Спосіб підвищення пропускної спроможності та ефективності споживання енергії у системах бездротового зв’язку

1. Спосіб здійснення бездротового зв'язку, що передбачає: передавання кожним з множини пристроїв інформаційного елемента (400, 404) з інформацією, що стосується доступності (АІЕ), причому кожний такий інформаційний елемент повідомляє про доступність відповідного пристрою під час одного або декількох наступних інтервалів часу для передавання; а також планування передавання і приймання трафіка між згаданою множиною пристроїв (101', 101, 103) під час одного або декількох наступних інтервалів часу для передавання, з врахуванням таких інформаційних елементів АІЕ. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що інформаційний елемент АІЕ містить бітовий масив (403) відображення доступності. 3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що інтервали часу для передавання включають слоти доступу до середовища передавання трафіка (MAS) (203) суперкадру, і згаданий бітовий масив містить по одному біту для кожного слота MAS. 4. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що доступність для кожного слота MAS визначається одним бітом. 5. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що інформаційні елементи АІЕ передають під час періоду (204) пакетів-маячків суперкадру. 6. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що інформаційний елемент АІЕ містить значення зсуву 2 (19) 1 3 92143 4 16. Бездротова мережа за п. 14, яка відрізняється тим, що інформаційні елементи АІЕ передають під час періоду (204) пакетів-маячків суперкадру. 17. Бездротова мережа за п. 11, яка відрізняється тим, що інформаційний елемент АІЕ містить інформацію стосовно часу перебування в режимі економного споживання енергії. 18. Бездротова мережа за п. 11, яка відрізняється тим, що інформаційний елемент АІЕ містить інформацію стосовно планування прослуховування середовища передавання трафіка. 19. Бездротова мережа за п. 11, яка відрізняється тим, що інформаційний елемент АІЕ містить інформацію стосовно трафіка від невидимих сусідів. 20. Бездротова мережа за п. 11, яка відрізняється тим, що АІЕ містить значення зсуву (407) відносно момента часу початку періоду пакетів-маячків (BPST) та тривалість (406). Пропускна спроможність систем бездротового зв'язку значно збільшилась із вдосконаленням методик канальної модуляції, так що бездротове середовище стало реальною альтернативою дротовим та оптоволоконним середовищам. Відповідно, використання бездротового зв'язку для передавання даних та голосу набуває все більшої популярності. Бездротовий зв'язок використовується, зокрема, такими пристроями, як мобільні телефони, портативні комп'ютери, що працюють у бездротових мережах (наприклад, бездротових локальних мережах, відомих фахівцям як "wireless local area network", WLAN), стаціонарні комп'ютери, що працюють у бездротових мережах, портативні пристрої та багато інших. Кожна бездротова мережа має декілька рівнів та підрівнів, таких як підрівень керування доступом до середовища передавання даних (відомий фахівцям як "МАС") та фізичний рівень (відомий фахівцям як "PITY"). Підрівень МАС є нижчим з двох підрівнів канального рівня (відомого фахівцям як "DLL") семирівневої моделі OSL Рівень МАС забезпечує координування множини користувачів, які прагнуть одночасно здійснювати доступ до одного й того самого бездротового середовища. Протокол рівня МАС включає в себе певну кількість правил, що регулюють доступ до середовища передавання даних, що спільно використовується користувачами даної мережі. Як відомо, були визначені декілька різних методик колективного доступу (що часто називають протоколами МАС) для роботи у межах протоколів рівня МАС. Вони включають - але не обмежуються лише ними - протоколи колективного доступу з прослуховуванням середовища передавання даних (CSMA), колективного доступу з розділенням каналів за частотою (FDMA) та колективного доступу з розділенням каналів за часом (TDMA). Нові стандарти та протоколи дозволили значно вдосконалити керування при передаванні голосу та даних, але постійне зростання вимог до швидкості передавання даних у мережах із забезпеченням при цьому гарантованної якості послуг (що відомо фахівцям як "quality-of-service", QoS) вимагає безперервного перегляду протоколів та стандартів та їх модифікування. Наприклад, численні