DE60313591T2

DE60313591T2 - Schnelle kanalumschaltung für ieee 802.11 wlans

Info

Publication number: DE60313591T2
Application number: DE60313591T
Authority: DE
Inventors: Amjad Soomro
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2002-03-07
Filing date: 2003-02-19
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2023-02-20
Also published as: JP2005519528A; US7352728B2; DE60313591D1; ATE361608T1; KR20040091088A; US20030171116A1; KR100950447B1; CN100586084C; EP1486033B1; AU2003206081A1; ES2285090T3; CN1640062A; JP4279149B2; WO2003075513A1; EP1486033A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mechanismus für eine schnelle Kanalumschaltung in einem Wireless Local Area-Netzwerk (WLAN) des Standards 802.11(h), wobei die Kanalumschaltung unabhängig von dem Bakenintervallzeitraum ausgeführt wird.
Die Eigenschaften der Medienzugriffskontrollschicht (Medium Access Control – MAC) und der Bitübertragungsschicht (Physical – PHY) für Wireless Local Area-Netzwerke sind im Standard IEEE 802.11(h) spezifiziert, der in dem Internationalen Standard ISO/IEC 8802-111, "Information Technology-Telecommunications and Information exchange between systems – Local and metropolitan area networks – Specific Requirements, Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical (PHY) specifications", Ausgabe 1999, definiert ist. Der Standard stellt einen Mechanismus bereit, mit dem eine von der MAC-Schicht vorgenommene Kanalumschaltung angekündigt wird. Genauer gesagt, stellt die MAC-Schicht ein Kanalumschaltankündigungselement bereit, das von einem AP in einem BSS-Netzwerk oder einer STA in einem IBSS-Netzwerk verwendet wird, um den Zeitpunkt des Wechsels zu einem neuen Kanal sowie die Kanalnummer des neuen Kanals anzukündigen. Das Kanalumschaltankündigungselement enthält ein "Kanalumschaltzähl"-Feld, das auf den gleichen Wert wie die Anzahl der Zielbakenübertragungs-Male (Target Beacon Transmission Times – TBTTs) gesetzt wird, die sich vollziehen müssen, bevor das Netzwerk zu einem neuen Kanal umgeschaltet wird.
Ein Nachteil der Durchführung einer Kanalumschaltung gemäß dem Standard IEEE 802.11 ist, dass es in bestimmten Fällen zu einer erheblichen Latenz, d.h. Verzögerung, kommen könnte, weil man auf den Vollzug wenigstens eines oder mehrerer TBTTs warten muss, bevor eine Kanalumschaltung möglich ist. Des Weiteren kann es sein, dass diese Latenz die DFS-Vorgabe für WLANs, die im 5 GHz-Band arbeiten, in einigen Regulierungsdomänen in Europa nicht erfüllt. Genauer gesagt, schreibt die DFS-Vorgabe vor, dass das WLAN keine anderen am selben Ort befindlichen Systeme stören darf, wie zum Beispiel Radarsysteme, die missionskritische Funktionen erfüllen. Um solche Störungen zu vermeiden, muss jegliche Kommunikation in den Bändern, in denen andere primäre Nutzer detektiert werden, innerhalb einer bestimmten Zeitvorgabe gestoppt werden. Das Stoppen der Kommunikation innerhalb der Zeitvorgabe ist angesichts dieser angesprochenen Latenz möglicherweise nicht durchführbar.
Cevello, G. und Mitarbeiter, "Dynamic Channel Selection (DCS) Scheme for 802.11", IEEE 802.11-00/195, 12. Juli 2000, Seiten 1–7, beschreibt einen Mechanismus für eine dynamische Kanalauswahl für ein WLAN vom Standard 802.11. Ein Zugangspunkt (Access Point) kann den Kanal bestimmen, mit dem es sich am besten arbeiten lässt, und die Umschaltung aller zugeordneten Stationen veranlassen, wobei sein Basisdienst auf den neu gewählten Kanal eingestellt wird. Er kann einen Rundsende-Frame mehrere Male übertragen, der anzeigt, wann und zu welchen Kanälen die Stationen umspringen sollen.
Dementsprechend besteht Bedarf an einem Kanalumschaltregime, das auf der MAC-Schicht in den Standard IEEE 802.11 integriert werden kann, das die angesprochene Kanalumschaltlatenz überwindet und das außerdem die DFS-Regulierungsvorgabe erfüllt, die für WLANs, die in Europa im 5 GHz-Band arbeiten, gilt.
Die vorliegende Erfindung betrifft demnach ein Verfahren und ein System für eine schnelle Kanalumschaltung in einem Wireless Local Area-Netzwerk (WLAN) zur Durchführung einer "schnellen Kanalumschaltung", um die Kanalumschaltlatenz zu minimieren und dadurch eine Störung des Betriebes anderer am selben Ort befindlicher Systeme zu verhindern, wie zum Beispiel von Radarsystemen, die missionskritische Funktionen erfüllen, insbesondere im 5 GHz-Band. Es ist zu beachten, dass die Erfindung zwar für die Verwendung in WLANs, die im 5 GHz-Band arbeiten, geeignet ist, aber ebenso auch in anderen Bändern, wie zum Beispiel dem 2,4 GHz-Band, Anwendung finden kann.
