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Hintergrund der Erfindung
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
die Verwendung drahtloser Lokalnetze (LANs). Solche Netze umfassen
mehrere Mobilvorrichtungen, wie. z. B. tragbare Computer oder andere
Informationsverarbeitungsvorrichtungen zur drahtlosen Kommunikation.
Die Mobilvorrichtungen kommunizieren normalerweise über Zugangspunkte
mit einer verdrahteten Infrastruktur. Jeder Zugangspunkt repräsentiert
eine Basisstation für
eine Mikrozelle, die gemäß einem Frequenzhopping-Schema
in einem Frequenzband, z. B. dem Frequenzband von 2,4 bis 2,4835
GHz, arbeitet. Die Mobilvorrichtungen müssen Kommunikationsverbindungen
mit neuen Zugangspunkten herstellen, wenn sie sich aus dem Bereich
der alten Zugangspunkte herausbewegen. Ferner kann es zur korrekten
Lasthandhabung vorteilhaft sein, eine Mobilvorrichtung auf einen
anderen Zugangspunkt umzuschalten, um die Netzkapazität gleichmäßiger zu verteilen,
selbst wenn sich die Mobilvorrichtung noch innerhalb des Bereichs
ihres vorherigen Zugangspunkts befindet.
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2. Beschreibung der verwandten
Technik
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Eines der Frequenzbänder, über die
drahtlose Lokalnetze häufig
kommunizieren, ist das Frequenzband zwischen 2.4 und 2,4835 GHz.
Dieses Frequenzband ist aufgrund mangelhafter Charakteristiken relativ
ungeregelt und daher nur wenig wünschenswert.
Die Unzulänglichkeiten
dieses Frequenzbands sind auf die Tatsache zurückzuführen, dass es auch der Vibrationsfrequenzbereich
eines Wassermoleküls
ist. Mikrowellenöfen,
die Objekte durch Invibrationver setzen der darin enthaltenen Wassermoleküle erhitzen,
arbeiten daher in diesem Frequenzbereich. Somit kann ein Mikrowellenofen als
Störer
oder Rauschquelle betrachtet werden, der/die bei Betrieb zumindest
einen Teil des 2,4- bis 2,4835 GHz-Frequenzspektrums stört.
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Infolge der mangelhaften Qualität verwenden
drahtlose Lokalnetze in diesem Band typischerweise ein Frequenzhopping-Schema
mit schneller Umschaltung von einem Kanal innerhalb dieses Frequenzbands
auf einen anderen Kanal innerhalb dieses Frequenzbands. Da das Band
83,5 MHz breit ist, werden durch die herkömmliche Kanalverteilung gemäß den aktuellen
FCC-Regelungen 83 einzelne Kanäle
jeweils mit einer Breite von 1 MHz hergestellt. Somit umfasst der
erste Kanal 2,405 bis 2,4015 GHz, der zweite Kanal 2,4015 bis 2,4025
GHz usw. Herkömmlicherweise
werden 82 einzelne Kanäle
verwendet, wobei ein Schutzband auf jeder Seite des Frequenzbereichs
verbleibt.
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Ein typisches System springt mit
einer gleichmäßigen Hopping-Rate
von beispielsweise 10 Sprüngen
pro Sekunde von einem Kanal zum anderen. Um die Kommunikation aufrechtzuerhalten
muss jede Kommunikationsvorrichtung wissen, wann und wo sie springen
muss. Normalerweise arbeitet jeder Zugangspunkt kontinuierlich gemäß einem
vorbestimmten Hopping-Schema. Somit kann, wenn eine Mobilvorrichtung
das Hopping-Schema des Zugangspunkts, mit dem sie kommuniziert,
kennt, auf mit dem Zugangspunkt zusammenfallende Frequenzen springen.
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Ungefähr 65 relativ unzusammenhängende Frequenzhopping-Schemata
sind erstellt worden, die ein effektives orthogonales Springen bewirken,
wobei es bei einem vorgegebenen Hopping-Schema nur wenige Fälle, wenn überhaupt
welche, gibt, bei denen zwei Zugangspunkte auf der gleichen Frequenz kommunizieren.
Somit arbeitet jeder Zugangspunkt gemäß einem dieser 65 Hopping-Schemata.
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Bei einem typischen System wird ein
Zeitmarkenrahmen zu Beginn jedes Frequenzsprungs von jedem Zugangspunkt übertragen.
Der Zeitmarkenrahmen umfasst das Identifizieren der Kanalnummer
(d. h. der speziellen Frequenz), auf der der Zugangspunkt sendet,
und das Identifizieren der von dem Zugangspunkt angewendeten Hopping-Sequenz.
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Ein Problem tritt auf, wenn eine
Mobilvorrichtung von der Kommunikation mit einem Zugangspunkt zu
der Kommunikation mit einem anderen Zugangspunkt übergeht.
Um die Kommunikation fortzusetzen, muss die Mobilvorrichtung feststellen,
welches Hopping-Schema von dem neuen Zugangspunkt angewendet wird.
Bei einem herkömmlichen Verfahren
zum Herstellen einer Kommunikationsverbindung mit dem neuen Zugangspunkt
arbeitet die Mobilvorrichtung in einem "Such-"Modus, bei dem sie einfach einen der
82 in Betrieb befindlichen Kanäle auswählt und
wartet, bis der neue Zugangspunkt auf diesen Kanal springt. Bei
Empfang des Zeitmarkenrahmens stellt die Mobilvorrichtung dann die
von dem neuen Zugangspunkt verwendete Hopping-Sequenz fest und springt
dann zusammen mit dem neuen Zugangspunkt gemäß seinem Hopping-Schema.
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Das Warten darauf, dass der Zugangspunkt auf
die von der Mobilvorrichtung ausgewählte Frequenz springt, kann
zu einer langen Übergangszeit und
somit zu einer niedrigen Datenübertragungsrate führen. Ein
weiteres Problem kann auftreten, wenn eine in der Nähe befindliche
Strahlungsquelle, wie z. B. ein Mikrowellenofen oder eine andere
Quelle, zufällig
auf der ausgewählten "Such"-Frequenz arbeitet.
