Патент на изобретение №2350024

(54) СПОСОБ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ВРЕМЕННЫХ ИНТЕРВАЛОВ В СЕТЕВЫХ КАНАЛАХ РАДИОСВЯЗИ

(57) Реферат:

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в сетях передачи информации, обслуживающих абонентов на территориях большой протяженности. Технический результат – помехоустойчивое и надежное установление соединений в системе из нескольких сетей, а также предоставление абоненту гарантированного ресурса в течение длительного промежутка времени. Для этого в известном способе распределения временных интервалов во временном кадре, где станциям сети разрешается передавать и принимать информацию, вводится регистрация абонентских станций, после чего выход в эфир зарегистрированным абонентским станциям разрешается только по запросу центральной станции, что позволяет обеспечить отсутствие столкновений передач зарегистрированных абонентских станций; кроме того, центральная станция осуществляет изменение распределения активным абонентским станциям без разрыва соединений, а также сохраняет выделенное распределение вне зависимости от активности передач. При этом центральная станция осуществляет анализ ошибок в принимаемых пакетах информации и выносит решение о дальнейшей передаче испорченных пакетов в соответствии со степенью важности передаваемой информации. 4 ил.

Изобретение относится к области радиотехники и может найти применение в системах передачи информации, составленных из нескольких беспроводных сетей.

Известен способ распределения радиоресурсов в системе из нескольких беспроводных сетей, описанный в патенте США №6650655; 370/468 “Allocation of data transmission resources between different networks” (Распределение ресурсов передачи данных между разными сетями), 2005 г., в котором эффективность использования ресурсов системы обеспечивают динамическим распределением ресурсов отдельным сетям системы на основе оценки (измерения) статистики загрузки в отдельных сетях системы. При этом сетям с низкой активностью абонентов распределяют частично перекрывающиеся ресурсы. Недостатком данного способа является вероятность столкновений вызовов и передач из-за повторного использования частот разными сетями системы. Поскольку оценка загрузки и соответствующие команды распределения ресурса всегда отстают от текущего момента, вероятность столкновений может достигать больших значений, что допустимо в обычной компьютерной сети, но является нежелательным в системах обмена специальной информацией, критичной к временным задержкам.

Известен способ распределения временных слотов в системе с динамической схемой множественного доступа с временным разделением (МДВР), описанный в патенте США №6445701; 370/368 “Channel access scheme for use in network communications” (Схема доступа в канал для использования в сетевых коммуникациях), 2002 г., в котором канал связи делят на кадры, каждый кадр делят на слоты и далее слоты делят на мини-слоты. При этом первый слот делят на множество мини-слотов для передачи запросов соединений от источников связи. Второй слот делят на два подмножества мини-слотов, где первое подмножество мини-слотов отводят для наращивания ресурсов существующих видеосоединений, а второе подмножество мини-слотов отводят для запросов соединений от источников связи. Объем первого подмножества мини-слотов может изменяться в зависимости от числа установленных видеосоединений; алгоритм этого изменения собственно является предметом изобретения по данному патенту. Третий слот отводят для приема маршрутизатором (базовой станцией) служебных сообщений от источников, имеющих установленные соединения.

Недостатком данного способа является то, что временные интервалы (мини-слоты), выделяемые для передачи запросов об установлении соединения от источников связи в направлении маршрутизатора, используются источниками связи по принципу случайного доступа. При большой активности источников связи нарастает число столкновений передач, что приводит к трудностям или даже невозможности установления новых соединений.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ, описанный в патенте США №5371734, Н04В 007/216: Н04В 007/26 “Medium access control protocol for wireless network” (Протокол доступа в среду для беспроводной сети), 1994 г., принятый за прототип.

Способ-прототип заключается в следующем. Одну из радиостанций в сети назначают работать в качестве центральной (базовой) станции. С помощью базовой станции осуществляют управление доступом в канал для остальных радиостанций сети, являющихся абонентскими станциями. В базовой станции происходит формирование временного кадра для регулирования интервалов выхода в эфир абонентских станций. Структуру временного кадра устанавливают следующим образом. В начале временного кадра выделяют первый интервал для передачи сигнала синхронизации и служебной информации от базовой станции к абонентским станциям. Затем выделяют второй интервал для передачи вещательной информации от базовой станции к абонентским станциям (направленной всем абонентским станциям сети). Затем выделяют третий интервал для адресной передачи информации от базовой станции к одной или нескольким абонентским станциям. Затем выделяют четвертый интервал для повторной передачи служебной информации от базовой станции к абонентским станциям. Затем выделяют пятый интервал для приема базовой станцией информации от абонентских станций. При этом пятый интервал разбивают на слоты, которые распределяют абонентским станциям. Команды распределения передают абонентским станциям в первом и пятом интервалах в составе служебной информации. Затем выделяют шестой интервал для приема базовой станцией запросов распределений от абонентских станций. В конце кадра выделяют седьмой интервал для обмена информацией с соседними сетями.

На физическом уровне передачу информации в способе-прототипе осуществляют сигналами с расширением спектра прямыми последовательностями (direct-sequence spread spectrum), при этом используют бинарную или квадратурную фазовую манипуляцию.

