專利名稱：移動應用中的智能無線交換器(iws)和智能無線電覆蓋(irc)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明通常涉及無線通信，特別涉及管理多個移動設備的無線通信。
背景技術：
目前，無線網(wǎng)絡開始被部署，以使公眾能夠訪問數(shù)據(jù)通信資源。例如，許多公共場所(如公共運輸設施、政府建筑物、辦公大樓、等等)提供“Wi-Fi”無線網(wǎng)絡能力，使個人能夠通過互聯(lián)網(wǎng)進行通信。
進入一個特定無線網(wǎng)絡的過程往往是從找到一個“接入點(AP)”開始。如這兒使用的，接入點泛指在一個獨立無線網(wǎng)絡內或服務區(qū)內、管理該網(wǎng)絡內或服務區(qū)內的無線通信、能夠進入一個更大網(wǎng)絡的任何設備。接入點不應該被認為是要求任何特定的無線通信協(xié)議或標準。
無線通信管理通常涉及提供連接服務、取消連接服務、分配服務和集成服務。連接和取消連接服務使移動設備能夠順利地進入和離開一個特定的無線網(wǎng)絡或服務區(qū)。如這兒使用的，連接指的是一個能夠使無線設備在接入點管理的網(wǎng)絡或服務區(qū)里開始通信的協(xié)議或信息序列。分配服務管理著在網(wǎng)絡或服務區(qū)內無線幀的處理和路由。分配服務可能涉及介質訪問控制(MAC)協(xié)議，來避免指定的無線設備的通信發(fā)生相互干擾。集成服務涉及將無線幀轉換成一個適合在另一個網(wǎng)絡傳輸(通常能夠進入互聯(lián)網(wǎng))的形式，反之亦然。
通過檢測到一個來自接入點的“信標”幀(beacon frame)或其它合適信號，通常能夠找到一個接入點。信標幀被周期性地發(fā)送，使無線設備能夠連接到接入點。信標幀使得物理層參數(shù)(如運行波段)、能力信息和其它合適的信息能夠被確定。信標周期(信標幀播送之間的時間)可以相當大，使得連接過程所需要的時間量能夠被用戶注意到。
以圖1作為參考，依照特定的無線通信協(xié)議，來說明連接運作是怎樣發(fā)生的。列車101包含多個擁有無線設備102的用戶。列車101穿越多個無線通信服務區(qū)。服務區(qū)由接入點103-1和103-2的廣播距離確定。如圖1中所示，接入點103-1確定的服務區(qū)延伸到邊界104-1，接入點103-2確定的服務區(qū)延伸到邊界104-2。通過對接入點103-1和103-2使用不同的運行波段、碎片序列(chipping sequence)、跳頻序列(hopping sequence)、等等，服務區(qū)可能重疊。
當列車101移動到由接入點103-1確定的服務區(qū)內，使用典型的無線協(xié)議，無線設備102檢測到接入點103-1。無線設備102連接到接入點103-1。無線設備102使用接入點103-1，通過互聯(lián)網(wǎng)，可以傳送數(shù)據(jù)，直到列車101通過邊界104-1。在那個點上，無線設備102失去與接入點103-1的聯(lián)系。然后，無線設備102嘗試去找另一個接入點。在這個過程期間，每個無線設備102掃描可用的信道，直到最后檢測到接入點103-2。完成檢測之后，無線設備102啟動與接入點103-2的連接運作。當掃描可用的信道和完成連接運作時，無線設備102經由互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)通信可能被中斷幾秒鐘。所以，無線設備102的用戶獲得的服務質量可能相當差，取決于執(zhí)行連接過程的次數(shù)。

發(fā)明內容
概述典型實施例涉及管理在相同方向上移動的多個無線設備之間的無線通信的系統(tǒng)和方法。在一個典型實施例中，一個智能無線交換器與無線設備在相同的方向上移動。智能無線交換器協(xié)調多個無線設備和無線接入點之間的無線通信。在一個實施例中，智能無線交換器采用多個無線站。如這兒所使用的，無線站泛指在一個使用接入點的網(wǎng)絡或服務區(qū)內能夠進行無線通信的一個無線設備。一個首選實施例的智能無線交換器還包括一個內部接入點。通過連接智能無線交換器的內部接入點，多個無線設備開始進行無線通信。