Der Betrieb der Strahlungsquelle bei der entsprechenden Frequenz
kann ein Stören über einen
lange Zeitraum bewirken, so dass die Kommunikationsverbindung nicht
oder erst nach einer inakzeptabel langen Übergangszeit wiederhergestellt
wird.
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Alternativ kann die Mobilvorrichtung
durch zufälliges
Springen einen Übergang
vollziehen und schließlich
eine Frequenz erreichen, die auch von dem neuen Zugangspunkt verwendet
wird. Diese Strategie ist ebenso ineffizient wie die erste, obwohl sie
die Effekte einer in der Nähe
befindlichen Rauschquelle reduzieren und somit die statistische Wahrscheinlichkeit
des Herstellens einer Kommunikationsverbindung erhöhen kann.
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Alternativ kann, wenn das Netz hergestellt und
die Zugangspunkte ihre anfängliche
Anordnung erhalten haben, der Manager des Lokalnetzes das Hopping-Schema
für jeden
Zugangspunkt einstellen und ein System erstellen, mit dem jeder
Zugangspunkt die Mobilvorrichtung, mit der er kommuniziert, über das
Hopping-Schema der benachbarten Zugangspunkte informieren kann.
Eine solche Strategie erfordert jedoch großes Geschick und großen Aufwand
seitens des Lokalnetz-Managers. Ferner ist damit ein beträchtlicher
Arbeitsaufwand verbunden, wenn Änderungen
an der Lokalnetztopologie durchgeführt werden, wie z. B. das Einbauen
zusätzlicher Zugangspunkte
zum Handhaben der erhöhten
Kapazität
in einem aktiven Lokalnetz.
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Es wäre daher vorteilhaft, eine
Lokalnetztopologie zur Verfügung
zu haben, bei der die Zugangspunkte und Mobilvorrichtungen mit der
Zeit ihre Beziehungen zueinander feststellen und die Beziehungen
kontinuierlich aktualisieren können,
so dass, wenn eine Mobilvorrichtung von der Kommunikation mit einem
Zugangspunkt zu der Kommunikation mit einem anderen Zugangspunkt übergeht,
die Mobilvorrichtung im wesentlichen eine konkrete Vorstellung davon
hat, welches Frequenzhopping-Schema wahrscheinlich verwendet wird,
wenn sie den Übergang
vollzogen hat.
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Das Dokument "Phoenix Conference on Computers and
Communications".
1.– 3.
April 1992, Scottsdale, Arizona, XP000310617, Kaname Arai, Hiroshi
Shigeno, Teruo Yokoyama, Yutaka Matsushita, "A hybrid indoor data network with radio
and wire performance evaluation in a Rayleigh Channel" beschreibt ein Netzsystem,
bei dem Kanäle
dynamisch zugewiesen werden und Basisstationen Kanäle gemäß den nicht
von anderen Basisstationen verwendeten Kanälen auswählen.
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In EP-A-0,621,707 ist ein Steuersystem
für das
automatisierte Management des Frequenz-Hopping in einem Funknetz
beschrieben, wobei das System einen drahtlosen Netzmanager und eine
drahtlose Steuerhilfseinrichtung aufweist, die die Verteilung und
Aufrechterhaltung der Hopping-Struktur in dem Netz steuern.
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In WO-A-9319560 ist ein digitales
Zellularsystem beschrieben, bei dem ein Übergabe-Target für eine Kommunikationseinheit,
die ein übertragenes
Signal über
eine Abnehmer-Basisstelle austauscht, wie folgt ausgewählt wird:
Modifizieren einer Basisstellenfrequenzliste derart, dass Basisstellen, die
der Abnehmer-Basisstelle nicht benachbart sind, aufgenommen werden,
wenn ein Zeitvorlaufswert eine vorbestimmte Schwelle überschreitet,
und anschließendes
Auswählen
des Übergabe-Target,
das die höchste
Empfangssignalstärkenanzeige
aufweist, aus der modifizierten Liste.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe
zugrunde, ein Verfahren zur einfachen Feststellung des wahrscheinlichen
Frequenzhopping-Schemas für
einen neuen Zugangspunkt zu schaffen.
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Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe
zugrunde, diese Feststellung ohne beträchtlichen Aufwand seitens der
LAN-Benutzer oder des LAN-Managers durchzuführen.
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Der Erfindung liegt ferner die Aufgabe
zugrunde, kurze Übergangszeiten
zu realisieren, wenn eine Mobilvorrichtung, wie z. B. ein Computer
oder eine andere Informationsverarbeitungseinrichtung, von der Kommunikation
mit einem Zugangspunkt zu der Kommunikation mit einem anderen Zugangspunkt übergeht.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung wird ein Verfahren zum Aufrechterhalten einer Kommunikation
in einem drahtlosen Lokalnetz (LAN) mit einer Zugangspunkt-Erfassungstopologie in
einer dynamischen Umgebung geschaffen, wobei das LAN mehrere Zugangspunkte
und mehrere aktive Mobilvorrichtungen aufweist und das Verfahren folgende
Schritte umfasst:
- (a) Zuweisen eines eindeutigen
Frequenzhopping-Schemas zu jedem Zugangspunkt; und
- (b) Initiieren einer Kommunikationsverbindung zwischen einer
der aktiven Mobilvorrichtungen und einem der Zugangspunkte, wobei
die Kommunikationsverbindung dem Frequenzhopping-Schema des Zugangspunkts
entspricht;
dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren
ferner folgende Schritte umfasst: - (c) durch
Bezugnahme auf eine Zugangspunkt-Adjazenzmatix Feststellen für die aktive Mobilvorrichtung,
welcher der anderen Zugangspunkte am wahrscheinlichsten dem aktuellen
Zugangspunkt benachbart ist;
- (d) Versuchen, eine Kommunikationsverbindung zwischen der aktiven
Mobilvorrichtung und dem am wahrscheinlichsten benachbarten Zugangspunkt
gemäß dem Frequenzhopping-Schema
des am wahrscheinlichsten benachbarten Zugangspunkts herzustellen;
und
- (e) Zurücksetzen
der Adjazenzmatrix zum Erhalten des Frequenzhopping-Schemas eines am nächstwahrscheinlichsten
benachbarten Zugangspunkts, wenn die Kommunikationsverbindung in
Schritt (d) nicht hergestellt worden ist,
wobei die
Schritte (d) und (e) wiederholt werden, bis eine Kommunikationsverbindung
zwischen der aktiven Mobilvorrichtung und einem alternativen Zugangspunkt
gemäß seinem
Frequenzhopping-Schemas hergestellt ist.