В течение первого интервала временного кадра в базовой станции происходит формирование и передача в эфир сигнала синхронизации, следом за ним передают служебную информацию для абонентских станций. Эта служебная информация включает информацию о разбиении кадра на интервалы, распределение интервалов для приема и передачи информации тем абонентским станциям, которые направили запросы в предыдущем кадре, а также положение в кадре интервала для передачи запросов абонентскими станциями, не имеющими распределения. Абонентские станции принимают сигнал базовой станции, синхронизируют свои приемники и выделяют служебную информацию о распределении каждой абонентской станции интервалов для приема и передачи. В дальнейшем абонентские станции могут выключать питание своих приемников и передатчиков на интервалах, где данной абонентской станции не разрешено, соответственно, принимать или передавать информацию. Абонентские станции, не имеющие распределения, синхронизируют свои приемники, выделяют служебную информацию, в частности временное положение интервала запросов и ожидают начала интервала запросов для передачи запросов распределения в направлении базовой станции.

В течение второго интервала временного кадра все абонентские станции принимают вещательную информацию от базовой станции.

В течение третьего временного интервала принимают информацию только те абонентские станции, которые получили распределение для приема информации в течение первого интервала в данном временном кадре.

В течение четвертого временного интервала базовая станция повторно передает служебную информацию, и абонентские станции уточняют соответствующие им распределения.

В течение пятого интервала абонентские станции формируют соответствующим образом сигналы для передачи и передают их в направлении базовой станции в распределенных им слотах. Поскольку распределение слотов для конкретной абонентской станции может действовать в течение нескольких кадров в соответствии с запросом, базовая станция отслеживает использование абонентскими станциями распределенных им слотов. Если абонентская станция не использует распределенные ей слоты, то в следующем кадре базовая станция отменяет распределение данной абонентской станции в пользу станции, направившей запрос распределения.

В течение шестого интервала времени абонентские станции, которые установили синхронизацию с базовой станцией, но не имеют распределения, передают запросы распределения в направлении базовой станции. Базовая станция принимает сигналы запросов от абонентских станций и при наличии свободного ресурса передает новое распределение в составе служебной информации в первом интервале следующего временного кадра.

В течение седьмого интервала базовая станция данной сети передает сигнал-маяк для базовой станции соседней сети. Данный сигнал-маяк содержит информацию о характеристиках базовой станции. Базовая станция соседней сети принимает сигнал от первой базовой станции и передает первой базовой станции кадр ответа на сигнал-маяк в течение седьмого интервала. Кадр ответа на сигнал-маяк содержит информацию о характеристиках базовой станции соседней сети. Причем, базовые станции соседних сетей осуществляют обмен передачами в одном предопределенном радиочастотном канале, который отличается от радиочастотных каналов, которые первая и вторая базовые станции используют для радиообмена со своими абонентскими станциями.

Базовые станции соседних сетей осуществляют обмен передачами с помощью сигналов с расширением спектра прямыми последовательностями (direct-sequence spread spectrum), при этом используют кодовые последовательности, которые отличаются от кодовых последовательностей, используемых для обмена внутри сети между базовой станцией и абонентскими станциями.

Несмотря на использование отдельного радиочастотного канала и отдельных кодовых последовательностей для обмена между базовыми станциями, базовые станции соседних сетей подстраивают относительно друг друга свои циклы передачи и обмениваются пакетами в течение седьмого интервала цикла связи.

При передаче запроса распределения каждая абонентская станция сообщает базовой станции информацию о своих физических характеристиках. Базовая станция сравнивает эту информацию со своими характеристиками и, если новая абонентская станция в сети оказывается лучше оснащенной, то базовая и абонентская станции начинают процедуры передачи управления в сети от базовой станции к абонентской. Примером такой характеристики может быть питание станции от сети или от батарей.

Абонентские станции в сети осуществляют передачи модулями, содержащими множество кадров, при этом в заголовке модуля имеется хотя бы одно поле, содержащее информацию о хотя бы одном кадре, который не был успешно принят в течение предыдущего модуля передачи. В ответ на это центральная станция повторяет упомянутые кадры в следующем модуле передачи.

Но в способе-прототипе имеется существенный недостаток, заключающийся в том, что временные интервалы для запросов об установлении соединений используются абонентскими станциями по принципу случайного доступа, что приводит при большой активности абонентов к большому числу столкновений передач и затрудняет установление новых соединений. Кроме того, способ-прототип не позволяет гарантировать абоненту распределение требуемого ресурса в течение длительного промежутка времени, так как центральная станция отменяет распределение по результатам слежения за активностью использования канала абонентской станцией и может отменить распределение до окончания передачи.

Таким образом, недостатками способа-прототипа являются низкая помехоустойчивость установления соединений и отсутствие возможности гарантированного предоставления канала требуемого качества в течение длительного промежутка времени.