Die vorliegende Erfindung stellt eine Reihe von Ausführungsformen zur Durchführung einer schnellen Kanalumschaltung in einem WLAN bereit. In allen Ausführungsformen könnte der Quellknoten ein AP in einer BSS oder eine STA in einer IBSS sein.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein "schneller" Kanalmodus offenbart, der ein Verfahren zum Durchführen einer schnellen Kanalumschaltung für mehrere Stationen (STAs) ist, die sich innerhalb des Versorgungsgebietes einer Basisdienstgruppe (Basic Service Set – BSS) oder einer unabhängigen Basisdienstgruppe (Independent Basic Service Set – IBSS) befinden. Gemäß dem "schnellen" Kanalmodus werden alle STAs von einem momentanen Betriebskanal in der BSS oder IBSS zu einem angekündigten Betriebskanal in einem Zeitraum umgeschaltet, der in hoch-auflösenden Zeiteinheiten (Mikrosekunden) angegeben wird. Dadurch kann sich die Kanalumschaltung in weniger als einem einzelnen Bakenzeitraum vollziehen. Das Verfahren enthält folgende Schritte: Bestimmen, ob ein neuer Kanal, der durch mehrere STAs verwendet werden soll, benötigt wird; Rundsenden – durch einen Quellknoten – eines Kanalumschaltankündigungselements (Channel Switch Announcement Element – CSAE), wobei das CSAE einen angekündigten Kanal und eine Kanalumschaltzeit enthält; und Umschalten der STAs auf den angekündigten Kanal vor dem Ablauf der Kanalumschaltzeit, was unabhängig von dem Bakenintervall erfolgt.
Gemäß einem Merkmal dieser Ausführungsform kann durch Spezifizieren einer Kanalumschaltzeit mit einer höheren Auflösung als ein Bakenintervall eine Kanalumschaltlatenz von jedem beliebigen Wert erreicht werden. Ferner wird es gemäß einem weiteren Merkmal dieser Ausführungsform ermöglicht, dass der Austausch von Übertragungen von allen STAs auf dem momentanen Kanal so lange weiter stattfinden kann, bis die Kanalumschaltzeit abgelaufen ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform stellt die vorliegende Erfindung ein weiteres Verfahren zur Durchführung einer schnellen Kanalumschaltung für mehrere Stationen (STAs) bereit, die sich innerhalb des Versorgungsgebietes einer Basisdienstgruppe (Basic Service Set – BSS) oder einer unabhängigen Basisdienstgruppe (Independent Basic Service Set – IBSS) befinden, was im vorliegenden Text als der "stille" Kanalmodus bezeichnet wird. Beim "stillen" Kanalmodus wird ein Verfahren bereitgestellt, um schnell alle weiteren Übertragungen in einem momentanen Betriebskanal zu stoppen, wenn ein CSAE von einem Quellknoten (d.h. von einem AP in einer BSS oder einer STA in einer IBSS) kommend empfangen wird, das einen "stillen" Bitsatz enthält. Das Verfahren enthält folgende Schritte: Bestimmen, ob ein neuer Kanal, der durch mehrere STAs verwendet werden soll, benötigt wird; Rundsenden eines CSAE durch den Quellknoten, wobei das CSAE einen angekündigten Kanal und eine Kanalumschaltzeit enthält; bei Empfang des CSAE in den STAs Stoppen des gesamten weiteren Frame-Austauschverkehrs in dem momentanen Kanal; und Umschalten aller STAs auf den neuen Kanal in einem Zeitraum, der durch die Kanalumschaltzeit definiert wird.
Gemäß einem Merkmal dieser Ausführungsform kann die Zeit, in der eine Umschaltung auf den angekündigten Kanal erfolgt, in Bakenintervallen spezifiziert werden. Im Gegensatz zur vorherigen Ausführungsform, in der das Umschalten unabhängig von dem Bakenintervall erfolgte, kann die Kanalumschaltzeit in Bakenintervallen spezifiziert werden. Eine solche Spezifizierung ermöglicht eine längere Umschaltzeit, damit das Netzwerk zuerst die anderen Kanäle im Netzwerk auf ihre Kanalqualität und das mögliche Vorhandensein bereits vorhandener primärer Nutzer in den anderen Kanälen abtasten kann. Dennoch werden die regulatorischen Vorgaben aufgrund der Tatsache erfüllt, dass kein weiterer normaler Frame-Austauschverkehr auf dem momentanen Kanal zugelassen wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird eine Verbesserung der vorherigen Ausführungsform offenbart, die im vorliegenden Text als der "Wiederholungs"-Modus bezeichnet wird. Der "Wiederholungs"-Modus ist eine Weiterentwicklung im Vergleich zum "stillen" Modus der vorherigen Ausführungsform. Beim "Wiederholungs"-Modus wird die Möglichkeit berücksichtigt, dass eine oder mehrere STAs das CSAE, das durch den Quellknoten im "stillen" Modus rundgesendet oder übermittelt wurde, um das Übertragen auf dem Kanal einzustellen, nicht gehört haben. Dadurch fahren jene STAs, die das durch den Knoten rundgesendete CSAE nicht hören, fort, irrtümlich MAC-Frames über das Netzwerk zu übertragen. Um das Fortsetzen dieser irrtümlichen Übertragungen in dem momentanen Kanal zu verhindern, wird erwogen, dass jede STA, die einen irrtümlichen MAC-Frame empfängt, das CSAE ein einziges Mal erneut übertragen darf, bevor die Zeit für das Umschalten auf den angekündigten Kanal abläuft. Es wird davon ausgegangen, dass auf diese Weise das CSAE, das von einer STA erneut rundgesendet wird, von jenen STAs gehört wird, die das anfänglich vom Quellknoten rundgesendete CSAE nicht gehört haben. Wenn während eines nach dem Zufallsprinzip erfolgenden Zurückziehens ein CSAE, das zur selben BSS oder IBSS gehört, empfangen wird, so darf die Übertragung nicht stattfinden. Dadurch wird eine Konkurrenz mehrerer STAs bei der erneuten Übertragung von CSAEs aufgelöst.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung stellt ein System zum Durchführen einer "schnellen Kanalumschaltung" in einem WLAN bereit. Das System enthält ein Mittel zum Bestimmen, ob ein neuer Kanal, der durch mehrere STAs verwendet werden soll, benötigt wird; ein Mittel zum Rundsenden – durch einen Quellknoten – eines Kanalumschaltankündigungselements, das eine Kanalumschaltzeit enthält, die einen Wert aufweist, der von dem Bakenintervall unabhängig ist; und ein Mittel zum Umschalten der STAs auf einen neuen Betriebskanal bei Ablauf der Zeit, die durch die Zeit zum Umschalten auf den angekündigten Kanal vorgegeben ist.