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Die Adjazenzmatrix versorgt die Mobilvorrichtung
mit Informationen darüber,
welche Frequenzhopping-Schemata am wahrscheinlichsten von dem neuen
Zugangspunkt verwendet werden. Die Adjazenzmatrix wird anhand eines
oder mehrerer Faktoren erstellt. Diese Faktoren umfassen von der Mobilvorrichtung
durchgeführte
Signalstärkemessungen,
von den Zugangspunkten durchgeführte
Signalstärkemessungen
und zuvor realisierte Erreichbarkeitszeiten zwischen vorgegebenen
Zugangspunkten. Ferner können
die Messungen auf einer periodischen Basis wiederholt werden, um
die Adjazenzmatrix kontinuierlich zu aktualisieren.
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Die Adjazenzmatrix kann auf verschiedene Arten
erstellt werden. Beispielsweise kann sie wie folgt erstellt werden:
durch periodisches Abfragen an mindestens einer Mobilvorrichtung
von Frequenzen, die anderen Frequenzhopping-Schemata als dem des
Zugangspunkts, der der mindestens einen Mobilvorrichtung entspricht,
zugeordnet sind; Messen einer Signalstärke für jede der abgefragten Frequenzen; Übermitteln
der Signalstärkemessungen
von der mindestens einen Mobilvorrichtung zu dem der mindestens
einen Mobilvorrichtung zugeordneten Zugangpunkt; und Erzeugen der
Zugangspunkt-Adjazenzmatrix anhand der übermittelten Signalstärkemessungen.
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Alternativ kann die Zugangspunkt-Adjazenzmatrix
wie folgt erstellt werden: durch periodisches Abfragen an mindestens
einem Zugangspunkt von Frequenzen, die Frequenzhopping-Schemata
der anderen Zugangspunkte zugeordnet sind; Messen einer Signalstärke für jede der
abgefragten Frequenzen; und Erzeugen der Zugangspunkt-Adjazenzmatrix
anhand der gemessenen Signalstärken.
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Alternativ kann die Zugangspunkt-Adjazenzmatrix
wie folgt erstellt werden: durch Messen von Erreichbarkeitszeiten
zwischen Zugangpunkten, wenn eine Mobilvorrichtung von der Kommunikation
mit einem Zugangspunkt zu der Kommunikation mit einem anderen Zugangspunkt übergeht;
und Erzeugen der Zugangspunkt-Adjazenzmatrix anhand der gemessenen
Erreichbarkeitszeiten.
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Alternativ kann die Zugangspunkt-Adjazenzmatrix
wie folgt erstellt werden: durch periodisches Abfragen an mindestens
einer Mobilvorrichtung von Frequenzen, die anderen Frequenzhopping-Schemata
als dem des Zugangpunkts, der der mindestens einen Mobilvorrichtung
entspricht, zugeordnet sind; Feststellen, ob die mindestens eine
Mobilvorrichtung die den abgefragten Frequenzen zugeordneten Zugangspunkte
hören kann;
Benachrichtigen des der mindestens einen Mobilvorrichtung zugeordneten Zugangpunkts,
ob die mindestens eine Mobilvorrichtung die den abgefragten Frequenzen
zugeordneten Zugangspunkte hören
kann; und Erzeugen der Zugangspunkt-Adjazenzmatrix anhand der übermittelten
Informationen.
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Alternativ kann die Zugangspunkt-Adjazenzmatrix
wie folgt erstellt werden: durch periodisches Abfragen an mindestens
einem Zugangspunkt von Frequenzen, die Frequenzhopping-Schemata
der anderen Zugangspunkte zugeordnet sind; Feststellen, ob der mindestens
eine Zugangspunkt die den abgefragten Frequenzen zugeordneten Zugangspunkte
hören kann;
und Erzeugen der Zugangspunkt-Adjazenzmatrix anhand der Feststellung.
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Ferner können die zum Erstellen einer
Zugangspunkt-Adjazenzmatrix angewandten Abfrage-, Mess- und Benachrichtigungsschritte
periodisch wiederholt werden, wobei die Matrix anhand des wiederholten
Abfragens, Messens und Benachrichtigens periodisch aktualisiert
wird.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der
Erfindung ist ein drahtloses Lokalnetz mit folgendem vorgesehen:
mehreren Zugangspunkten, von denen jeder einen Zugangspunktspeicher
enthält
und jeder ein eindeutiges Frequenzhopping-Schema aufweist; mehreren Mobilvorrichtungen,
von denen jede gemäß dem Frequenzhopping-Schema
des Zugangspunkts mit einem der Zugangspunkte kommuniziert; und
einer verdrahteten Infrastruktur, die die Zugangspunkte miteinander
verbindet, so dass die Zugangspunkte frei miteinander kommunizieren
können;
gekennzeichnet durch: eine Zugangspunkt-Adjazenzmatrix in jedem
Speicher der Zugangspunkte, wobei die Zugangspunkt-Adjazenzmatrix
Informationen enthält, die
die Wahrscheinlichkeit der Adjazenz zwischen Zugangspunkten anzeigen,
und eine Einrichtung, die wirksam wird, wenn eine Mobilvorrichtung
von der Kommunikation mit ihren aktuellen Zugangspunkt zu der Kommunikation
mit einem anderen Zugangspunkt zum Herstellen einer Kommunikation
mit dem anderen Zugangspunkt gemäß dem in
der Zugangspunkt-Adjazenzmatrix enthaltenen Informationen übergeht,
die die Mobilvorrichtung von ihrem aktuellen Zugangspunkt empfangen
hat.