відомі протоколи, такі як специфікації групи Multiband Orthogonal Frequency Multiple Access Alliance (MBOA) MAC Draft 5.0, не передбачають підтримки такої можливості як спільне використан ня інформації, що стосуєтся доступності, пристроями розподіленої бездротової мережі з асинхронним трафіком, в якій використовуються протоколи конкурентного доступу — вдосконалений розподілений доступ до середовища передаванняданих (відомий фахівцям як "Enhanced Distributed Channel Access", EDCA) або протокол розподіленого резервування (відомий фахівцям як "Distributed Reservation Protocol", або DRP). Цим зумовлюються проблеми, пов'язані, наприклад, з ефективністю керування споживанням енергії пристроями у мережі, або з браком інформації для точного обчислення відповідних моментів часу для встановлення нового з'єднання за протоколом DRP. В підсумку ці недоліки призводять до зниження пропускної спроможності та затримок, що знижують загальну ефективність системи. Таким чином, існує потреба у способі та пристрої, які б були суттєвою мірою позбавлені принаймні згаданих недоліків описаних відомих способів. Відповідно до одного варіанту здійснення спосіб здійснення бездротового зв'язку передбачає запровадження щонайменше одного іїіформаційного елемента з інформацією, що стосується доступності (відомого фахівцям як "availabiliti information element", або "АІЕ"). Цей спосіб також передбачає планування передавання і приймання трафіка між множиною пристроїв, або систем, або й тих, й інших, з врахуванням таких інформаційних елементів АІЕ, прийнятих від одержувачів. Відповідно до іншого варіанта здійснення бездротова мережа включає в себе множину бездротових елементів та виконана з можливістю надавання щонайменше одного інформаційного елемента АІЕ, і ці множина бездротових елементів планують передавання та приймання трафіка трафіка з врахуванням такого інформаційного елемента АІЕ. Винахід можна бути краще зрозуміти після ознайомлення з наведеним нижче докладним описом та графічними фігурами до нього. Слід зазначити, що елементи на графічних фігурах не обов'язково зображені у масштабі. їхні розміри можуть бути довільно збільшені або зменшені з міркувань наочності. На фіг. 1 показано схему, де зображені бездротові мережі зв'язку, що спільно використовують середовище передавання даних, відповідно до одного з варіантів здійснення винаходу. 5 На фіг. 2 показано суперкадр (у часі) відповідно до одного з прикладів варіантів здійснення. На фіг. 3 показано пакет-маячок відповідно до одного з варіантів здійснення. На фіг. 4а показано інформаційний елемент AIE пакета-маячка відповідно до одного з варіантів здійснення. На фіг. 4b показано інформаційний елемент AJE пакета-маячка відповідно до одного з варіантів здійснення. На фіг. 5 показаний блок-схему способу здійснення обміну даними відповідно до одного з варіантів здійснення. У подальшому докладному описі ддя кращого пояснення суті винаходу (що не повинно сприйматися як обмеження обсягу винаходу) розкриті варіанти його здійснення, що розкривають конкретні деталі, для кращого розуміння цих варіантів здійснення. Однак фахівцеві, що ознайомився з цим описом, буде зрозуміло, що можливі й інші варіанти здійснення, деталі реалізації яких відрізнятимуться від конкретних деталей, розкритих в цьому тексті. Крім того, описи відомих пристроїв, способів, систем та протоколів можуть бути опущені, щоб не обтяжувати опис винаходу. При цьому такі пристрої, способи, системи та протоколи, які відомі фахівцеві, також можуть застосовуватись у варіантах здійснення винаходу. Також слід мати на увазі, що там, де це доцільно, подібні позиції (числа) на кресленнях відповідають подібним ознакам. Відповідно до варіантів здійснення, що описуються тут як приклади, розкриваються способи та пристрої, що забезпечують підвищення ефективності та пропускної спроможності у розподілених бездротових мережах. Ці способи та пристрої передбачають запровадження щонайменше одного інформаційного елемента AIE протягом періоду пакетів-маячків. Інформаційні елементи AIE містять інформацію, що стосується доступності пристроїв/систем цієї мережі під час наступного суперкадру. У такий спосіб кожний з пристроїв надає інформацію про свою доступність під час відповідного суперкадру, що сприяє обміну трафіком між пристроями/системами цієї мережі. Відповідно до