通過多個無線站持續(xù)地連接外部無線接入點，智能無線交換器使充分連續(xù)的無線通信能夠進行。特別地，當智能無線交換器首次檢測到一個接入點，多個站中的一個站連接那個接入點。與無線設備相關聯(lián)的數(shù)據(jù)經由相應的站，從接入點被路由。
當另一個接入點被智能無線交換器檢測出來時，另一個站連接到第二個接入點。典型地，當在兩個外部接入點之間存在覆蓋區(qū)重疊時，這種情況會發(fā)生。在這個點上，智能無線交換器的站點與兩個不同的接入點都連接。第一個接入點繼續(xù)進行數(shù)據(jù)通信，與第二個接入點的連接通過使用ping信息包等來保持。
當智能無線交換器和多個無線設備持續(xù)移動時，設備最終達到第一個外部接入點覆蓋區(qū)域的邊界。此時，智能無線交換器檢測到來自接入點的接收信號強度的衰減。相應地，使用第二個站，智能無線交換器路將與無線設備相關聯(lián)的數(shù)據(jù)路由給第二個接入點。由于與第二個接入點的連接已經存在，對多個無線設備而言，這種傳遞(handoff)是透明的。從而，多個無線設備數(shù)據(jù)通信的服務質量得以保持。
在其它的實施例中，采用一個智能無線電覆蓋算法來保持與智能無線交換器的無線通信。特別地，每個外部接入點與一個可控方向性天線相連?？煽胤较蛐蕴炀€可以包含多個離散天線元件。通過改變與智能無線交換器進行通信的天線元件的場型(pattern)，獲得方向性。通過監(jiān)控在各個場型下從智能無線交換器接收到的信號強度，可以選擇天線元件的場型。
前面已經廣義地概括了本發(fā)明的特點和技術優(yōu)越性，以便可以更好地理解后續(xù)的本發(fā)明的詳細說明。本發(fā)明的其它特點和技術優(yōu)越性將在此后說明，他們構成本發(fā)明的權利要求的主題。應該理解，這里公開的概念和具體實施例可以很容易地用于修正或設計實現(xiàn)本發(fā)明的相同目的的構造的基礎。還應認識到，這樣的等同結構不脫離所附權利要求定義的本發(fā)明范圍。本發(fā)明的特征的創(chuàng)新點，即指其結構也包括操作方法，以及其它的目的和優(yōu)點，這些將在后面結合附圖的說明中更好地理解。但是還應理解，每個附圖是用于說明的目的，不用來限定本發(fā)明的范圍。
發(fā)明詳述依照一個典型實施例，圖2描述了智能無線交換器200。智能無線交換器200包含多個無線站(如201-1和201-2所示)。無線站201-1和201-2包括適當?shù)墓δ苄?，與外部無線接入點進行連接，并與接入點進行數(shù)據(jù)通信。
無線交換器200還包含內部接入點202。接入點202為多個無線設備管理著無線局域網(wǎng)(WLAN)。一個首選實施例的接入點202執(zhí)行典型的接入點服務，如連接服務、取消連接服務、分配服務和集成服務。接入點202的集成服務由分組交換控制器(packet switch controller)203支持。分組交換控制器203在接入點202和無線站201-1和201-2的“激活”站之間路由數(shù)據(jù)。通過檢查無線站201-1和201-2接收到的信號強度，分組交換控制器203設定激活站。實施分組交換控制器203可有多種方式。例如，通過使用集成電路功能，可以實施分組交換控制器203?；蛘撸褂靡粋€處理器和適當?shù)能浖噶?，可以實施分組交換控制器203。
依照一個典型實施例，圖3描述了包含智能無線交換器200的無線通信系統(tǒng)300。系統(tǒng)300包括多個接入點103-1和103-2。在這個例子里，列車101穿越多個無線通信服務區(qū)，從而，智能無線交換器200和移動設備102在相同的方向上移動。服務區(qū)由接入點103-1和103-2的廣播距離確定。如圖3中所示，接入點103-1確定的服務區(qū)延伸到邊界104-1，而接入點103-2確定的服務區(qū)延伸到邊界104-2。