Для устранения указанных недостатков в способе распределения временных интервалов в сетевых каналах радиосвязи, включающем назначение одной из станций сети центральной станцией, на стороне центральной станции деление канала связи на временные кадры, передачу сигнала синхронизации, деление временных кадров на временные интервалы, где станциям сети разрешается передавать и принимать информацию, распределение абонентским станциям временных подынтервалов (слотов), где каждая абонентская станция может передавать и принимать информацию, обмен передачами с центральной станцией другой сети данной системы в полосе частот, отличающейся от полосы частот, в которой работают абонентские станции данной сети, а на стороне абонентской станции – установление синхронизации с центральной станцией, прием и выделение служебной информации о распределении временных интервалов для передачи и приема пакетов пользовательской информации, прием пакетов пользовательской информации в соответствии с распределением временных интервалов и передачу пакетов пользовательской информации в соответствии с распределением временных интервалов, согласно изобретению, во временном кадре центральной станции после передачи сигнала синхронизации выделяют временной интервал для передачи пакетов служебной информации от центральной станции к абонентским станциям, затем выделяют временной интервал, поделенный на временные слоты, для передачи пакетов пользовательской информации от центральной станции к абонентским станциям, затем выделяют временной интервал для регистрации абонентских станций, затем выделяют временной интервал, поделенный на временные слоты, для приема пакетов служебной и пользовательской информации от абонентских станций в соответствии с распределенными им слотами, при этом на стороне абонентской станции устанавливают синхронизацию с центральной станцией, принимают пакеты служебной информации от центральной станции в течение всего интервала передачи служебной информации и выделяют адресованные им команды на открытие служебных каналов; на стороне абонентской станции, впервые выходящей в эфир, после установления синхронизации с сигналом центральной станции, в течение интервала регистрации передают пакет с идентификатором в направлении центральной станции и ожидают прихода команд на открытие служебного канала от центральной станции; на стороне центральной станции принимают пакет с идентификатором от абонентской станции в течение интервала регистрации и в интервале для передачи пакетов служебной информации в последующих кадрах передают команды на открытие служебного канала абонентской станции, идентификатор которой был успешно принят; на стороне абонентской станции, получившей команды на открытие служебного канала, осуществляют передачу пакетов служебной информации в распределенных ей временных слотах; на стороне абонентской станции, передавшей идентификатор, но не получившей команд на открытие служебного канала, повторяют передачу идентификатора в интервале регистрации следующих случайно выбранных кадров; на стороне центральной станции периодически передают служебные пакеты опроса в направлении зарегистрированных абонентских станций, открывая служебные каналы для передачи ответов на пакеты опроса и, при необходимости, запросов распределения от зарегистрированных абонентских станций; на стороне центральной станции передают пакеты служебной информации с командами на открытие каналов для передачи пакетов пользовательской информации от абонентских станций, запросивших распределения; на стороне центральной станции принимают пакеты пользовательской информации от абонентских станций в распределенных им временных слотах в течение одного или нескольких кадров; на стороне центральной станции периодически проводят оптимизацию использования временных интервалов в кадре, при этом активной абонентской станции выделяют новое распределение и продолжают прием сигналов на старом распределении до установления связи на новом распределении, после чего закрывают канал на старом распределении; на стороне центральной станции закрывают канал для передачи пакетов пользовательской информации по соответствующему сообщению от абонентской станции или при отсутствии ответа от абонентской станции на заданное число опросов; на стороне центральной станции анализируют ошибочно принятые пакеты информации по степени важности сообщений (речь, видео, данные) и осуществляет передачу адресату безошибочных и испорченных пакетов с информацией низшей степени важности (речь, видео) и только безошибочных пакетов информации высшей степени важности (данные); кроме того, из центральной станции осуществляют радиообмен с центральной станцией другой сети, входящей в состав системы, независимо от временных кадров своей сети.

Предлагаемый способ распределения временных интервалов в сетевых каналах радиосвязи заключается в следующем.

Одну из радиостанций в сети назначают работать в качестве центральной (базовой) станции. С помощью центральной станции осуществляют управление доступом в канал для остальных радиостанций сети, являющихся абонентскими станциями. При этом радиообмен между абонентскими станциями ведется через центральную станцию по способу множественного доступа с временным разделением (МДВР): канал связи делят на временные кадры, которые делят на временные интервалы (слоты), где станциям сети разрешается передавать и принимать информацию. Формирование временного кадра происходит в центральной станции.

Структуру временного кадра устанавливают в соответствии с временной диаграммой, представленной на фиг.1. В начале временного кадра выделяют интервал Т1 для передачи сигнала синхронизации и идентификатора сети.

Затем выделяют временной интервал Т2 для передачи пакетов служебной и пользовательской информации от центральной станции к абонентским. Интервал Т2 разделяют на два подынтервала: T2₁ – для передачи “вниз” пакетов служебной информации всем зарегистрированным станциям и Т2₂ – для передачи “вниз” пакетов пользовательской информации активным абонентским станциям.

Затем выделяют временной интервал Т3 для регистрации абонентских станций.

Затем выделяют временной интервал Т4 для передачи “вверх” пакетов служебной и пользовательской информации от абонентских станций к центральной станции. Интервал Т4 разделяют на подынтервалы T4_k, которые распределяются отдельным абонентским станциям. Между подынтервалами T4_k предусматриваются небольшие защитные интервалы для предотвращения наложения передач из-за разного времени распространения сигналов от разных абонентских станций.