варіантів здійснення, що розглядаються, розподілені бездротові мережі працюють відповідно до протоколу MBOA Draft 0.5. Зрозуміло, що це лише приклад, і інші протоколи МАС також можуть передбачати спільне використання інформації, що стосується доступності пристроїв даної мережі, розкрите на прикладі цих варіантів здійснення. До таких протоколів належать, наприклад, подальші модифіїсації протоколу МАС групи МВОА, а також інші протоколи колективного доступу з прослуховуванням середовища передавання даних і запобіганням колізій (CSMA/CA) або протоколи колективного доступу з розділенням каналів за часом (TDMA). Слід зазначити, що ці протоколи згадані лише для прикладу; інші протоколи, відомі фахівцям, можуть бути використані відповідно до розкритих варіантів здійснення. Фіг. 1 являє собою схему бездротової мережі, що включає в себе множину бездротових пристроїв або систем, що спільно використовують середовище передавання даних (тобто співіснуючих), 92143 6 відповідно до одного варіанта здійснення. Бездротові пристрої/системи 101 можуть передавати або приймати (або те й інше) трафпс 104 до або від інших бездротових пристроїв 101 у межах досяжності 102. Крім того, можуть існувати також й інші бездротові пристрої/системи 103, розташовані поза межами досяжності 102 деяких з бездротових пристроїв/систем 101, однак у межах досяжності інших пристроїв 101'. Таким чином, в той час як між деякими пристроями/системами 101‘ та пристроєм 103 може передаватися трафік 105, пристрої/системи 103 можуть бути невидимими для інших пристроїв 101. Як стане більш зрозуміло з подальшого опису, взаємних завад з трафіком 105 можна уникнути шляхом застосування способів та пристроїв, передбачених відповідно до варіантів здійснення даного винаходу. Фіг. 2 являє собою часову схему 200 суперкадру, розташованого між першим пакетоммаячком 201 та другим пакетом-маячком 202. У цьому описі початок пакетів-маячків називається моментом часу початку періоду пакетів-маячків (відомим фахівцям як "Beacon Period Start Time", BPST). Між пакетами-маячками передбачений визначений інтервал часу. У одному з варіантів здійснення суперкадр поділений на множину слотів доступу до середовища передавання трафіка (відомих фахівцям як "medium access slots", MAS) 203, які забезпечують впорядковане передавання та приймання відповідно до варіантів здійснення винаходу. В одному з варіантів здійснення передбачені (лише як приклад!) 256 слотів 203, кожний з яких має тривалість приблизно 256 мкс, так що загальна тривалість суперкадру у цьому прикладі становить приблизно 65,53 мс (тобто між моментами часу BPST часова відстань у 65,53 мс). Зрозуміло, що такі кількість та тривалість слотів 203 наведені суто як приклад, і відповідні значення в жодному випадку не повинні розглядатися як такі, що накладають якісь обмеження. На початку кожного суперкадру передбачений період 204 пакетів-маячків. Як стане більш зрозуміло з подальшого опису, період 204 пакетівмаячків є "носієм" спільно використовуваної інформації, що стосується доступності пристроїв/систем (наприклад, пристроїв 101, 103) мережі 100, а також потреби пристроїв/систем щодо передавання трафіка іншим пристроям/системам цієї бездротової мережі 100 за цим варіантом здійснення. Кожний період пакетів-маячків містить певну кількість слотів. Ця кількість може бути незмінною протягом певного часу обслуговування, або може динамічно змінюватися протягом часу обслуговування. Відповідно до одного варіанту здійснення, кількість слотів 203 у кожному з періодів 204 пакетів-маячків кожного суперкадру протягом часу обслуговування може бути фіксованою. У іншому варіанті здійснення кількість слотів 203 у періоді 204 пакетів-маячків протягом такого часу обслуговування може бути змінною, так щоб відповідати потребам пристроїв, що будуть працювати під час відповідного суперкадра. Як приклад, період пакетів-маячків фіксованої тривалості може містити 8 слотів MAS 203; у варіанті з періодом пакетів 7 маячків змінної тривалості кількість слотів MAS може становити не більше 20 MAS 203. Зрозуміло, що ці дані наведені лише для прикладу. Зрештою слід зазначити, що у кожному зі слотів 203 періоду 204 пакетів-маячків міститься певна кількість пакетів-маячків 205. Як приклад, показані три пакетимаячки 205. Таким чином, у періоді пакетів-маячків фіксованої тривалості може