Das System kann des Weiteren in alternativen Ausführungsformen ein Mittel enthalten, um den gesamten weiteren Frame-Austauschverkehr in dem momentanen Kanal zu stoppen, nachdem in den STAs ein Kanalumschaltankündigungselement empfangen wurde; sowie ein Mittel zum erneuten Versenden des Kanalumschaltankündigungselements durch eine STA in dem Fall, dass eine oder mehrere STAs das von dem Quellknoten rundgesendete erstgesendete CSAE nicht hören.
Ein vollständigeres Verständnis des Verfahrens und der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ergibt sich aus dem Studium der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen, in denen Folgendes dargestellt ist:
1 veranschaulicht die Architektur eines Drahtloskommunikationssystems, auf das Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Anwendung finden.
2 veranschaulicht ein vereinfachtes Blockschaubild eines Zugangspunktes (Access Point – AP) und jeder Station (STA) innerhalb einer konkreten Basisdienstgruppe (Basic Service Set – BSS) gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3(a) veranschaulicht das Format eines Kanalumschaltankündigungselements zum Senden von Informationen von einem AP zu jeder Station (STA) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3(b) veranschaulicht das Format des Umschaltmodus-Teilfeldes des Kanalumschaltankündigungselements von 3(a) gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In der folgenden Beschreibung werden zum Zweck der Erläuterung (und nicht der Einschränkung) konkrete Details dargelegt, wie zum Beispiel die konkrete Architektur, konkrete Schnittstellen, konkrete Techniken usw., um ein gründliches Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Aus Gründen der Einfachheit und Klarheit wird auf detaillierte Beschreibungen einschlägig bekannter Vorrichtungen, Schaltkreise und Verfahren verzichtet, um nicht die Beschreibung der vorliegenden Erfindung durch unnötige Details in den Hintergrund treten zu lassen.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Regime zur schnellen Kanalumschaltung zum Verringern der Kanalumschaltlatenz zum Verhindern des Störens des Betriebes anderer am selben Ort befindlicher Systeme, wie zum Beispiel Radarsysteme, die missionskritische Funktionen im 5 GHz-Band erfüllen. Dem Fachmann ist klar, dass diese Erfindung ohne Weiteres auf andere Frequenzbänder ausgedehnt werden kann, wie zum Beispiel das 2,4 GHz-Band, wobei andere Spezifikationen für die Bitübertragungsschicht verwendet werden, wie zum Beispiel die Spezifikation IEEE 802.11b PHY.
1 veranschaulicht ein repräsentatives Netzwerk, auf das Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung anzuwenden sind. Gemäß dem Prinzip der Erfindung wird ein Regime zur schnellen Kanalumschaltung bereitgestellt, das es einem Zugangspunkt (Access Point – AP) in einem BSS-Netzwerk, wie gezeigt, (oder einer STA in einem IBSS-Netzwerk) ermöglicht, die Kanalumschaltlatenz zu minimieren und dadurch ein Stören des Betriebes anderer am selben Ort befindlicher Systeme, wie zum Beispiel Radarsysteme, die missionskritische Funktionen erfüllen, insbesondere im 5 GHz-Band, zu vermeiden. Es ist zu beachten, dass das in 1 gezeigte Netzwerk zur besseren Veranschaulichung klein ist. In der Realität enthalten die meisten Netzwerke eine weit größere Anzahl mobiler STAs. Es ist des Weiteren anzumerken, dass 1 und die folgende Beschreibung zwar im Zusammenhang mit einem BSS-Netzwerk dargestellt sind, die Prinzipien der Erfindung aber gleichermaßen für ein IBSS-Netzwerk gelten.