В течение интервала Т1 центральная станция передает сигнал синхронизации и идентификатор сети. Эти сигналы могут, например, передаваться с помощью помехоустойчивой широкополосной модуляции. Длительность и кодовая структура сигнала синхронизации выбираются в соответствии с требованиями обеспечения помехоустойчивости работы сети связи.

Абонентские станции принимают сигнал синхронизации, осуществляют синхронизацию своих приемников и ожидают прихода служебных пакетов от центральной станции. В течение временного интервала Т2₁ абонентские станции выделяют из общего потока адресованные им пакеты служебной информации по заголовкам.

В течение интервала Т2₂ абонентские станции, имеющие открытые информационные каналы, принимают пакеты пользовательской информации в распределенных им интервалах T2_2.k.

В течение интервала Т3 абонентские станции, впервые выходящие в эфир, передают короткий служебный пакет регистрации, который содержит только идентификатор этой абонентской станции. Причем, абонентская станция начинает процедуру регистрации в сети вне зависимости от наличия у нее очереди пакетов для передачи. Если центральная станция успешно приняла пакет с идентификатором, то начинается процедура регистрации абонентской станции. Центральная станция сравнивает принятый идентификатор со списком возможных абонентов сети и списком зарегистрированных абонентов сети. Если абонентская станция опознается нормально, то в ее адрес направляются соответствующие команды на открытие служебного канала: в интервале Т4 выделяется короткий временной интервал для передачи пакетов служебной информации от абонентской станции к центральной.

Если при опознавании абонентской станции возникли проблемы, центральная станция отправляет отказ регистрации. Причиной отказа регистрации может быть неправильный идентификатор абонентской станции или наличие уже зарегистрированной станции с данным идентификатором. Обе ситуации принимают как попытку несанкционированного доступа в сеть.

После приема команд об открытии служебного канала абонентская станция осуществляет передачу служебных пакетов, содержащих необходимые для регистрации в сети сведения. Такими сведениями могут являться данные аутентификации (коды доступа), виды подключенного к абонентской станции оборудования, абонентские номера этого оборудования. Например, номер телефона, факса и т.п.

После процедуры регистрации служебный канал закрывается, и абонентская станция продолжает ожидать направленных ей служебных пакетов от центральной станции. Данная абонентская станция больше не будет выходить в эфир по своей инициативе, кроме случая возможного пропадания сети и необходимости перерегистрации.

Абонентская станция, которая передала пакет с идентификатором, но не получила ответа, повторяет передачу пакета с идентификатором в течение интервала регистрации Т3 одного из следующих кадров, причем выбор кадра определяется датчиком псевдослучайных чисел.

Центральная станция периодически опрашивает зарегистрированные абонентские станции. Процедура опроса состоит в том, что центральная станция открывает служебные каналы для зарегистрированных абонентских станций и ожидает ответов на служебные пакеты опроса. При наличии у абонентской станции информации для передачи (запросы на открытие канала от подключенного к абонентской станции оборудования и т.д.) она передает их в открытом служебном канале перед ответом на служебный пакет опроса. Если у абонентской станции нет информации для передачи, она передает центральной станции пакет ответа на опрос.

Если в процедуре опроса абонентская станция запросила у центральной станции открытие информационного канала, то центральная станция направляет в адрес абонентской станции служебные пакеты с распределенными ей интервалами T2_2.k (одним из подынтервалов T2_2.1.-T2_2.n) – для приема и T4_k (одним из подынтервалов T4₁-Т4_n) – для передачи. Абонентская станция подтверждает получение распределения началом работы в выделенном ей интервале T4_k. При этом количество и длительность временных слотов, выделяемых абонентской станции для приема и передачи, определяет центральная станция в зависимости от запрошенной в процессе обмена служебными пакетами скорости передачи.

Периодичность опроса каждой абонентской станции зависит от числа зарегистрированных станций в сети: чем меньше станций зарегистрировано, тем чаще они опрашиваются.

Таким образом, процедура установления соединения в предлагаемом способе проводится в два этапа: сначала регистрация абонентской станции в сети, затем периодический опрос зарегистрированных абонентских станций, по результатам которого происходит открытие канала для передачи информации, если абонентская станция имеет очередь пакетов для передачи. При этом в нерегулируемом интервале регистрации Т3 передается только идентификационный номер абонентской станции. Все остальные служебные сообщения, связанные с регистрацией абонентской станции и процедурами выделения канала для передачи информационных пакетов, передаются в специально выделяемых центральной станцией интервалах.

В течение интервала Т4 абонентские станции, имеющие открытые информационные каналы, передают пакеты служебной и пользовательской информации в выделенных им временных интервалах T4_k. Каждая абонентская станция заполняет выделенный ей временной интервал Т4_k следующим образом: сначала передают короткую синхропоследовательность, затем пакеты служебной информации, затем пакеты пользовательской информации до конца интервала T4_k. Пакеты служебной информации могут содержать ответные сообщения на команды центральной станции, а также запросы дополнительного распределения или отмены существующего.