міститися 24 пакетимаячки, а у періоді пакетів-маячків змінної тривалості може міститися 60 пакетів-маячків. На фіг. 3 показано пакет-маячок 300 відповідно до одного з варіантів здійснення винаходу. Цей пакет-маячок 300 може бути одним із пакетівмаячків 205, що згадувалися при описуванні варіантів здійснення з посиланнями на фіг. 2. Пакетмаячок 300 має заголовок 301, службову інформацію 302 та множину інформаційних елементів (IE) IE1 303, ІЕ2 304, …, IEk 305 (де k — додатне ціле число) 303-305. Пакет-маячок 300 завершується контрольним кодом (відомий як "Frame Check Sequence", або FCS) 306, як то є відомим у цій галузі. Наприклад, кожний з множини інформаційних елементів (IE1 303, ІЕ2 304, ІЕк 305) може являти собою карту розподілення трафіка (що відома як "traffic indication map", ТІМ) або інформаційний елемент з інформацією, що стосується доступності (AIE). В одному з варіантів здійснення інформаційний елемент AIE надає інформацію, що стосується доступності пристрою/системи, або надає інший інформаційний елемент. Наприклад, інформаційний елемент AIE може надавати інформацію стосовно часу економного споживання енергії системою/пристроєм (відомого фахівцям як "power save interval"), резервування трафіка сусідами (наприклад, невидимими сусідами), планування прослуховування середовища передавання трафіка, або прослуховування каналу; перелічене є лише окремими можливими прикладами. Кожний з інформаційних елементів 303-305 містить інформацію, що стосується відповідного пристрою або системи. А саме, інформаційний елемент може містити карту ТІМ, що відображає плани щодо передавання даних одним пристроєм/системою в інший. Інформаційний елемент може також містити інформацію, що стосується доступності конкретного пристрою/системи для приймання трафіка. Як стане більш зрозуміло з подальшого опису, в інформаційному елементі може надаватися інформація стосовно доступності кожного пристрою/системи, що буде працювати під час відповідного суперкадра, для кожного слота 203. Крім того, уміщення у пакет-маячок таких інформаційних елементів може бути ефективним способом надавання інформації про заплановане передавання трафіку між пристроями/системами мережі 100, завдяки чому істотно підвищується ефективність та пропускна спроможність, а також запезпечуються й інші переваги. В одному варіанті здійснення під час періоду 204 пакетів-маячків передається пакет-маячок 300, що містить окремі інформаційні елементи (інформаційні елементи 303-305 у пакеті-маячку 300). Пакет-маячок 300 може містити, відповідно до варіантів здійснення, що розглядаються суто як приклади, інформаційний елемент AIE 400 або інфо 92143 8 рмаційний елемент AIE 404, показані на фіг. 4а та фіг. 4b відповідно. Інформаційний елемент AJE 400 містить ідентифікаційний елемент 401, поле 402 розміру, а також бітовий масив 403 відображення доступності. Ідентифікаційний елемент 401 визначає тип інформаційного елемента 400. Наприклад, ідентифікаційний елемент 401 може визначати, що інформаційний елемент 400 є інформаційним елементом АІЕ, картою ТІМ або іншим інформаційним елементом, що надає інформацію, яка стосується відповідного пристрою. Інформаційний елемент AIE 400 також містить поле розміру 402. Це поле вказує розмір в байтах даного інформаційного елемента. Інформаційний елемент AIE 400 також містить бітовий масив 403 відображення доступності, який складається (суто як приклад) з 256 бітів. Кожний біт бітового масиву 403 відображення доступності містить двійковий розряд (біт), що відображає доступність пристрою/системи під час кожного слота MAS даного суперкадру. Наприклад, біт ‗0‘ повідомляє, що відповідний пристрій доступний протягом конкретного слота MAS, а біт T повідомляє, що відповідний пристрій/система недоступний протягом конкретного слота MAS. Слід зазначити, що пристрій може бути визначений як недоступний під час слота MAS (наприклад, за допомогою ‗1‘) з різних причин, таких як перебування в режимі економного споживання енергії, здійснені сусідами резервування, інші періоди пакетів-маячків - це лише окремі можливі приклади. На фіг. 4b показаний інформаційний елемент AIE 404 відповідно до іншого варіанта здійснення. Цей інформаційний елемент 404 має декілька характеристик, подібних до відповідних характеристик інформаційного елемента 400 іншого варіанту здійснення, показаного на фіг. 