Die vorliegende Erfindung findet Anwendung auf ein Wireless Local Area-Netzwerk (WLAN), indem sie es dem AP ermöglicht, rasch eine Kanalumschaltung oder eine Beendigung der Übertragung auf dem betreffenden Kanal für alle oder einige Stationen (STAs), die zu seiner BSS gehören, in Reaktion auf eine Störung von anderen nicht-zugehörigen Nutzern zu veranlassen. Zum Beispiel kann sich die STA₃ der BSS₁ in einem überlappenden Bereich mit einer benachbarten BSS₂ befinden, wodurch es zu Konkurrenz durch die STA₂ in der benachbarten BSS₂ kommt. Alternativ kann die STA₃ durch ein in der Nähe befindliches nicht-802.11-kompatibles Gerät gestört werden, das zu einem anderen primären Nutzer, wie zum Beispiel Satelliten- oder Radarsystemen, gehört. Zu diesem Zweck nimmt die vorliegende Erfindung Änderungen an der 802.11-MAC-Spezifikation vor, die entweder einen schnellen Übergang zu einem neuen Frequenzkanal oder ein rasches Beenden des Sendens auf einem momentanen Frequenzkanal ermöglicht. Diese Änderungen unterstützen das Erfüllen der durch das European Radio Communications Committee (ERC) auferlegten Vorgaben und steigern die Leistung des Betriebes eines WLANs des Standards 802.11 im 5 GHz-Band oder in anderen Bändern, zum Beispiel dem 2,4 GHz-Band. Dem Fachmann leuchtet ein, dass diese Erfindung ohne Weiteres auf andere Frequenzbänder ausgedehnt werden kann, zum Beispiel das 2,4 GHz-Band, wobei andere Spezifikationen für die Bitübertragungsschicht verwendet werden, wie zum Beispiel die Spezifikation IEEE 802.11b PHY.
Wenden wir uns 2 zu. Der AP und jede STA innerhalb des in 1 gezeigten WLAN kann ein System mit einer Architektur enthalten, die in dem Blockschaubild von 2 veranschaulicht ist. Sowohl der AP als auch die STA können eine Anzeige 20, eine CPU 22, einen Sender-Empfänger (Tx/Rx) 24, eine Eingabevorrichtung 26, ein Speichermodul 28, einen Direktzugriffsspeicher (Random Access Memory – RAM) 30, einen Nurlesespeicher (32) und einen gemeinsamen Bus 40 enthalten. Obgleich in der Beschreibung Begriffe genannt werden können, die üblicherweise zur Beschreibung bestimmter Computersysteme verwendet werden, gelten die Beschreibung und die Konzepte gleichermaßen auch für andere Verarbeitungssysteme, einschließlich Systeme mit Architekturen, die von denen, die in 2 gezeigt sind, verschieden sind. Der Sender-Empfänger 24 ist an eine (nicht gezeigte) Antenne angeschlossen, um gewünschte Daten zu senden, und sein Empfänger wandelt empfangene Signale in entsprechende digitale Signale um. Die CPU 22 arbeitet unter der Steuerung eines Betriebssystems, das in dem ROM 32 enthalten ist, und verwendet den RAM 30 zur Durchführung der Frequenzauswahl innerhalb eines Wireless Local Area-Netzwerks (WLAN), indem der AP in die Lage versetzt wird, für einige oder alle Stationen (STAs), die seiner BSS zugeordnet sind, einen neuen Kanal oder eine neue Drahtlosverbindung bereitzustellen.
Vor dem Beschreiben der verschiedenen Ausführungsformen zum Ausführen einer schnellen Kanalumschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Implementierung zum Auswählen der verschiedenen Ausführungsformen im Kontext einer Modifizierung des Kanalumschaltankündigungselements in der MAC-Schicht beschrieben. Eine Art der Implementierung der verschiedenen Ausführungsformen zur "schnellen Kanalumschaltung" der Erfindung besteht in der Modifizierung des Kanalumschaltankündigungselements (Channel Switch Announcement Element – CSAE), bei dem es sich um einen Typ von Informationselement handelt, das als die Komponente eines Verwaltungs-Frames enthalten sein kann, um Dienste in einem Drahtlosnetzwerk zu erbringen. Wie einschlägig bekannt ist, definiert ein CSAE einen neuen Frequenzkanal und den Zeitpunkt, an dem zu ihm umzuschalten ist, was im IEEE-Standard P802.11/D0.1, Er gänzungsentwurf zum Standard für Telekommunikation und Informationsaustausch zwischen Systemen, definiert ist.
Wenden wir uns 3a zu, wo ein Format für ein Kanalumschaltankündigungselement (CSAE) 31 gezeigt ist, das gemäß der Erfindung modifiziert ist. Gemäß dieser Darstellung enthält das modifizierte CSAE 31 zwei herkömmliche Felder und ein zusätzliches Feld, d.h. das "Umschaltmodus"-Feld zusätzlich zu dem "Element-ID"-Feld und dem "Längen"-Feld. Zu den herkömmlichen Feldern gehört ein "Umschalten zu Kanal"-Feld, das die Nummer eines Frequenzkanals angibt, zu dem umzuschalten ist. Es ist auch eine "Kanalumschaltzählung" gezeigt, die herkömmlicherweise angibt, wie viele Baken (einschließlich des momentanen Baken-Frames) erscheinen müssen, bevor es zur Kanalumschaltung der BSS kommt. Jedoch hat gemäß den im vorliegenden Text beschriebenen Ausführungsformen die "Kanalumschaltzählung" eine alternative Darstellung. Und zwar stellt die "Kanalumschaltzählung", wie im vorliegenden Text beschrieben, eine Rückwärtszählzeit in Mikrosekunden dar, wobei, wenn diese abgelaufen ist, die STAs von einem momentanen Betriebskanal zu dem angekündigten Kanal umschalten müssen. Das zusätzliche Feld ist das "Umschaltmodus"-Feld, das als ein einzelnes Oktett gezeigt ist und dem Auswählen einer der Ausführungsformen dient, die weiter unten noch zu beschreiben sind.