Например, абонентская станция АС1 имеет открытый телефонный канал с абонентской станцией АС2 (через центральную станцию). Допустим, в ходе телефонных переговоров возникает необходимость передачи от АС1 видеоинформации или данных, поступающих в АС1 через порт RS-422. В этом случае АС1 направляет центральной станции соответствующий запрос и центральная станция начинает процедуру изменения распределения, которая заключается в следующем. Центральная станция направляет в сторону абонентской станции пакеты служебной информации с командами открыть канал на новом распределении и поддерживает канал на старом распределении до получения сигнала от данной абонентской станции на новом распределении.

Предусмотрена также процедура изменения распределения без расширения объема канала – оптимизация использования временных интервалов в кадре. Поскольку в ходе работы сети постоянно происходит открытие и закрытие каналов различным станциям, то интервалы Т2₂ и Т4 становятся фрагментированными: произвольное чередование заполненных передачами и свободных интервалов T2_2.k и T4_k. Для повышения эффективности использования временных интервалов центральная станция периодически производит сдвиг к началу интервала Т4 подынтервалов T4_k и сдвиг к началу интервала Т2₂ подынтервалов T2_2.k, распределенных абонентским станциям, т.е., для передающих и принимающих информацию абонентских станций запускаются процедуры изменения распределения. Каждая из таких абонентских станций получает в составе служебной информации новое распределение и перестраивается на передачу и прием в новых временных слотах в ближайший удобный для данной абонентской станции момент времени. При этом центральная станция поддерживает оба распределения до приема сигнала данной абонентской станции в новом временном слоте. Только после установления канала на новом распределении центральная станция закрывает старое распределение. Таким образом, при смене распределения соединение не прерывается, абонент не теряет данные.

Абонентская станция, получившая распределение, сохраняет за собой открытый канал выделенного объема до тех пор, пока сама не запросит процедуру закрытия канала. При этом центральная станция не сокращает объем выделенного данной абонентской станции распределения даже в случае слабой активности передач. Для закрытия канала абонентская станция передает соответствующий служебный пакет в начале своего интервала Т4_k и продолжает передавать информацию до конца этого интервала.

В предлагаемом способе предусмотрено только два случая отмены распределения по инициативе центральной станции, поскольку в реальных условиях бывают аппаратные поломки или преднамеренный вывод из строя абонента (в военных применениях). Когда центральная станция опрашивает свою группу зарегистрированных абонентских станций (пассивных и активных) и принимает ответные сообщения, то она тем самым собирает сведения о работоспособности своих абонентов. При этом допускается пропуск нескольких ответных сообщений. Например, абонентская станция заехала за какую-либо преграду и не слышит запросов. И только в случае превышения некоторого заданного интервала центральная станция закрывает канал, не отвечающей на запросы абонентской станции.

Предусмотрен также случай отмены распределения по инициативе центральной станции для предоставления канала абоненту с высоким приоритетом, например, предоставление скоростного канала командиру или для передачи сообщений, связанных с чрезвычайными ситуациями. В обычных условиях распределение, выделенное абонентской станции, не сокращается и не отменяется по инициативе центральной станции, т.е., абоненту гарантируется выделение канала требуемого качества.

Центральная станция анализирует принимаемые пакеты на предмет наличия ошибок и производит дальнейшую передачу испорченных пакетов в зависимости от важности передаваемой информации. Поскольку передача информации между абонентскими станциями происходит через центральную станцию, то при обнаружении ошибок во входящих пакетах информации центральная станция выполняет следующие действия:

Если обнаружена ошибка в пакете мультимедийной информации (речь, видео), причем в информационной части пакета, то такой пакет передается адресату. Если ошибка локализована в заголовке пакета мультимедийной информации, то пакет снабжается новым заголовком и передается адресату. Если обнаружена ошибка в пакете информации наибольшей степени важности (данные), то центральная станция отказывается от передачи адресату такого пакета и такой пакет может быть передан повторно по решению вышестоящих протоколов, тем самым физический уровень освобождается от процедур повторной передачи. В результате не все испорченные пакеты передаются повторно, что обеспечивает дополнительную экономию пропускной способности сети.

Центральная станция данной сети может одновременно работать в качестве абонентской станции в сети более высокого уровня иерархии, которая, в свою очередь, состоит из множества аналогичных станций. Для обеспечения надежного взаимодействия с центральной станцией другой сети системы центральная станция осуществляет независимую от кадра данной сети передачу и прием информации центральной станции другой сети в отдельной полосе частот, отличающейся от полосы частот радиообмена в данной сети, при помощи другого высокочастотного тракта и другой антенны. Временной кадр обмена между центральными станциями соседних сетей, в отличие от способа-прототипа, никак не привязан к временному кадру обмена между центральной станцией и соответствующими абонентскими станциями.

Таким образом, в описанном способе распределения временных интервалов в сетевых каналах радиосвязи достигается повышение помехоустойчивости установления соединений путем сведения до минимума нерегулируемых выходов в эфир абонентскими станциями, а также предоставление канала требуемого качества в течение длительного промежутка времени.

