mobilstation 20 zur neuen Basisstation, d. h. sie schaltet in einen Zustand, bei dem die Meldungen, welche die Netz-ID der neuen Basisstation umfassen, verarbeitet werden (Block 124), wobei der Empfänger vom Zellenmischmode zum Normalmode (Block 126) zurückgeführt wird. Das Flußdiagramm kehrt dann zu Block 104 zurück, wie durch Linie 128 gezeigt. Wenn die Basisstation X die aktuelle Basisstation ist, führt das Flußdiagramm über Linie 130 direkt zu Block 126, wobei der Empfänger in dem normalen Zellenmodebetrieb zurückschaltet, und zwar in Kommunikation mit der aktuellen Basisstation 16.
• In Verbindung mit dem zuvorstehend beschriebenen Weiterreichungsbetrieb ist verständlich, daß der Wert von TH2 größer ist als der Wert von TH1, so daß der Schwellenwert TH2 des Zellensuchstopps eine bessere Kommunikationsqualität anzeigt, als der Schwellenwert TH1 des Zellensuchstartes. Diese Anordnung ist als Hysteresemerkmal wirksam und vermeidet eine Oszillation zwischen den Basisstationen 16, wo sich die Geltungsbereiche 24 überlappen.
• Modifikationen an der beschriebenen Ausführungsform sind möglich. Folglich kann bei einer vereinfachten Anordnung das Messen des Rauschpegels an den Basisstationen 16 weggelassen werden und die Navigationsnachrichten 70 (Fig. 4) können ohne den IL-Abschnitt 90 gesendet werden. Die Kommunikationsqualität an der Mobilstation 20 würde dann nur auf der Basis eines Rauschabstandes bezüglich lokaler Signalstärke zum lokalen Rauschwert bestimmt werden. Bei einer anderen Modifikation, wenn sich die Mobilstation im Zellenmisch-Suchbetriebsmode befindet, und zwar auf der Suche nach einer neuen Basisstation 16, wird ein weiterer Vergleich vorgenommen, um zu bestimmen, ob der Kommunikationsqualitätswert der aktuellen Basisstation 16 geringer ist als ein weiterer vorbestimmter Schwellwert TH3, der kleiner ist als der Schwellwert TH1, wobei der Kommunikationsqualitätswert einer Basisstation 16 über dem Schwellwert TH2 des Zellensuchstopps liegt. In einem solchen Falle, schaltet sich die Mobilstation 20 auf eine solche Basisstation, die einen über dem niedrigeren Schwellwert TH3 liegenden Kommunikationsqualitätswert aufweist. Dieses Schnellsuchverfahren unterstützt das Aufrechterhalten der Kommunikation der Mobilstation 20 mit der Basisstation 16, wenn die Kommunikationsqualität so schlecht wird, daß innerhalb einer möglichst kurzen Zeit eine neue Basisstation 16 identifiziert werden muß.

Claims (7)

1. Verfahren zum Betreiben eines drahtlosen lokalen Netzwerksystems, mit einer Vielzahl von Basisstationen (16) und einer Mobilstation (20), mit folgenden Schritten:

Navigationsnachrichten (70) werden von der Basisstation (16) in regelmäßigen Intervallen gesendet, wobei jede Navigationsnachricht (70) eine Identifizierung der Basisstation (16) umfaßt, welche die Nachricht sendet;

die Mobilstation (20) wird in einem normalen Mode betrieben, wobei die Navigationsnachrichten (70) von einer ersten Basisstation (16) lediglich überwacht werden;

von der ersten Basisstation (16) wird ein Kommunikationsqualitätswert der Navigationsnachrichten (70) bestimmt;

es wird ermittelt, ob der Kommunikationsqualitätswert unakzeptabel wird, und wenn dem so ist, wird der Betriebsmode der Mobilstation (20) auf Suchbetriebsmode geändert, wobei die Navigationsnachrichten (70) von jeder der Basisstationen (16) überwacht werden können;

eine Basisstation (16) wird ausgewählt, die einen akzeptablen Kommunikationsqualitätswert für die überwachten Navigationsnachrichten (70) liefert; und

der Betriebsmode der Mobilstation (20) wird auf den normalen Betriebsmode geändert, wobei die Navigationsnachrichten (70) von der ausgewählten Basisstation (16) lediglich überwacht werden,

dadurch gekennzeichnet,

daß ein Hintergrundrauschpegel für jede Basisstation (16) ermittelt wird; und

daß das Verfahren eine Darstellung des Hintergrundrauschpegels als Teil der Navigationsnachricht (70) umfaßt, die von jeder Basisstation (16) gesendet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Auswählen einer Basisstation (16), die einen akzeptablen Kommunikationsqualitätswert bereitstellt, folgende Schritte umfaßt:

die nacheinander empfangenen Navigationsnachrichten (70) werden überwacht, bis eine Navigationsnachricht (70) mit einem akzeptablen Kommunikationsqualitätswert empfangen wird; und

die Basisstation (16), die die Navigationsnachricht (70) mit dem akzeptablen Kommunikationsqualitätswert liefert, wird ausgewählt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feststellung, ob der Kommunikationsqualitätswert unakzeptabel wird, folgende Schritte umfaßt:

der Kommunikationsqualitätswert wird mit einem ersten vorbestimmten Schwellenwert verglichen; und

der Kommunikationsqualitätswert wird als unakzeptabel identifiziert, wenn der Kommunikationsqualitätswert unter dem ersten vorbestimmten Schwellenwert liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Überwachen der nacheinander empfangenen Navigationsnachrichten (70) folgende Schritte umfaßt:

der Kommunikationsqualitätswert der nacheinander empfangenen Navigationsnachrichten (70) wird mit einem zweiten vorbestimmten Schwellenwert vergleichen; und

der Kommunikationsqualitätswert wird als akzeptabel identifiziert, wenn der Kommunikationsqualitätswert über dem zweiten vorbestimmten Schwellenwert liegt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite vorbestimmte Schwellenwert größer als der erste vorbestimmte Schwellenwert ist.

6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bestimmen eines Kommunikationsqualitätswerts folgende Schritte umfaßt:

für eine empfangene Navigationsnachricht (70) wird ein Signalstärkewert bestimmt;

für die Mobilstation (20) wird ein Hintergrundrauschwert bestimmt; und

der Signalstärkewert wird durch den Hintergrundrauschwert geteilt, um den Kommunikationsqualitätswert zu erhalten.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bestimmen eines Kommunikationsqualitätswerts folgende Schritte umfaßt:

für eine empfangene Navigationsnachricht (70) wird ein Signalstärkewert bestimmt;

für die Mobilstation (20) wird ein Hintergrundrauschpegel bestimmt;

für die Mobilstation (20) wird der maximale Wert des Hintergrundrauschpegels und die Hintergrundrauschpegeldarstellung der Basisstation (16) in der empfangenen Navigationsnachricht (70) bestimmt; und

der Signalstärkewert wird durch den festgestellten Maximalwert geteilt, um den Kommunikationsqualitätswert zu erhalten.