3b veranschaulicht eine mögliche Implementierung für das "Umschaltmodus"-Byte von 3a, wobei Bit-Felder des einzelnen Oktetts zum Auswählen der verschiedenen Ausführungsformen verwendet werden. Wie gezeigt, dient das Bit-Feld Null zum Auswählen des "schnellen" Betriebsmodus'; Bit-Feld Eins dient zum Auswählen des "stillen" Betriebsmodus', und Bit-Feld Zwei dient zum Auswählen des "Wiederholungs"-Betriebsmodus'. Es versteht sich jedoch, dass die Erfindung nicht auf diese konkrete Hardware- oder Software-Implementierung beschränkt ist und jede zweckmäßige Technik zum Implementieren der Funktionen der im vorliegenden Text offenbarten Ausführungsformen verwenden kann.
Es werden nun die einzelnen Ausführungsformen beschrieben.
In einer Ausführungsform der Erfindung wird ein "schneller" Betriebsmodus beschrieben, wobei die STAs bei Ablauf der "Kanalumschaltzähl"-Zeit unabhängig von dem Bakenintervallzeitraum alle schnell von einem momentanen (ersten) Kanal zu einem neuen (zweiten) Kanal umgeschaltet werden.
Wenden wir uns wieder 1 zu. Es kann zur Notwendigkeit eines schnellen Umschaltens in einer Situation kommen, wo eine STA, wie zum Beispiel STA₄, durch ein in der Nähe befindliches nicht-802.11-kompatibles Gerät gestört wird, das zu anderen primären Nutzern, wie zum Beispiel Satelliten- oder Radarsystemen, gehört. Zu diesem Zweck nimmt die vorliegende Erfindung eine Änderung an der 802.11-MAC-Spezifikation vor, die eine schnelle Reaktion auf die detektierte Störung in Form eines Übergangs von einem momentanen Kanal zu einem neuen Kanal innerhalb eines in Mikrosekunden spezifizierten Zeitraums unabhängig von dem Bakenintervall ermöglichen würde. Es ist anzumerken, dass eine Kanalumschaltung gemäß der vorliegenden Erfindung eine Einschränkung des Standes der Technik überwindet, insofern, als beim Stand der Technik das Umschalten über eine bestimmte Anzahl von Bakenintervallen hinweg und ausschließlich an den Grenzen der Bakenintervalle erfolgen muss.
Es wird nun eine Modifizierung der 802.11.MAC-Spezifikation beschrieben, die einen schnellen Übergang von einem momentanen Kanal zu einem neuen Kanal für den Betrieb des Netzwerkes ermöglichen würde.
Während des Betriebes im "schnellen" Modus nimmt der AP bei Detektion einer Störung auf einem momentanen Betriebskanal eine Rundsendung des CSAE 31 an die STAs in dem Netzwerk vor, wobei das "Umschaltmodus"-Bitfeld dem "schnellen" Modus entspricht, d.h. auf 1 gesetzt ist. Nach dem Empfang des CSAE 31 in den STAs wird der "schnelle" Betriebsmodus detektiert, und das "Kanalumschaltzähl"-Feld wird als eine Rückwärtszählzeit (in Mikrosekunden) interpretiert, bei der es sich um eine Zeit handelt, die in jeder STA rückwärts gezählt wird, um von einem momentanen Kanal zu dem angekündigten Kanal umzuschalten. Die Kanalumschaltzählzeit wird ab dem Punkt rückwärts gezählt, an dem das Ende der MPDU, die das CSAE 31 trägt, in der STA detektiert wird (siehe Punkt "A"). Es ist zu beachten, dass die Rückwärtszählzeit zum Umschalten von Kanälen gemäß der vorliegenden Ausführungsform unabhängig von dem Bakenintervallzeitraum ist. Es ist des Weiteren anzumerken, dass der Rahmen-Austauschverkehr auf dem momentanen Kanal solange weitergeführt werden darf, bis die "Kanalumschaltzähl"-Feld abgelaufen ist. Das heißt, das Senden auf dem momentanen Kanal wird bei Empfang des CSAE 31 nicht eingestellt. Vielmehr erfolgt die Einstellung des Sendens auf dem momentanen Kanal nach dem Verstreichen der Rückwärtszählzeit.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein "stiller" Betriebsmodus beschrieben, der sich in zweierlei Hinsicht von der vorherigen "schnellen" Ausführungs form unterscheidet. Erstens wird im vorliegenden Modus das Senden auf dem momentanen Kanal bei Empfang des CSAE 31 eingestellt. Ein erster Unterscheidungspunkt zwischen den beiden Ausführungsformen ist, dass bei der vorliegenden Ausführungsform für das Einstellen des Sendens keine Rückwärtszählzeit abzuwarten ist. Es erfolgt im Wesentlichen sofort, wie weiter unten beschrieben wird. Als weiterer Unterschied zur vorherigen Ausführungsform kann die Kanalumschaltung über einen Zeitraum von sieben Bakenintervallen erfolgen. Das heißt, sie erfolgt nicht im Wesentlichen unmittelbar, wie es in der vorherigen Ausführungsform der Fall ist. Diese längere Kanalumschaltzeit kann unter anderem aus folgenden Gründen wünschenswert sein: (1) Abtasten aller in Betrieb befindlichen Steuerkanäle in dem WLAN, um den "besten" Steuerkanal zu finden. Wenn ein Steuerkanal mit guter Empfangsqualität gefunden ist, so kann das WLAN entscheiden, zu diesem Kanal umzuschalten. Und (2): Bestimmte STAs in dem Netzwerk können sich in einem Stromsparmodus befinden und darum nicht bereit sein, sofort zu einem neuen Kanal umgeschaltet zu werden.