依照一個實施例，當列車101首次進入接入點103-1的覆蓋區(qū)，智能無線交換器200的站點201-1連接接入點103-1。站點201-1是“在線”的，例如通過站點201-1能夠路由數(shù)據(jù)。而且，站點201-1變成“激活”站。即，來自無線設備102的數(shù)據(jù)被提供給站點201-1，并與接入點103-1進行通信。而且，來自接入點103-1的數(shù)據(jù)被站點201-1接收，并被分配給無線設備102。當列車101進入接入點103-2確定的覆蓋區(qū)，站點201-2連接接入點103-2。然后，站點201-2是在線的，但不是激活的。最初，數(shù)據(jù)不是經由站點201-1路由給接入點103-2。通過經由接入點103-2傳送“虛擬”信息包(dummy packets)，能夠保持站點201-2和接入點103-2之間的連接。例如，Ping信息包能夠被用來達此目的。
分組交換控制器203監(jiān)控站點201-1和201-2的接收信號強度。通過以下的平滑函數(shù)，接收信號強度可被過濾SSi＝SSmeasure×α+SSi-1×(1-α)，其中α是常數(shù)，0≤α≤1依照一個首選實施例，當由站點201-1接收到的過濾后的信號強度低于一個閾值(thresholdlow)、且由站點201-2接收到的過濾后的信號強度高于一個閾值(thresholdhigh)時，分組交換控制器203促使站點201-1變成非激活的，而站點201-2變成激活的。如圖3中所示，站點201-1和201-2的激活狀態(tài)上的改變發(fā)生在邊界104-1和104-2之間。
當站點201-2變成激活站時，來自無線設備102的后續(xù)信息包經由站點201-2被傳送給接入點103-2。來自接入點103-1的剩余信息包被站點201-1接收，并被分配給無線設備102。TCP sessions(傳輸控制協(xié)議會話)等要求的確認信息包可以經由站點201-2被傳送給接入點103-2。
接入點103-1和103-2之間的傳遞(handoff)會發(fā)生，且對無線設備102而言，這種傳遞是透明的。特別地，這種轉換最好發(fā)生在失去與接入點103-1的連接之前。所以，與無線設備102相連的數(shù)據(jù)通信沒有中斷。在類似的情形下，對與無線設備102進行通信的服務器或其它資源而言，這種轉換是透明的。
依照一個典型實施例，圖4描述了一個使用智能無線交換器管理多個正在相同方向上移動的無線設備的無線通信的流程圖。
在步驟400，多個無線設備與智能無線交換器的內部接入點相連，允許無線局域網(wǎng)(WLAN)通信。在步驟401，第一個接入點被檢測出來。在步驟402，智能無線交換器的第一個站點與第一個接入點相連接。在步驟403，第一個站點被設定為在線的和激活站。在步驟404，使用第一個站點，數(shù)據(jù)在無線設備和第一個接入點之間被路由發(fā)送。
在步驟405，第二個接入點被檢測出來。在步驟406，智能無線交換器的第二個站點與第二個接入點相連接。在步驟407，第二個站點被設定為在線的和非激活站。在步驟408，使用Ping信息包，保持與第二個接入點的連接。
在步驟409，監(jiān)控與第一個和第二個站點的接收信號強度。當信號強度越過各自的閾值，第一個站點被轉換成非激活狀態(tài)，而第二個站點被轉換成激活狀態(tài)。在步驟411，使用第二個站點，數(shù)據(jù)在無線設備和第二個接入點之間路由發(fā)送。
依照一個典型實施例，圖5描述了無線通信系統(tǒng)500。無線通信系統(tǒng)500包括具有智能無線交換器200和無線設備102的列車101。無線通信系統(tǒng)500還包括基站501?；?01提供無線通信硬件，使得能夠與智能無線交換器200進行無線通信。特別地，基站501包括方向天線502。方向天線502可以包括多個離散天線元件。為了與智能無線交換器200進行通信，通過選擇具有最大天線增益的一組離散天線元件，而獲得天線502的方向性。
通過監(jiān)控不同天線元件場型(pattern)的接收信號強度，天線控制器503選擇一組天線元件用于通信。當信號強度超過閾值，天線控制器503在天線元件場型之間進行切換。使用集成電路功能和/或一個執(zhí)行合適軟件指令的處理器，可以實現(xiàn)天線控制器503。通過在天線元件之間進行切換，基站501跟蹤列車101的移動，并使通信能夠在更大距離上得以保持。所以，使用少量基站501能夠提供一個相當大區(qū)域的覆蓋，比已知基站配置所要求的還要少。