В способе-прототипе в нерегулируемом интервале запросов абонентские станции передают достаточно длинный пакет запроса передачи, содержащий целый ряд полей со служебными данными, в том числе и идентификатор абонентской станции. Чем длиннее пакет, тем меньше вероятность безошибочного приема этого пакета; следовательно, выше вероятность повторных запросов и выше вероятность столкновений передач. Кроме того, время нерегулируемого интервала тратится на передачу служебных данных. В предлагаемом способе запрос передачи происходит в два этапа: процедура регистрации абонентской станции и опрос зарегистрированных абонентских станций. Пакет регистрации, который передает впервые выходящая в эфир абонентская станция, сокращен до минимума: содержит только идентификатор абонентской станции, а все остальные служебные данные передаются в ходе процедуры опроса в специально выделяемом служебном интервале, не создавая помех другим станциям, т.е., передача служебных сообщений, необходимых для установления соединений, вынесена из нерегулируемого интервала кадра в регулируемый, за счет чего повышается вероятность установления соединений.

Поскольку процедура регистрации проводится вне зависимости от того, есть ли у данной абонентской станции пакеты для передачи, авторы применили в формуле и описании термин «регистрация» в отличие от термина «запрос передачи», который используется в описании патента-прототипа и обозначает несколько другую функцию.

Данные о зарегистрированных абонентах используются в протокольных функциях, а также могут быть полезны владельцу сети как сведения о сохранности абонентов сети, если это, например, система специального назначения или система сбора информации с каких-либо необслуживаемых объектов.

Кроме того, предложенный порядок предоставления и поддержания канала для передачи информации обеспечивает длительное использование абонентом канала запрошенного качества вне зависимости от активности передач, при необходимости смену канала без разрыва соединения и закрытие канала преимущественно по инициативе абонента.

Взаимодействие между центральными станциями соседних сетей, в отличие от способа-прототипа, никак не привязано к временным кадрам работы каждой сети.

Следовательно, предлагаемый способ распределения временных интервалов в сетевых каналах радиосвязи обеспечивает помехоустойчивость и надежность соединений в системе из нескольких сетей за счет отсутствия столкновений передач зарегистрированных абонентских станций, а также предоставление абоненту гарантированного канала требуемого качества в течение длительного промежутка времени.

Функциональная схема устройства для осуществления предлагаемого способа представлена на фиг.2, где введены следующие обозначения:

1 – блок индикации и управления;

2 – первая антенна;

3 – первый блок усилителя мощности и малошумящего усилителя;

4 – первый блок приемовозбудителя;

5 – первый программируемый логический блок;

6 – блок интерфейсов с оконечным оборудованием;

7 – контроллер;

8 – процессорный блок;

9 – вторая антенна;

10 – второй блок усилителя мощности и малошумящего усилителя;

11 – второй блок приемовозбудителя;

12 – второй программируемый логический блок.

Устройство, с помощью которого реализуется предлагаемый способ, содержит подключенные к общей шине блок интерфейсов с оконечным оборудованием 6, процессорный блок 8, первый 5 и второй 12 программируемые логические блоки, а также блок индикации и управления 1, первую 2 и вторую 9 антенны, первый 3 и второй 10 блоки усилителя мощности и малошумящего усилителя, первый 4 и второй 11 блоки приемовозбудителя и контроллер 7, первая группа входов-выходов которого соединена со второй группой входов-выходов процессорного блока 8, третья группа входов-выходов которого соединена с группой входов-выходов блока индикации и управления 1, вторая и третья группы входов-выходов контроллера 7 соединены соответственно с группами входов-выходов первого 3 и второго 10 блоков усилителя мощности и малошумящего усилителя, первые одиночные входы-выходы которых соединены соответственно с первой 2 и второй 9 антеннами, а вторые одиночные входы-выходы блоков усилителя мощности и малошумящего усилителя соединены соответственно с одиночными входами-выходами первого 4 и второго 11 блоков приемовозбудителя, группы входов-выходов которых соединены соответственно со вторыми группами входов-выходов первого 5 и второго 12 программируемых логических блоков, группы выходов которых соединены соответственно с первой и второй группами входов контроллера 7.

Устройство, с помощью которого реализуется предлагаемый способ, работает следующим образом.

Блок индикации и управления 1 содержит клавиатуру для ввода команд управления станцией и жидкокристаллический дисплей для отображения команд управления и состояний станции. С помощью блока 1 осуществляется выбор режима работы станции (центральная или абонентская) и ряд других вспомогательных функций.

Блок интерфейсов с оконечным оборудованием 6 обеспечивает подключение устройства к стандартным стыкам, таким как, например, RS-232, RS-422, E1, телефон и т.п., причем обеспечивается одновременное обслуживание пользователей, подключенных к разным стыкам.

Процессорный блок 8 обеспечивает параллельное выполнение протоколов пользовательских приложений, подключенных к стыкам блока интерфейсов с оконечным оборудованием 6, и преобразует данные, поступающие из блока интерфейсов с оконечным оборудованием 6, в формат данных для передачи, то есть формирует пакеты служебной и пользовательской информации, а также производит обратное преобразование пакетов, приходящих из первого 5 и второго 12 программируемых логических блоков, в форматы пользовательских приложений. Кроме того, процессорный блок 8 обеспечивает выполнение программы, содержащей модули протоколов взаимодействия между абонентами сети канального уровня модели ВОС [1]: в режиме передачи процессорный блок 8 производит формирование пакетов, заполняет их служебной и пользовательской информацией и выдает эти пакеты в блоки 5 и 12. В режиме приема процессорный блок 8 извлекает служебную и пользовательскую информацию из пакетов, поступающих из блоков 5 и 12, преобразует их в соответствующие форматы и направляет в блок интерфейсов с оконечным оборудованием 6. Если данное устройство работает в качестве базовой станции, то часть пакетов направляется обратно в блоки 5 и 12 для передачи соответствующим абонентским станциям.