Während des Betriebes im "stillen" Modus nimmt der AP bei Detektion einer Störung auf einem momentanen Betriebskanal (d.h. durch einen primären Nutzer) eine Rundsendung des CSAE 31 an die STAs in dem Netzwerk vor, wobei das "Umschaltmodus"-Bitfeld dem "stillen" Modus entspricht, d.h. auf Bit 1 von 3b gesetzt ist. Nach dem Empfang des CSAE 31 in den STAs wird der "stille" Betriebsmodus detektiert, und das "Kanalumschaltzähl"-Feld wird als eine Rückwärtszählzeit (in Mikrosekunden oder Bakenintervallen, je nach der Einstellung des Bis 0) interpretiert, bei der es sich um eine Zeit handelt, die in jeder STA rückwärts gezählt wird, um zu einem neuen Kanal umzuschalten. Im Gegensatz zu der vorherigen Ausführungsform kann die Kanalumschaltzählzeit in der Größenordnung mehrerer Bakenintervalle liegen. Diese Unterscheidung ist auf die Tatsache zurückzuführen, dass die vorliegende Ausführungsform vor allem auf das rasche Einstellen des Sendens auf dem Kanal und auf das Ermöglichen einer Kanalumschaltung zu einem späteren Zeitpunkt abzielt.
Um das Senden auf dem momentanen Kanal schnell einzustellen, wird ein Ende des CSAE 31 in den STAs detektiert. Ab einem Zeitpunkt, der mit der Detektion des Endes des CSAE 31 übereinstimmt, werden keine neuen Rahmenaustauschsequenzen in dem momentanen Kanalmehr zugelassen. Die STAs dürfen erst dann mit dem Senden weiterer Rahmenaustauschsequenzen auf dem angekündigten Kanal beginnen, nachdem eine Kanalumschaltzählzeit abgelaufen ist. Oder anders ausgedrückt: Weitere Über tragungen werden auf dem angekündigten Kanal erst dann zugelassen, nachdem die Kanalumschaltzählzeit abgelaufen ist. Des Weiteren muss in einem BSS-Netzwerk die STA abwarten, bis sie eine Bake oder eine Sondierungsreaktion von dem AP hört, bevor sie Frames der Klasse 2 oder Klasse 3 sendet.
In einer weiteren Ausführungsform wird ein "Wiederholungs"-Betriebsmodus beschrieben. Dieser Modus wird nun anhand des Netzwerks von 1 beschrieben. Der "Wiederholungs"-Modus ist eine Weiterentwicklung des oben beschriebenen "stillen" Modus', weil er die Möglichkeit berücksichtigt, dass eine oder mehrere STAs, d.h. STA₁, möglicherweise das CSAE 31, das durch den Quellknoten, d.h. AP₁, rundgesendet wurde, um das Senden auf dem Kanal zu beenden, nicht hört. Wenn das geschieht, so fährt die STA₁, die das vom AP₁ rundgesendete CSAE 31 nicht hört, fort, MAC-Frames auf dem momentanen Kanal zu senden, wodurch das Ziel, das Senden auf dem Kanal einzustellen, nicht erreicht wird. Um das Senden dieser MAC-Rahmen-Übertragungen zu verhindern, wird gestattet, dass irgend eine andere STA (d.h. STA₂, STA₃), die das anfänglich gesendete CSAE 31 vom Quellknoten AP₁ hört und die ebenfalls anschließend einen MAC-Frame von einer STA, empfängt, das CSAE 31 ein einziges Mal erneut sendet, bevor die Zeit zum Umschalten auf den angekündigten Kanal abläuft. Wenn wir zum Beispiel annehmen, dass STA₂ oder STA₃ das ursprünglich rundgesendete CSAE 31 vom Quellknoten AP₁ hört, so würde sowohl die STA₂ als auch die STA₃ versuchen, das CSAE 31 erneut zu senden. Jedoch müssen sowohl die STA₂ als auch die STA₃ vor dem erneuten Senden des CSAE 31 ein Zufalls-Rückzugsintervall abwarten, das gemäß dem IEEE-Standard 802.11 ausgeführt wird. Während der Rückzugszeit sendet die STA mit dem kürzeren Zufalls-Rückzugsintervall, zum Beispiel STA₂, das CSAE 31 erneut, und die übrigen STAs, zum Beispiel STA₃, stoppen ihre Übertragungen, wenn sie die erneute Übertragung hören. Man hofft, dass auf diese Weise das von der STA₂ neu gesendete CSAE 31 nun von der STA₁ gehört wird.
Wie aus dem oben Dargelegten hervorgeht, hat die vorliegende Erfindung insofern einen Vorteil, als ein Konflikt mit primären Nutzern in dem Band durch die Nutzung eines der oben beschriebenen Betriebsmodi minimiert oder vollständig beseitigt wird, d.h. indem entweder das Senden auf dem Kanal rasch eingestellt wird oder rasch zu einem neuen Kanal umgeschaltet wird. Es ist zu beachten, dass die obige Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen dazu dient, einen Fachmann in die Lage zu versetzen, die vorliegende Erfindung herzustellen oder zu nutzen. Die verschiedenen Modifizierungen dieser Ausführungsformen sind – wie auch weitere Ausführungsformen – für den Fachmann sofort auch ohne erfinderischen Geist offensichtlich. Darum besteht nicht die Absicht, die vorliegende Erfindung auf die im vorliegenden Text gezeigten Ausführungsformen zu beschränken. Vielmehr ist ihr der weiteste Geltungsbereich zuzumessen, der durch die im vorliegenden Text offenbarten Prinzipien und neuartigen Merkmale erfasst wird.