依照一個典型實施例，圖6描述了一個基站與一個移動智能無線交換器進行通信的運作流程圖。在步驟601，檢測到智能無線交換器進入基站的覆蓋區(qū)。在步驟602，測量基站的每個天線元件上接收到的信號強度。在步驟603，通過在天線元件場型之間進行切換，智能無線交換器在覆蓋區(qū)內的移動被基站跟蹤。當接收信號強度超過閾值時，會發(fā)生場型之間的切換。
圖2到6已經討論了本發(fā)明的許多實施例。應該注意的是，本發(fā)明并不限于此。能夠做出許多改變、改造和替換。例如，在一個可選擇的實施例里，方向天線和合適的控制器能夠在智能無線交換器203內實現(xiàn)。智能無線交換器上的天線元件的切換產生，可以跟在基站上的切換方式完全一樣。在另外一個可選擇的實施例中，智能無線交換器的多個無線站可以實施多個無線通信協(xié)議(如802.11協(xié)議、802.16協(xié)議、GPRS協(xié)議、等等)。針對一個特定無線通信協(xié)議覆蓋的可用性，經由智能無線交換器的轉換也可能發(fā)生，這對無線設備而言是透明的。內部接入點和智能無線交換器的站點也可以使用不同的無線通信協(xié)議。而且，實施例可被用于任何類型的運輸工具。但是，本發(fā)明的實施例并不僅限于此。例如，智能無線交換器能夠被用于不同接入點上有信道衰落發(fā)生的靜態(tài)環(huán)境里。
通過使用一個智能無線交換器，典型實施例使無線通信能夠有效地進行。多個無線設備能夠持續(xù)進行數(shù)據(jù)通信，到達外部接入點的覆蓋區(qū)邊界時也不中斷。外部接入點之間的切換的發(fā)生，對無線設備的用戶來講是透明的。另外地，通過使用一個合適的控制器來選擇方向天線的天線元件場型來跟蹤無線交換器的移動，減少了采用的與智能無線交換器進行通信的基站數(shù)量。
雖然已經詳細說明了本發(fā)明及其優(yōu)越性，但應理解，在不脫離所附權利要求定義的本發(fā)明的條件下可以做出各種改變，替換和變化。此外，本申請的范圍不限定到此處說明書中描述的處理方法，機器，制造，物質構成，手段，方法和步驟等的特定實施例。從說明書可以容易理解，可以利用實質上執(zhí)行了與這里說明的相應實施例相同功能或實現(xiàn)了相同結果的目前已有的或者將來會開發(fā)出的處理方法，機器，制造，物質構成，手段，方法和步驟。因此，所附的權利要求書旨在包括這些處理方法，機器，制造，物質構成，手段，方法或步驟。


為了更完整地理解本發(fā)明，請參考結合附圖的下面的說明。其中圖1描述了一個典型的無線通信系統(tǒng)。
圖2是依照一個典型實施例描述了一個智能無線交換器。
圖3是依照一個典型實施例描述了一個無線通信系統(tǒng)。
圖4是依照一個典型實施例描述了管理無線通信的一個流程圖。
圖5是依照一個典型實施例描述了另一個無線通信系統(tǒng)。
圖6是依照一個典型實施例描述了一個基站運作流程圖。
權利要求
1.一種管理多個無線設備通信的方法，包括檢測第一接入點；將無線交換器的一個站點連接到所述第一接入點；使用所述第一站點，在所述多個無線設備和所述第一接入點之間路由數(shù)據(jù)；檢測第二接入點；將所述無線交換器的第二站點連接到所述第二接入點；監(jiān)控所述第一和第二站點接收到的所述第一和第二接入點的信號強度和針對所述監(jiān)控，轉換到使用所述第二站點，在所述多個無線設備和所述第二接入點之間路由數(shù)據(jù)。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，進一步包括將所述多個無線設備連接到無線交換器的一個接入點。
3.根據(jù)權利要求1所述的方法，所述監(jiān)控包括將一個過濾函數(shù)應用到接收信號強度。
4.根據(jù)權利要求1所述的方法，進一步包括通過傳送Ping信息包經由所述第二接入點，保持與所述第二接入點的連接。
5.根據(jù)權利要求1所述的方法，所述多個無線設備和所述無線交換器在共同方向上移動，方法進一步包括通過使用一個方向天線跟蹤所述多個無線設備和所述無線交換器的移動，運作一個與所述第一接入點相連接的基站。