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Die in dem drahtlosen LAN enthaltene
Zugangspunkt-Adjazenzmatrix kann auf Informationen basieren, die
auf an mindestens einem der Zugangspunkte durchgeführten Signalstärkemessungen
von Signalen bezogen sind, die von den anderen Zugangspunkten gesandt
worden sind. Alternativ kann sie auf Informationen basieren, die
auf an mindestens einer Mobilvorrichtung durchgeführten Signalstärkemessungen
von Signalen bezogen sind, die von den anderen Zugangspunkten zu
der Mobilvorrichtung gesandt worden sind. Alternativ kann sie auf Informationen
basieren, die auf Erreichbarkeitszeiten bezogen sind, welche gemessen
werden, wenn die Mobilvorrichtung von der Kommunikation mit einem Zugangspunkt
zu der Kommunikation mit einem anderen Zugangspunkt übergeht.
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Gemäß einem dritten Aspekt der
Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines drahtlosen Lokalnetzes
mit folgenden Schritten vorgesehen: Verteilung mehrerer Zugangspunkte
in einem Netzerfassungsbereich, wobei die Zugangspunkte durch eine verdrahtete
Infrastruktur miteinander verbunden sind, und dem Verbinden mindestens
einer Mobilvorrichtung über
einen der Zugangspunkte mit der Infrastruktur, dadurch gekennzeichnet,
dass das Verfahren ferner das Speichern einer Zugangspunkt-Adjazenzmatrix
in einem jedem Zugangspunkt zugeordneten Speicher und das Verbinden
der Mobilvorrichtung über
einen von der Matrix identifizierten Zugangspunkt mit der Infra struktur
umfasst, wobei die Matrix feststellt, welcher der Zugangspunkte
am wahrscheinlichsten dem aktuellen Standort der Mobilvorrichtung
benachbart ist.
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Dieses Verfahren zum Herstellen eines drahtlosen
LAN kann ferner das Herausbewegen der mindestens einen Mobilvorrichtung
aus dem Kommunikationsbereich des entsprechenden einen Zugangspunkts
und das Verbinden der mindestens einen Mobilvorrichtung über einen
alternativen Zugangspunkt gemäß der Zugangspunkt-Adjazenzmatrix
mit der Infrastruktur umfassen.
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In den beiliegenden Zeichnung zeigen
beispielhaft:
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1 eine
Konfiguration mehrerer Mikrozellen in einen Lokalnetz;
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2 eine
alternative Konfiguration mehrerer Mikrozellen in einem Lokalnetz;
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2A ein
Blockschaltbild eines Zugangspunkts;
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2B ein
Blockschaltbild einer Mobilvorrichtung;
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3 eine
Absolutwerte enthaltene Zugangspunkt-Adjazenzmatrix;
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4 eine
auf einer Fuzzy-Logik basierende Wahrscheinlichkeitswerte enthaltene
Zugangspunkt-Adjazenzmatrix; und
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5 ein
Ablaufdiagramm mit Darstellung einer Mobileinheit, die gemäß der vorliegenden
Erfindung von der Kommunikation mit einem Zugangspunkt zu der Kommunikation
mit einem anderen Zugangspunkt übergeht.
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1 zeigt
eine Konfiguration mehrerer Mikrozellen 105 in einem Kommunikationsbereich 107. Jede
Mikrozelle 105 ist einem Zugangspunkt 109 zugeordnet
und wird von diesem gepflegt. Mobilvorrichtungen, wie z. B. Computer,
die sich in der Mikrozelle 105 befinden, kommunizieren über den
Zugangspunkt 109. Jede Mikrozelle 105 erfasst
einen Servicebereich mit einem Radius von dem Zugangspunkt 109 von
ungefähr
50 Metern.
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Die in 1 gezeigte
Konfiguration ist ziemlich gleichförmig ausgeführt und weist eine im wesentlichen
gleichmäßige Verteilung
von Mobilvorrichtungen in dem Bereich 107 auf. Alternativ
können
die Mobilvorrichtungen in einem drahtlosen Lokalnetz ungleichmäßig verteilt
sein, und dies ist höchstwahrscheinlich
auch der Fall. In einem solchen Fall kann eine große Anzahl
von Vorrichtungen in einer Region konzentriert sein und eine kleine
Anzahl von Vorrichtungen in einer anderen Region enthalten sein.
Folglich brauchen die Zugangspunkte nicht auf der Basis des Erfassungsbereichs
verteilt zu sein, sondern können
stattdessen auf der Basis ihrer Kapazitätsanforderungen verteilt sein.
In einer Umgebung mit einer hohen Dichte können sich mehr als ein Zugangspunkt
den Erfassungsbereich teilen.
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2 zeigt
eine solche Verteilung von Mikrozellen zur Aufnahme von ungleichmäßig verteilten Mobilvorrichtungen.
Beispielsweise enthalten eine Mikrozelle 202 und ihr benachbarte
Mikrozellen eine ziemlich geringe Dichte an Mobilvorrichtungen.
Andererseits enthalten eine Mikrozelle 204 und ihr benachbarte
Mikrozellen eine ziemlich dichte Verteilung von Mobilvorrichtungen.
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Die in 2 gezeigte
Verteilung kann auf eine Gesellschaft bezogen sein, wobei die eine
geringe Dichte enthaltenden Mikrozellen, wie z. B. die Mikrozelle 202,
dem gehobenen Management oder Marketing-Funktionen zugeordnet sind,
und die eine hohe Dichte enthaltenden Mikrozellen, wie z. B. die Mikrozelle 204,
Forschungs- und Entwicklungs- oder Buchhaltungs-Funktionen zugeordnet
sind. Somit führt
der größere Büroraum und
die seltenere Computerbenutzung, die mit den Funktionen des gehobenen
Managements in Zu sammenhang stehen, zu Mikrozellen, deren Dichte
ausschließlich
durch den Bereich der diesen zugeordneten Zugangspunkten diktiert
wird. Andererseits wird in Bereichen, in denen die Bürogröße relativ
gering und die Computerbenutzung relativ groß ist, die Dichte der Mikrozellen
ausschließlich
durch die Kapazität
der diesen zugeordneten Zugangspunkte diktiert. Ferner können sich
in einer Umgebung mit extrem hohem Datenverkehr, wie z. B. einem
Computer-Klassenraum, mehrere Zugangspunkte innerhalb derselben
Region überlappen.
Ein Beispiel für
das Überlappen
mehrerer Zugangspunkte in einer Region bilden die Mikrozellen 206 und 207,
die jeweils Zugangspunkten 208 und 210 zugeordnet
sind.