Если данное устройство работает в качестве базовой станции, то процессорный блок 8 обеспечивает функции протокола доступа в сеть, связанные с регистрацией абонентских станций в сети, управлением вызовами, распределением ресурсов и т.п.

Если данное устройство работает в качестве абонентской станции, то в процессорном блоке 8 формируются пакеты с идентификатором станции со случайной задержкой для регистрации в сети данной абонентской станции.

Кроме того, процессорный блок управляет работой контроллера 7, который, в свою очередь, управляет блоками усилителя мощности и малошумящего усилителя 3 и 10. К управляющим функциям относятся: включение усилителя мощности, управление режимами работы усилителя мощности и малошумящего усилителя и т.п. Кроме того, контроллер 7 получает команды на переключение режимов прием-передача из первого и второго программируемых логических блоков 5 и 12.

Первый программируемый логический блок 5, первый блок приемовозбудителя 4, первый блок усилителя мощности и малошумящего усилителя 3 и первая антенна 2 выполняют функции физического и канального уровней модели ВОС для радиообмена между станциями данной сети [1]. В режиме передачи первый программируемый логический блок 5 по команде из процессорного блока 8 формирует сигнал синхронизации, осуществляет заданную расстановку по временным интервалам пакетов, поступающих из процессорного блока 8, выполняет цифровую модуляцию и выдает сигнал в первый блок приемовозбудителя 4, где выполняется перенос сигнала на несущую частоту, затем сигнал поступает в первый блок усилителя мощности и малошумящего усилителя 3 и далее – в первую антенну 2. При этом управление режимом работы блока 3 (прием или передача) осуществляют из первого программируемого блока 5.

В режиме приема сигнал из антенны 2 усиливается в первом блоке усилителя мощности и малошумящего усилителя 3. В первом блоке приемовозбудителя 4 выполняется перенос сигнала на видеочастоту, и аналоговый видеочастотный сигнал выдается в первый программируемый логический блок 5. В блоке 5 аналоговый сигнал из первого блока приемовозбудителя 4 преобразуется в цифровую форму, далее выполняется синхронизация, демодуляция и выделение служебных и информационных пакетов, которые выдаются для обработки в процессорный блок 8.

Последовательно соединенные второй программируемый логический блок 12, второй блок приемовозбудителя 11, второй блок усилителя мощности и малошумящего усилителя 10 и вторая антенна 9 работают аналогично блокам 5, 4, 3 и 2. Если данное устройство работает в качестве центральной станции, то блоки 12, 11, 10 и 9 используются для радиообмена с центральной станцией другой сети, при этом вторая антенна 9 преимущественно выбирается с узкой диаграммой направленности, тогда как первая антенна 2 обычно имеет круговую диаграмму. Если данное устройство работает в качестве абонентской станции, то блоки 12, 11, 10 и 9 используются для радиообмена со своей центральной станцией, а блоки 5, 4, 3 и 2 можно использовать для организации связи, например, с портативными станциями в окрестности данной абонентской станции. Конструктивно пары одноименных блоков 3 и 10,4 и 11, 5 и 12 могут быть идентичными. Пример архитектуры такой сети показан на фиг.3, где описанные выше станции условно изображены в виде прямоугольников с двумя антеннами (два тракта приемопередачи). Цифрой 2 обозначены антенны с круговой диаграммой, а цифрой 9 – антенны с узкой диаграммой направленности. Центральная станция ЦС1 осуществляет радиообмен с абонентскими станциями своей сети (AC1₁-ACN₁) через антенну с круговой диаграммой 2, а абонентские станции AC1₁-ACN₁ работают со своей центральной станцией ЦС1 через направленные антенны 9. При этом центральная станция ЦС1 работает с центральной станцией ЦС2 через направленную антенну 9.

Кроме того, каждая из абонентских станций AC1₁-ACN₁ может управлять несколькими портативными станциями (на фиг.3 показаны портативные станции ПC1₁₂-ПСМ₁₂ только вокруг абонентской станции АС2₁).

Из радиостанций, реализующих предлагаемый способ, можно создавать сети различной архитектуры. Например, на фиг.4 представлен вариант использования данного устройства для построения радиорелейных линий. В этом случае преимущественно используются направленные антенны 9. Этот вариант использования предлагаемого способа позволяет строить системы связи, покрывающие большие территории.

Выполнение блоков 5 и 12 в виде программируемых логических блоков позволяет изменять виды цифровой модуляции, используемой для передачи и приема сигналов [5, 6, 7]. Например, можно использовать бинарную или квадратурную фазовую манипуляцию, как в прототипе, а также параллельные составные сигналы на базе функций Уолша (OCDM), ортогональное частотное мультиплексирование (OFDM) и т.п. [2, 3].