Legende der Zeichnungen
Fig. 1

Non-802.11 Device: Nicht dem Standard 802.11 entsprechendes Gerät

Fig. 2

20: Anzeige
22: Prozessor (CPU)
26: Eingabevorrichtung
28: Speicher

Fig. 3A
Fig. 3B

33: Reserviert

Claims

Verfahren zum Umschalten wenigstens eines Drahtlosknotens, der sich innerhalb des Versorgungsgebietes einer Basisdienstgruppe (BSS₁) oder einer Infrastruktur-Basisdienstgruppe IBSS in einem Wireless Local Area-Netzwerk (WLAN) befindet, von einem ersten Kommunikationskanal zu einem zweiten Kommunikationskanal, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst: (a) Bestimmen, ob der zweite Kommunikationskanal, der durch den wenigstens einen Drahtlosknoten verwendet werden soll, benötigt wird; (b) Rundsenden – durch einen Quellknoten (AP₁) – eines Verwaltungs-Frames, der ein Kanalumschaltankündigungselement CSAE (31) enthält, zu dem wenigstens einen Drahtlosknoten, wenn in Schritt (a) festgestellt wird, dass der zweite Kommunikationskanal benötigt wird, wobei das CSAE (31) wenigstens eine Kanalumschaltzeit und einen Identifikator für den zweiten Kommunikationskanal enthält; und (c) Umschalten – in dem wenigstens einen Drahtlosknoten, der den Verwaltungs-Frame, der das CSAE (31) enthält, empfängt – von dem ersten Kommunikationskanal zu dem zweiten Kommunikationskanal innerhalb einer Rückwärtszählzeit, die der Kanalumschaltzeit entspricht, wobei die Kanalumschaltzeit in einem ersten Umschaltmodus anzeigt, wie viele Baken erscheinen müssen, bevor die Kanalumschaltung vorgenommen wird; dadurch gekennzeichnet, dass: das Verfahren beinhaltet: in einem zweiten Umschaltmodus: das Einfügen – in ein Umschaltmodusfeld (33) in dem Verwaltungs-Frame – eines Codes zum Auswählen eines Betriebsmodus' zum Ausführen einer schnellen Kanalumschaltung in dem WLAN; wobei die Kanalumschaltzeit in dem zweiten Umschaltmodus in Mikrosekunden, unabhängig von einem verwendeten Bakenintervall, spezifiziert ist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (c) des Umschaltens des wenigstens einen Drahtlosknotens des Weiteren den Schritt des Detektierens des Endes des empfangenen Verwaltungs-Frames (Punkt "A") in dem wenigstens einen Drahtlosknoten umfasst, um eine Rückwärtszählung der Kanalumschaltzeit einzuleiten.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei es sich bei dem Quellknoten um einen Zugangspunkt (AP₁), der sich in einem Versorgungsgebiet der BSS befindet, oder um eine Station (STA), die sich in einem Versorgungsgebiet der IBSS befindet, handelt.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Schritt (a) des Bestimmens, ob der zweite Kommunikationskanal benötigt wird, auf einer Störung der Kanalqualität in dem ersten Kommunikationskanal oder der Erfüllung anderer regulatorischer Vorgaben basiert.
Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend den Schritt des Zulassens eines fortgesetzten Frame-Austauschverkehrs in dem ersten Kommunikationskanal vor dem Ablauf der Kanalumschaltzeit.
Verfahren nach Anspruch 1, des Weiteren umfassend den Schritt – bei Empfang des rundgesendeten ersten Verwaltungs-Frames, der das CSAE (31) enthält, in dem wenigstens einen Drahtlosknoten – des Stoppens des gesamten weiteren Frame-Austauschverkehrs in dem ersten Kommunikationskanal, um das Senden auf dem ersten Kommunikationskanal einzustellen.
Verfahren nach Anspruch 6, des Weiteren umfassend den Schritt des Umschaltens von dem ersten Kommunikationskanal zu dem zweiten Kommunikationskanal in dem wenigstens einen Drahtlosknoten, der den ersten Verwaltungs-Frame, der das CSAE (31) enthält, empfängt, innerhalb einer Rückwärtszählzeit, die der Kanalumschaltzeit entspricht, wobei die Kanalumschaltzeit in der Größenordnung mehrerer Bakenintervalle liegen kann und von einem verwendeten Bakenintervall unabhängig ist.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Umschaltschritt des Weiteren den Schritt des Detektierens des Endes des ersten Verwaltungs-Frames, der das CSAE (31) enthält und in dem wenigstens einen Drahtlosknoten empfangen wird, umfasst, um die Rückwärtszählzeit einzuleiten.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei es sich bei dem Quellknoten (AP₁) um einen Zugangspunkt (AP) in der BSS oder um eine STA in der IBSS, die sich in dem Versorgungsgebiet befindet, handelt.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Schritt (a) des Bestimmens, ob der zweite Kommunikationskanal benötigt wird, auf einer Störung der Kanalqualität in dem ersten Kommunikationskanal oder der Erfüllung anderer regulatorischer Vorgaben basiert.