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2A zeigt
ein Blockschaltbild eines Zugangspunkts, wie z. B. des Zugangspunkts 109.
Der Zugangspunkt kommuniziert über
Kommunikationsleitungen eines Kommunikationsbusses 220 mit
den anderen Zugangspunkten und der verdrahteten Infrastruktur. Der
Zugangspunkt weist einen Taktgeber 222, einen Kontroller 223,
einen Speicher 224, eine Signalverarbeitungseinheit 226,
einen Sendeempfänger 227 und
eine Antenne 228 auf.
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Der Speicher 224 enthält das dem
Zugangspunkt zugeordnete Frequenzhopping-Schema. Gemäß dem Frequenzhopping-Schema
und einem von dem Taktgeber 222 erzeugten Taktsignal bewirkt
der Kontroller 223, dass die Signalverarbeitungseinheit 226 die
Betriebsfrequenz des Zugangspunkts (Sprungs) in regelmäßigen Intervallen
verändert.
Zu Beginn jedes Sprungs wird ein Zeitmarkensignal über den
Sendeempfänger 227 und
die Antenne 228 auf der neuen Frequenz gesendet. Anstelle
des internen Taktgebers 222 kann der Zugangspunkt von einem
externen Taktgeber getaktet werden, der von den Zugangspunkten des
Systems gemeinsam genutzt wird.
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2B zeigt
ein Blockschaltbild einer Mobileinrichtung, die mit einem Zugangspunkt
kommuniziert, wie z. B. dem Zugangspunkt 109. Die Mobileinheit
enthält
einen internen Taktgeber 230, einen Kontroller, einen Speicher 232,
eine Signalverarbeitungseinheit 234 und einen Sendeempfänger 235.
Die Mo bileinheit kommuniziert über
eine Antenne 236 mit einem ihr zugeordneten Zugangspunkt.
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Die Mobileinheit speichert im Speicher 232 jedes
von den Zugangspunkten verwendete Hopping-Schema. Sie speichert
ferner einen Identifizier des Hopping-Schemas des ihr zugeordneten
Zugangspunkts. Somit bewirkt der Kontroller 221 synchron
mit dem Taktgeber 230, dass die Signalverarbeitungseinheit 234 die
Betriebsfrequenz der Mobileinheit für das Springen gemäß dem Hopping-Schema
des ihr zugeordneten Zugangspunkts verändert.
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Beim Betrieb kann es erforderlich
sein, dass eine Mobilvorrichtung von der Kommunikation mit einem
Zugangspunkt zu der Kommunikation mit einem anderen Zugangspunkt übergeht.
Bei der in 1 gezeigten
Verteilung wird dieser Übergang
ausschließlich
von derjenigen Mobilvorrichtung angeregt, die sich von der von einem
Zugangspunkt erfassten Mikrozelle zu einer von einem anderen Zugangspunkt
erfassten Mikrozelle bewegt. Beim Betrieb in der in 2 gezeigten Mikrozelle kann andererseits
eine Umschaltung von der Kommunikation mit dem Zugangspunkt 208 zu
der Kommunikation mit dem Zugangspunkt 210 erforderlich
sein, um z. B. die Kapazität
gleichmäßiger zwischen
den Zugangspunkten zu verteilen. In beiden Fällen erfolgt der Übergang
glatter und schneller, wenn eine erfindungsgemäße Zugangspunkt-Adjazenzmatrix
verwendet wird. Ferner wird diese erhöhte Geschwindigkeit ohne eine
entsprechend höhere
Belastung des Benutzers oder Managers des Lokalnetzes erreicht.
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3 zeigt
ein Beispiel für
eine Adjazenzmatrix für
sechs Zugangspunkte A bis F. Es ist offensichtlich, dass die in 3 gezeigte Matrix symmetrisch
ist und zwei zusammenpassende dreieckige Teilbereiche aufweist,
so dass nur ein dreieckiger Teilbereich der Matrix gespeichert zu
werden braucht. Es ist ferner offensichtlich, dass es sich hierbei
um eine idealisierte Matrix handelt, bei der es für jeden
Eintrag bekannt ist, ob ein Zugangspunkt einem anderen Zugangspunkt
benachbart ist oder nicht. Wie aus dieser Matrix ersichtlich, ist Zugangspunkt
A Zugangspunkten B und E benachbart. Zugangspunkt B ist Zugangspunkt
A (eine notwendige Schlussfolgerung, da Zugangspunkt A Zugangspunkt B
benachbart ist) und Zugangspunkt F benachbart. Ähnlich ist Zugangspunkt C Zugangspunkten
D, E und F benachbart, Zugangspunkt D Zugangspunkten C und E benachbart,
Zugangspunkt E Zugangspunkten A, C und D benachbart und Zugangspunkt
F Zugangspunkten B und C benachbart.
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Die in 3 gezeigte
Adjazenzmatrix ist eine Adjazenzmatrix, die von dem Manager des
Lokalnetzes zum Zeitpunkt der Erstellung des Netzes hergestellt
werden kann. Sie enthält
absolut bekannte Werte, wobei 1 gleich "benachbart" und 0 gleich "nicht benachbart" bedeutet. Der Netzmanager sorgt bei
Herstellung der Matrix dafür,
dass die Matrix gespeichert wird, z. B. im Speicher 224 jedes
Zugangspunkts. Diese Informationen können von den Zugangspunkten
an die Mobileinheiten übermittelt
werden. Jede Mobileinheit kann dann entweder die gesamte Adjazenzmatrix
oder einen relevanten Teilbereich der Adjazenzmatrix, der denjenigen
Zugangspunkt betrifft, mit dem die anderen Mobileinheiten kommunizieren, im
Speicher 232 speichern.
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Damit die Informationen in der Matrix
genau sind, muss der Manager des Netzes ferner die Matrix kontinuierlich
aktualisieren, da sich die Netztopologie verändert. Wenn ein neuer Zugangspunkt
dem Netz , hinzugefügt
wird, muss der Netzmanager somit jeden Adjazenzparameter bestätigen oder
neu berechnen und eine neue Adjazenzmatrix erstellen. Diese neue
Adjazenzmatrix muss dann an die Zugangspunkte übermittelt werden, um den Inhalt
ihrer Speicher 224 zu aktualisieren. Ferner kann die Adjazenzmatrix
durch physische Veränderungen
der Umgebung verändert
werden. Beispielsweise kann durch das Bewegen eines Aktenschranks
aus Metall von einer Stelle zu einer anderen die Größe und Form
einer oder mehrerer in der Nähe
befindlicher Mikrozellen beeinflusst werden, so dass zwei Mikrozellen,
die einander vorher nicht benachbart waren, einander jetzt benachbart
sind oder dass zwei Mikrozellen, die einander vorher benachbart
waren, einander jetzt nicht mehr benachbart sind.