6.根據(jù)權利要求5所述的方法，進一步包括監(jiān)控所述方向天線的各個天線元件場型的接收信號強度；和針對監(jiān)控各個場型的接收信號強度，在所述場型之間進行切換。
7.根據(jù)權利要求1所述的方法，所述轉換包括接收來自與傳輸控制協(xié)議(TCP)會話相關聯(lián)的第一接入點的信息包；和使用所述第二站點，針對所述接收，發(fā)送確認信息包。
8.根據(jù)權利要求1所述的方法，所述無線交換器被配置在一個運輸工具內。
9.一個管理多個無線設備通信的無線交換系統(tǒng)，包括一個內部接入點，用于管理一個包括所述多個無線設備的無線局域網(wǎng)(WLAN)；多個與外部接入點進行通信的站點；和一個分組交換控制器，使用所述多個站點，在所述多個無線設備和外部接入點之間路由數(shù)據(jù)，其中所述分組交換控制器針對來自所述多個接入點接收到的信號強度超過閾值，可在所述多個站點之間轉換通信。
10.根據(jù)權利要求9所述的無線交換系統(tǒng)，其中所述分組交換控制器通過經由所述多個接入點的一個(接入點)發(fā)送Ping信息包，保持與所述多個接入點的一個(接入點)的連接，而數(shù)據(jù)信息包經由所述多個接入點的另一個(接入點)被傳送。
11.根據(jù)權利要求9所述的無線交換系統(tǒng)，所述分組交換控制器應用一個過濾函數(shù)給接收信號強度。
12.根據(jù)權利要求9所述的無線交換系統(tǒng)，其中，當所述分組交換控制器在第一站點到第二站點之間轉換通信時，所述交換控制器分配所述第一站點接收到的剩余信息包給所述多個無線設備，并經由所述第二站點發(fā)送確認信息包。
13.一個無線系統(tǒng)，包括多個接入點；和一個無線交換器，包括多個站點，用于與所述多個接入點進行通信；一個內部接入點，用于管理與多個無線設備的通信；和一個分組交換控制器，用于在所述多個站點和所述多個無線設備之間引導數(shù)據(jù)，其中所述分組交換控制器針對從所述多個接入點接收到的信號強度，在所述多個站點之間進行轉換。
14.根據(jù)權利要求13所述的無線系統(tǒng)，其中所述多個接入點中的一個(接入點)包括具有方向天線的一個基站，所述基站包括一個控制器，利用所述方向天線跟蹤所述無線交換器在所述多個接入點的一個(接入點)的覆蓋區(qū)內的移動。
15.根據(jù)權利要求14所述的無線系統(tǒng)，其中所述基站的所述控制器通過所述方向天線的多個離散天線元件場型，監(jiān)控來自所述無線交換器的接收到的信號強度。
16.根據(jù)權利要求15所述的無線系統(tǒng)，其中所述基站的所述控制器針對所述監(jiān)控，在所述多個場型之間進行切換。
17.根據(jù)權利要求13所述的無線系統(tǒng)，其中所述分組交換控制器通過所述多個接入點的一個(接入點)發(fā)送Ping信息包，保持與所述多個接入點的一個(接入點)的連接，該接入點目前沒有被用來進行數(shù)據(jù)通信。
18.根據(jù)權利要求13所述的無線系統(tǒng)，所述無線交換器被配置在一個運輸工具上。
全文摘要
本發(fā)明通常涉及管理多個在相同方向上移動的移動設備的無線通信。在一個實施例里，一個智能無線交換器(IWS)被用于管理通信。智能無線交換器包括一個內部接入點，用來管理多個無線設備的無線局域網(wǎng)(WLAN)。智能無線交換器包括多個站點，用來與多個外部接入點進行通信。智能無線交換器還包括一個分組交換控制器，用來在多個無線設備和多個站點之間引導數(shù)據(jù)。根據(jù)外部接入點的信號強度在多個站點之間進行切換，多個無線設備能夠持續(xù)執(zhí)行數(shù)據(jù)通信，到達外部接入點覆蓋區(qū)邊界也不會中斷。
文檔編號H04W36/08GK1957541SQ200580009416
公開日2007年5月2日 申請日期2005年4月15日 優(yōu)先權日2004年4月15日
發(fā)明者周銘杰, 劉紹強, 劉堅能, 黃飚 申請人:香港應用科技研究院有限公司