4а; опис цих аналогічних особливостей не повторюються, щоб не обтяжувати опис цього варіанта здійснення винаходу. Інформаційний елемент AIE 404 включає в себе ідентифікаційний елемент 405, поле розміру 406, зсув 407 моменту часу BPST, а також поле 408 тривалості, еквівалентне полю 402 розміру, описаному вище. У цьому варіанті здійснення поле 407 зсуву відносно моменту часу BPST визначає момент початку часового інтервалу, впродовж якого є можливим приймання трафіка. Цей часовий інтервал являє собою проміжок часу у межах відповідного суперкадру, під час якого відповідний бездротовий пристрій або бездротова система є доступною. Поле 407 зсуву відносно моменту часу BPST містить номер першого слота такого часового інтервала. Поле 408 тривалості визначає тривалість такого часового інтервала, виражену в кількості слотів. Цей варіант здійснення надає такий механізм інформування про доступність, який, серед інших переваг, є ефективним у випадку, коли кількість таких "періодів доступності" є відносно невеликою, оскільки розміри інформаційного елемента 404 можуть виявитись відносно невеликими. Повернемось до фіг. 1, де зображена мережа 100; як то є тепер очевидним фахівцеві, викорис 9 товуючи інформаційні елементи AIE 400, 404 розкритих суто як приклади варіантів здійснення, кожний пристрій/система 101‘, 101, 103 мережі 100 може уміщувати у пакѐт-маячок 300 інформацію, що стоється його/її доступності під час відповідного суперкадру. Під час періоду 204 пакетів-маячків відбувається обмін цією інформацією, тобто кожний пристрій/система може інформувати інші пристрої/системи мережі 100 про свою доступність; відповідно, він може бути поінформований про доступність інших пристроїв/систем 101‘, 101, 103. У такий спосіб пов'язані з плануванням проблеми, притаманні відомим мережам, завдяки даному винаходу можуть бути істотною мірою вирішені. Фіг. 5 являє собою блок-схему способу 500 здійснення обміну даними у бездротовій мережі відповідно до одного з варіантів здійснення винаходу. Спосіб 500 починається на кроці 501, коли наступає момент часу BPST. Протягом періоду пакетів-маячків, що починається у момент часу BPST, різні пристрої/системи передають пакети-маячки з інформаційними елементами, що стосуються даного суперкадру. На кроці 502 пакет-маячок заповнюється інформацією. А саме, на кроці 502 окремі інформаційні елементи з інформацією стосовно доступності (наприклад, інформаційні елементи 400, 404) запроваджують у пакети-маячки 300, уміщуючи в них інформацією карт ТІМ та іншу інформацію стосовно доступності під час даного суперкадру. Після того, як кожний пристрій/система надасть інформаційний елемент з інформацією про 92143 10 власну доступність, кожний пристрій має можливість отримати інформаційні елементи з інформацією стосовно доступності усіх пристроїв/систем даної мережі, що будуть працювати під час відповідного суперкадра. На кроці 504 - впродовж суперкадру - здійснюється обмін даними та погодження нових резервувань. Таке потодження стосується, наприклад, резервування середовища передавання пристроями, що бажають здійснити передавання даних в ізохронному режимі. Такі процеси погодження є відомими у цій галузі. Наприклад, такий процес погодження докладно розкритий у протоколі групи МВОА. Після завершення суперкадру цей процес повторюється у наступний момент часу BPST з кроку 501. Слід зазначити, що способи та пристрої, розкриті в цьому описі винаходу, можуть бути впроваджені фахівцем, що ознайомився з даним описом винаходу, у відомі апаратні та програмні засоби для підвищення ефективності при доступі до середовища передавання трафіка та його спільному використанні у розподілених бездротових мережах. Також слід мати на увазі, що наведені способи та окремі характеристики згадуються в описі винаходу суто для прикладу та не мають сприйматися як якісь обмеження. Після ознайомлення з цим описом винаходу фахівець у цій галузі зможе здійснити розкриті варіанти пристроїв та способів із використанням власних методик здійснення та обладнання, необхідного для реалізації цих способів здійснення, але вони залишатимуться у межах обсягу формули винаходу. 11 Комп‘ютерна верстка Д. Шеверун 92143 Підписне 12 Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП ―Український інститут промислової власності‖, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601