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4 zeigt
eine im wesentlichen gleiche Adjazenzmatrix. Bei der in 4 gezeigten Adjazenzmatrix
sind die Adjazenzwerte jedoch nicht absolut, sondern können stattdessen
Werte zwischen 0 und 1 annehmen. Je näher ein Wert dem Wert 0 liegt,
desto wahrscheinlicher ist es, dass die Zugangspunkte einander nicht
benachbart sind. Je näher
ein Wert dem Wert 1 ist, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass
die Zugangspunkte einander benachbart sind. Auf diese Weise ist
ein Element einer "Fuzzy"-Logik in die Lokalnetztopologie
eingebaut, um die im Übergang
befindliche Mobilvorrichtung über
die Zugangspunkte zu informieren, bei denen die Wahrscheinlichkeit
am größten ist,
dass sie demjenigen Zugangspunkt benachbart sind, mit dem die Mobilvorrichtung gerade
kommuniziert.
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Die in 3 und 4 gezeigten Matrizen sind ausschließlich der
Einfachheit halber auf sechs Zugangspunkte begrenzt. Die Vorteile
der Verwendung einer Zugangspunkt-Adjazenzmatrix werden offensichtlich,
wenn davon ausgegangen wird, dass das Lokalnetz tatsächlich 50
Zugangspunkte umfasst. Dann wird eine 50 × 50-Adjazenzmatrix verwendet. Im
Falle eines beliebigen Zugangspunkts hat eine kleine Anzahl der
49 anderen Zugangspunkte, z. B. 3 bis 4, hohe Adjazenzwerte. Somit
kann durch Konsultieren einer Adjazenzmatrix wie der in 4 gezeigten die Mobilvorrichtung
unverzüglich
die meisten anderen Zugangspunkte ausschließen und schnell feststellen,
bei welchen Zugangspunkten die Wahrscheinlichkeit am größten ist,
dass sie demjenigen Zugangspunkt benachbart sind, der gerade von
der Mobilvorrichtung benutzt wird. Die Mobilvorrichtung kann ferner
die Wahrscheinlichkeit einer Adjazenz jedes Zugangspunkts feststellen.
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Beispielsweise sei angenommen, dass
eine Mobilvorrichtung gerade mit einen Zugangspunkt kommuniziert.
Wenn sich die Mobilvorrichtung aus dem Bereich des Zugangspunkts
A herausbewegt, kann die Mobilvorrichtung auf eine Adjazenzmatrix Bezug
nehmen, wie z. B. auf die in 4 gezeigte, um
den am wahrscheinlichsten benachbarten Zugangspunkt festzustellen.
Die Adjazenz matrix oder ein Teilbereich davon wird in dem Speicher 232 der Mobilvorrichtung
gespeichert. Die Adjazenzmatrix der Mobilvorrichtung kann dadurch
periodisch aktualisiert werden, dass die Mobilvorrichtung eine aktualisiere
Adjazenzmatrix von dem ihr zugeordneten Zugangspunkt empfängt.
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Durch Konsultieren der in 4 gezeigten Adjazenzmatrix
weiß die
Mobilvorrichtung, dass der benachbarte Zugangspunkt wahrscheinlich
der Zugangspunkt E oder der Zugangspunkt B ist. Ferner weiß sie, dass
eine etwas größere Wahrscheinlichkeit
besteht, dass es sich dabei um den Zugangspunkt E handelt. Somit
kann sich die Mobilvorrichtung einen Sprung vor der aktuellen Frequenz
gemäß dem von
dem Zugangspunkt E verwendeten Hopping-Schema auf die Frequenz einstellen.
Die Mobilvorrichtung kann dann auf dieser Frequenz "verharren", um auf den nächsten Sprung
des Zugangspunkts E zu warten. Ferner kann die Mobilvorrichtung gemäß dem Hopping-Schema
des Zugangspunkts E einige Sprünge
durchführen,
um zu versuchen, sich mit dem Zugangspunkt E zu verbinden.
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Bei diesem Beispiel enthält der Speicher
der Mobilvorrichtung Informationen über die gesamte Adjazenzmatrix.
Alternativ kann die Mobilvorrichtung einen kleineren Speicher benutzen,
der von dem Zugangspunkt A aktualisiert wird, damit er Informationen über die
Hopping-Sequenzen jedes potentiell benachbarten Zugangspunkts und
die aktuelle Position der Hopping-Sequenzen enthält. In diesem Fall wird die
Mobilvorrichtung darüber
informiert, dass es am wahrscheinlichsten ist, dass Zugangspunkt
E der benachbarte Zugangspunkt ist und wird der Mobilvorrichtung
die Hopping-Sequenz des Zugangspunkts E und die aktuelle Position
der Hopping-Sequenz des Zugangspunkts E übermittelt. Ähnliche
Informationen werden für
die anderen wahrscheinlich benachbarten Zugangspunkte geliefert.
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In beiden Fällen kann, wenn die Mobilvorrichtung
nicht in der Lage ist, mit dem Zugangspunkt E zu kommunizieren,
so dass sie feststellt, dass der benachbarte Zugangspunkt nicht
der Zugangspunkt E ist, die Mobilvorrichtung dann ihre Frequenzen
gemäß dem Hopping-Schema
des Zugangspunkts B einstellen. Wenn sich die Mobilvorrichtung nicht
mit dem Zugangspunkt B verbinden kann, bewegt sie sich zu dem nächstwahrscheinlichsten
Zugangspunkt und fährt
auf diese Weise fort, bis eine Kommunikationsverbindung hergestellt
ist. Somit wird sich die Mobilvorrichtung in den meisten Fällen sehr schnell
gemäß dem Frequenzhopping-Schema
des benachbarten Zugangspunkts mit dem benachbarten Zugangspunkt
verbinden.