Verfahren nach Anspruch 6, das des Weiteren folgende Schritte umfasst: Bestimmen, dass der erste Verwaltungs-Frame, der das CSAE (31) enthält, nicht durch einen der wenigstens einen Drahtlosknoten empfangen wurde; und erneutes Senden des ersten Verwaltungs-Frames, der das CSAE (31) enthält, von einem der wenigstens einen Drahtlosknoten, die den ersten Verwaltungs-Frame, der das CSAE (31) enthält, empfangen.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei der Bestimmungsschritt des Weiteren den Schritt des Empfangens eines zweiten Verwaltungs-Frames von dem wenigstens einen Drahtlosknoten umfasst, der den ersten Verwaltungs-Frame empfängt.
System zum Umschalten wenigstens eines Drahtlosknotens WLAN, der sich innerhalb des Versorgungsgebietes einer Basisdienstgruppe (BSS₁) oder einer Infrastruktur-Basisdienstgruppe IBSS in einem Wireless Local Area-Netzwerk (WLAN) befindet, von einem ersten Kommunikationskanal zu einem zweiten Kommunikationskanal, wobei das System Folgendes umfasst: ein Mittel zum Bestimmen, ob der zweite Kommunikationskanal, der durch den wenigstens einen Drahtlosknoten verwendet werden soll, benötigt wird; ein Mittel zum Rundsenden – durch einen Quellknoten (AP₁) – eines Verwaltungs-Frames, der ein Kanalumschaltankündigungselement CSAE (31) enthält, zu dem wenigstens einen Drahtlosknoten, wenn festgestellt wird, dass der zweite Kommunikationskanal benötigt wird, wobei der Verwaltungs-Frame das CSAE (31) enthält, welches eine Kanalumschaltzeit und einen Identifikator für den zweiten Kommunikationskanal enthält; und ein Mittel zum Umschalten – in dem wenigstens einen Drahtlosknoten, der den Verwaltungs-Frame, der das CSAE (31) enthält, empfängt – von dem ersten Kommunikationskanal zu dem zweiten Kommunikationskanal innerhalb einer Rückwärtszählzeit, die der Kanalumschaltzeit entspricht, wobei die Kanalumschaltzeit in einem ersten Umschaltmodus anzeigt, wie viele Baken erscheinen müssen, bevor die Kanalumschaltung vorgenommen wird; dadurch gekennzeichnet, dass: in einem zweiten Umschaltmodus der Verwaltungs-Frame ein Umschaltmodusfeld (33) mit einem Code zum Auswählen eines Betriebsmodus' zum Ausführen einer schnellen Kanalumschaltung in dem WLAN enthält; wobei die Kanalumschaltzeit in dem zweiten Umschaltmodus in Mikrosekunden, unabhängig von einem verwendeten Bakenintervall, spezifiziert ist.
System nach Anspruch 13, wobei das Mittel zum Umschalten des Weiteren ein Mittel zum Detektieren des Endes des empfangenen Verwaltungs-Frames (Punkt "A") in dem wenigstens einen Drahtlosknoten umfasst, um eine Rückwärtszählung der Kanalumschaltzeit einzuleiten.
System nach Anspruch 13, wobei das System Folgendes umfasst: ein Mittel zum Stoppen des gesamten weiteren Frame-Austauschverkehrs in dem ersten Kommunikationskanal, um das Senden auf dem ersten Kommunikationskanal einzustellen, nachdem der rundgesendete erste Verwaltungs-Frame, der das CSAE (31) enthält, in dem wenigstens einen Drahtlosknoten empfangen wurde.
System nach Anspruch 15, das des Weiteren ein Mittel zum Umschalten – in dem wenigstens einen Drahtlosknoten, der den ersten Verwaltungs-Frame, der das CSAE (31) enthält, empfängt – von dem ersten Kommunikationskanal zu dem zweiten Kommunikationskanal innerhalb einer Rückwärtszählzeit, die der Kanalumschaltzeit entspricht, wobei die Kanalumschaltzeit in der Größenordnung mehrerer Bakenintervalle liegen kann und von einem verwendeten Bakenintervall unabhängig ist.
Kanalumschaltankündigungselement CSAE (31) zur Verwendung in einem Wireless Local Area-Netzwerk (WLAN), wobei das CSAE (31) Folgendes enthält: das CSAE (31), das eine Kanalumschaltzeit und einen Identifikator für den zweiten Kommunikationskanal enthält; wobei die Kanalumschaltzeit in einem ersten Umschaltmodus anzeigt, wie viele Baken erscheinen müssen, bevor die Kanalumschaltung vorgenommen wird; dadurch gekennzeichnet, dass das CSAE (31) des Weiteren Folgendes enthält: ein Umschaltmodusfeld (33) zum Auswählen eines Betriebsmodus' zum Ausführen einer schnellen Kanalumschaltung in dem WLAN; wobei die Kanalumschaltzeit in dem zweiten Umschaltmodus in Mikrosekunden, unabhängig von einem verwendeten Bakenintervall, spezifiziert ist.
Kanalumschaltankündigungselement CSAE (31) nach Anspruch 17, wobei das Umschaltmodusfeld (33) ein Teilfeld zum Auswählen eines "stillen" Modus enthält, der einen Drahtlosknoten in dem Wireless Local Area-Netzwerk anweist, den gesamten weiteren Frame-Austauschverkehr in dem ersten Kommunikationskanal einzustellen, um das Senden auf dem ersten Kommunikationskanal einzustellen, nachdem der rundgesendete erste Verwaltungs-Frame, der das CSAE (31) enthält, empfangen wurde.