Таким образом, устройство для реализации предлагаемого способа распределения временных интервалов в сетевых каналах радиосвязи позволяет выполнять все требования предлагаемого способа и обеспечивает помехоустойчивость и надежность соединений в сети за счет отсутствия столкновений передач зарегистрированных абонентских станций, а также предоставление абоненту гарантированного ресурса в течение длительного промежутка времени.

Источники информации

1. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы. В.Г.Олифер, Н.А.Олифер. – СПб: Питер, 2001. – 672 с.: ил.

2. Прокис Дж. Цифровая связь. Пер. с англ. – М.: Радио и связь, 2000.

3. Andren С., Webster М. ССК Modulation Delivers 11 Mbps for High Rate IEEE 802.11 Extension. Harris Semiconductor, 2401 Palm Bay Road, N.E. MS:62A-024 Palm Bay, Florida, WIRELESS SYMPOSIUM/PORTABLE BY DESIGN CONFERENCE SPRING, 1999.

4. Smith S.W. The Scientist and Engineer’s Guide to Digital Signal Processing. – San Diego, California: California Technical Publishing, 1999.

5. Chassaing R. DSP Applications Using С and the TMS320C6x DSK. – New York, John Wiley & Sons, Inc., 2002.

6. «Xilinx ISE 6 Software Manuals», www.xilinx.com, support.xilinx.com (Руководства по программному обеспечению для изделий фирмы Xilinx).

Формула изобретения

Способ распределения временных интервалов в сетевых каналах радиосвязи, включающий назначение одной из станций сети центральной станцией, на стороне центральной станции деление канала связи на временные кадры, передачу сигнала синхронизации, деление временных кадров на временные интервалы, где станциям сети разрешается передавать и принимать информацию, распределение абонентским станциям временных подынтервалов (слотов), где каждая абонентская станция может передавать и принимать информацию, обмен передачами с центральной станцией другой сети данной системы в полосе частот, отличающейся от полосы частот, в которой работают абонентские станции данной сети, а на стороне абонентской станции – установление синхронизации с центральной станцией, прием и выделение служебной информации о распределении временных интервалов для передачи и приема пакетов пользовательской информации, прием пакетов пользовательской информации в соответствии с распределением временных интервалов и передачу пакетов пользовательской информации в соответствии с распределением временных интервалов, отличающийся тем, что во временном кадре центральной станции после передачи сигнала синхронизации выделяют временной интервал для передачи пакетов служебной информации от центральной станции к абонентским станциям, затем выделяют временной интервал, поделенный на временные слоты, для передачи пакетов пользовательской информации от центральной станции к абонентским станциям, затем выделяют временной интервал для регистрации абонентских станций, затем выделяют временной интервал, поделенный на временные слоты, для приема пакетов служебной и пользовательской информации от абонентских станций в соответствии с распределенными им слотами, при этом на стороне абонентской станции устанавливают синхронизацию с центральной станцией, принимают пакеты служебной информации от центральной станции в течение всего интервала передачи служебной информации и выделяют адресованные им команды на открытие служебных каналов; на стороне абонентской станции, впервые выходящей в эфир, после установления синхронизации с сигналом центральной станции, в течение интервала регистрации передают пакет с идентификатором в направлении центральной станции и ожидают прихода команд на открытие служебного канала от центральной станции; на стороне центральной станции принимают пакет с идентификатором от абонентской станции в течение интервала регистрации и в интервале для передачи пакетов служебной информации в последующих кадрах передают команды на открытие служебного канала абонентской станции, идентификатор которой был успешно принят; на стороне абонентской станции, получившей команды на открытие служебного канала, осуществляют передачу пакетов служебной информации в распределенных ей временных слотах; на стороне абонентской станции, передавшей идентификатор, но не получившей команд на открытие служебного канала, повторяют передачу идентификатора в интервале регистрации следующих случайно выбранных кадров; на стороне центральной станции периодически передают служебные пакеты опроса в направлении зарегистрированных абонентских станций, открывая служебные каналы для передачи ответов на пакеты опроса и, при необходимости, запросов распределения от зарегистрированных абонентских станций; на стороне центральной станции передают пакеты служебной информации с командами на открытие каналов для передачи пакетов пользовательской информации от абонентских станций, запросивших распределения; на стороне центральной станции принимают пакеты пользовательской информации от абонентских станций в распределенных им временных слотах в течение одного или нескольких кадров; на стороне центральной станции периодически проводят оптимизацию использования временных интервалов в кадре, при этом активной абонентской станции выделяют новое распределение и продолжают прием сигналов на старом распределении до установления связи на новом распределении, после чего закрывают канал на старом распределении; на стороне центральной станции закрывают канал для передачи пакетов пользовательской информации по соответствующему сообщению от абонентской станции или при отсутствии ответа от абонентской станции на заданное число опросов; на стороне центральной станции анализируют ошибочно принятые пакеты информации по степени важности сообщений и осуществляет передачу адресату безошибочных и испорченных пакетов с информацией низшей степени важности и только безошибочных пакетов информации высшей степени важности; кроме того, из центральной станции осуществляют радиообмен с центральной станцией другой сети, входящей в состав системы, независимо от временных кадров своей сети.

РИСУНКИ