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Wie oben gesagt, sollte die Mobilvorrichtung mindestens
einige Sprünge
gemäß dem Schema
des Zugangspunkts E ausführen,
bevor sie das Hopping-Schema
des Zugangspunkts B ausprobiert. Der Grund dafür ist, dass die Möglichkeit
besteht, dass in der Frequenzumgebung, in der das drahtlose Lokalnetz
arbeitet, ein einzelner Kanal unterbrochen sein kann. Somit ist
es möglich,
dass, wenn die Mobilvorrichtung nur versucht, sich bei einer Frequenz
mit dem Zugangspunkt E zu verbinden, die Unfähigkeit, eine Kommunikationsverbindung
herzustellen, auf eine Interferenz zurückzuführen ist und der Grund nicht
darin liegt, dass der benachbarte Zugangspunkt ein anderer ist als
der Zugangspunkt E.
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Es gibt zahlreiche Arten, auf die
das Lokalnetz mit der Zeit die Adjazenzwerte für den Einbau in eine Adjazenzmatrix ähnlich der
in 4 gezeigten erhalten
kann. Eine Art besteht in einem periodischen Abfragen durch die
Mobilvorrichtung gemäß Hopping-Schemata,
die anderen Zugangspunkten als demjenigen Zugangspunkt, mit dem
die Mobilvorrichtung gerade kommuniziert, zugeordnet sind. Auf diese
Weise kann die Mobilvorrichtung feststellen, ob Kommunikationen
zwischen ihr und anderen Zugangspunkten möglich sind. Es besteht eine
größere Wahrscheinlichkeit,
dass die Mobilvorrichtung mit ihrem aktuellen Zugangspunkt benachbarten
Zugangspunkten kommunizieren kann als dass sie mit Zugangspunkten
kommunizieren kann, die ihrem aktuellen Zugangspunkt nicht benachbart
sind. Somit kann für
diejenigen Zugangspunkte, mit denen eine Kommunikation hergestellt
werden kann, eine hohe Adjazenzwahrscheinlichkeit in der Adjazenzmatrix platziert
werden. Jede Mobilvor richtung kann diese Informationen an den ihr
zugeordneten Zugangspunkt liefern, so dass eine Adjazenzmatrix entwickelt werden
kann. Mit der Zeit können
die Mobilvorrichtungen mit dem periodischen Abfragen dieser Frequenzen
fortfahren und Informationen zum entsprechenden Aktualisieren der
Adjazenzmatrix liefern.
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Ähnlich
können
die Mobilvorrichtungen anstelle des bloßen Versuchs einer Kommunikation
mit anderen Zugangspunkten periodisch Signalstärkeablesungen auf Frequenzen
gemäß den Hopping-Schemata
der andere Zugangspunkte durchführen.
Es besteht eine größere Wahrscheinlichkeit, dass
ein starkes Signal von einem benachbarten Zugangspunkt empfangen
wird als dass ein solches von einem nicht benachbarten Zugangspunkt
empfangen wird. Somit können
die Informationen über
die Signalstärke
den Zugangspunkten zugeführt
und zum Erstellen einer Adjazenzmatrix verwendet werden. Mit der
Zeit können
die Mobilvorrichtungen fortfahren, die Signalstärken von den anderen Zugangspunkten
zu messen, um Informationen für
das kontinuierliche Aktualisieren der Adjazenzmatrix zu liefern.
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Auf ähnliche Weise kann ein Zugangspunkt periodisch
Messungen durchführen,
die besagen, ob dieser mit anderen Zugangspunkten kommunizieren kann,
oder die Auskunft über
die Signalstärke
eines Signals von anderen Zugangspunkten gibt. Diese Informationen
können
auch zum Erstellen oder Aktualisieren einer Adjazenzmatrix verwendet
werden.
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Ferner sei darauf hingewiesen, dass
eine Kombination aus Adjazenzschemata verwendet werden kann. Beispielsweise
können
sowohl die Mobileinheiten als auch die Zugangspunkte periodische Messungen
durchführen,
wobei die Ergebnisse dieser Messungen zum Aktualisieren oder Erstellen
der Adjazenzmatrix verwendet werden.
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Ein weiterer Faktor, der in eine
Adjazenzmatrix eingebaut werden kann, ist eine Messung der Erreichbarkeitszeit
zwischen Zugangspunkten. Wenn bei spielsweise eine Mobileinheit von
einem Zugangspunkt zu einem anderen Zugangspunkt übergeht,
kann eine Messung durchgeführt
werden, die besagt, wie lange es dauert, bis der Übergang
abgeschlossen ist. Diese Informationen können dann an die Zugangspunkte
geliefert werden, so dass mit der Zeit bei einer ausreichenden Anzahl
von Übergängen eine
Matrix erstellt werden kann, die zeigt, dass im Durchschnitt Übergänge zwischen
einigen Zugangspunkten relativ schnell erfolgen, während Übergänge zwischen
anderen Zugangspunkten relativ lange dauern. Es ist wahrscheinlicher,
dass Zugangspunkte, die einen schnellen Übergang vollziehen, benachbart
sind und dass Zugangspunkte, die für einen Übergang eine lange Zeit benötigen, nicht
benachbart sind. Diese Informationen können zum Erstellen einer Adjazenzmatrix
oder in kumulativer Form mit den anderen oben beschriebenen Schemata
zum Erstellen und/oder Aktualisieren einer Adjazenzmatrix verwendet
werden.
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Weitere Informationen, die für die Betriebsumgebung
eindeutig sind, können
ebenfalls in die Adjazenzmatrix eingebaut werden. Wenn beispielsweise
das System mit der Zeit lernt, dass sich die Vorrichtungen morgens
normalerweise in einer Richtung bewegen; während sie sich abends normalerweise
in einer anderen Richtung bewegen, können diese Informationen in
die Adjazenzmatrix eingebaut werden, welche je nach Tageszeit variiert.
Ein Beispiel für
eine solche Situation ist eine Serie von Zugangspunkten, die entlang
einem Korridor in einem Bürogebäude ausgerichtet
ist, so dass die meisten Übergänge morgens
in das Bürogebäude hinein
und abends aus dem Bürogebäude heraus
stattfinden. Eine ähnliche
aus der Bürokultur
resultierende Dynamik kann von dem System erlernt werden, um mehrere
Adjazenzmatrizen für
einen vorgegebenen Zugangspunkt zu erstellen. Beispielsweise können Zugangspunkte
in Konferenzräumen
sehr betriebsame Perioden haben, die mit in den Konferenzräumen stattfindenden
Meetings zusammenfallen, und inaktive Perioden haben, wenn in den
Konferenzräumen keine
Meetings stattfinden. Ferner können
auch der Wochentag, der Monat oder die Jahreszeit in das System
eingebaut werden, um den umfassendsten Satz an Adjazenzmatrizen
zu erzeugen.
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Somit kann eine Mobilvorrichtung
während der
Kommunikation mit einem Zugangspunkt erfindungsgemäß kontinuierlich
hinsichtlich der Adjazenzmatrix oder denjenigen Teilbereiche der
Frequenzmatrix, die für
den ihr zugeordneten Zugangspunkt relevant sind, aktualisiert werden.
Daher kann die Mobilvorrichtung, wenn zu der Kommunikation in einer
benachbarten oder überlappenden
Mikrozelle übergeht,
ihre Frequenz anhand der Adjazenzmatrix einstellen, um die den Zugangspunkten
zugeordneten Frequenzen und Hopping-Schemata, die am wahrscheinlichsten
der neuen Mikrozelle zugeordnet sind, auszuwählen. Folglich geht der Übergang
zwischen Mikrozellen glatter und schneller vonstatten, was zu einer
höheren
Systemeffizienz führt.
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5 zeigt
ein Ablaufdiagramm mit Darstellung eines Beispiels für ein Verfahren,
das angewandt wird, wenn eine Mobilvorrichtung erfindungsgemäß von der
Kommunikation mit einem Zugangspunkt zu der Kommunikation mit einem
anderen Zugangspunkt übergeht.
Bei diesem Beispiel geht die Mobilvorrichtung von einem Zugangspunkt
(einem aktuellen Zugangspunkt) zu einem anderen Zugangspunkt (einem
künftigen
Zugangspunkt) über, da
sie sich aus dem Bereich des aktuellen Zugangspunkts herausbewegt
und daher in eine dem künftigen
Zugangspunkt zugeordnete neue Mikrozelle hineinbewegt.
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Bei Schritt 501 stellt die
Mobileinheit fest, dass die Signalstärke von dem aktuellen Zugangspunkt
unter einem vorbestimmten Schwellenpegel liegt. Diese Feststellung
basiert auf mehreren periodischen Signalstärkemessungen, die die Mobileinheit während der
Kommunikation mit dem aktuellen Zugangspunkt durchgeführt hat.
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Bei Schritt 502 konsultiert
die Mobilvorrichtung dann die Adjazenzmatrix oder relevante Teilbereiche
der Adjazenzmatrix, die im Speicher 232 gespeichert sind.
Die Mobilvorrichtung identifiziert somit den Zugangspunkt mit dem
höchsten
Adjazenzwert, der anzeigt, dass es sich hierbei um den Zugangs punkt
handelt, der am wahrscheinlichsten dem aktuellen Zugangspunkt benachbart
ist.
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Bei Schritt 503 sucht die
Mobilvorrichtung das dem in Schritt 502 identifizierten
Zugangspunkt zugeordnete Hopping-Schema. Bei Schritt 504 stellt die
Mobilvorrichtung dann die Frequenz fest, auf die der in Schritt 502 identifizierte
Zugangspunkt als nächstes
springt, wenn er gemäß dem Hopping-Schema
arbeitet. Bei Schritt 505 tritt die Mobilvorrichtung in
den "Such"-Modus ein und stellt
sich auf die in Schritt 504 identifizierte Frequenz ein.
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Bei Schritt 506 ermittelt
die Mobilvorrichtung, ob ein Zeitmarkenrahmen empfangen worden ist. Wenn
dies der Fall ist, stellt die Mobilvorrichtung eine Kommunikation
mit dem neuen Zugangspunkt gemäß dem Hopping-Schema
her, Schritt 507. Wenn dies nicht der Fall ist, geht die
Mobilvorrichtung zu Schritt 508 über, um festzustellen, ob sie
die vorbestimmte Anzahl von Sprüngen
gemäß dem dem
in Schritt 502 identifizierten Zugangspunkt zugeordneten
Hopping-Schema durchgeführt
hat. Wenn dies nicht der Fall ist, kehrt sie zu Schritt 504 zurück, um die
nächste
Frequenz in dem Hopping-Schema
zu identifizieren. Wenn die Mobilvorrichtung in Schritt 508 feststellt,
dass sie gemäß dem dem
in Schritt 502 identifizierten Zugangspunkt zugeordneten
Hopping-Schema die vorbestimmte Anzahl von Sprüngen durchgeführt hat,
kehrt sie zu Schritt 502 zurück, um die Adjazenzmatrix zwecks
Identifizierung des nächstwahrscheinlichsten
Zugangspunkts zu konsultieren.
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Die Mobilvorrichtung fährt auf
diese Weise fort, bis sie den neuen Zugangspunkt identifiziert.
Sie kommuniziert dann mit dem neuen Zugangspunkt, wie in Schritt 507 gezeigt,
wobei sie weiterhin Signalstärkemessungen
durchführt,
bis sie eine geringe Signalstärke
feststellt, und dann beginnt der Prozess des Suchens nach dem nächsten Zugangspunkt
wieder bei Schritt 501.
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Obwohl mehrere Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben worden sind, sei darauf hingewiesen, dass
weitere Modifikationen durchgeführt werden können und
die vorliegende Anmeldung beliebige Variationen, Verwendungen oder
Anpassungen der Erfindung abdeckt und dabei generell den Prinzipien
der Erfindung folgt und solche Abweichungen von der vorliegenden
Offenbarung umfasst, die auf dem Sachgebiet, welches die Erfindung
betrifft, zur Kenntnis kommen oder normalerweise durchgeführt werden
und die auf die hier genannten wesentlichen Merkmale anwendbar sind
und in den Umfang der Erfindung oder die Grenzen der beiliegenden
Patentansprüche
fallen.