Спосіб організації бездротової локальної комп’ютерної мережі з мобільними точками доступу

Реферат: Спосіб організації бездротової локальної комп'ютерної мережі з мобільними точками доступу включає обслуговування бездротових абонентських станцій використовують мобільні (пересувні) точки доступу (і=1,...,N). Множину точок доступу розділяють на підмножини активних (використовуваних в даний момент часу) та пасивних (не використовуваних) точок; оптимальну кількість активних точок доступу (і, jΝ), координати їх розміщення, радіуси покриття зон обслуговування та частотні канали визначають, виходячи з фактичної кількості та координат розміщення бездротових абонентських станцій. Далі проводять розміщення точок доступу у відповідності з визначеними координатами та здійснюють їх функціонування у відповідності з визначеними радіусами та частотами; при зміні числа та/або координат абонентів проводять перерахунок необхідної кількості активних точок доступу, їхніх координат, радіусів покриття зон обслуговування та частотних каналів; залежно від цього або зберігають існуючу підмножину активних точок, або, при необхідності, надлишкові точки доступу переводять в підмножину пасивних, або додаткові точки переводять в підмножину активних. Після чого здійснюють розміщення отриманої множини точок доступу у відповідності з визначеними координатами та їх функціонування у відповідності з визначеними радіусами та частотами. UA 96326 U (54) СПОСІБ ОРГАНІЗАЦІЇ БЕЗДРОТОВОЇ ЛОКАЛЬНОЇ КОМП'ЮТЕРНОЇ МЕРЕЖІ З МОБІЛЬНИМИ ТОЧКАМИ ДОСТУПУ UA 96326 U UA 96326 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до мереж бездротового зв'язку і призначена для планування зони обслуговування бездротової локальної комп'ютерної мережі за допомогою мобільних (пересувних) точок доступу. Відомий спосіб здійснення бездротового зв'язку між точкою доступу та множиною бездротових абонентських станцій [Патент України № 92478 С2, H04L 12/28 (2006.01). Вимірювання та моніторинг якості обслуговування (QoS) у бездротових мережах із диференційованими послугами / № 200708308; Заявл. 20.01.2006; Опубл. 10.11.2010, Бюл. № 21], що включає вимірювання або даних стосовно затримки, або даних стосовно черги, або і даних стосовно затримки, і даних стосовно черги, для одного або декількох типів трафіка; і, при необхідності, виконання дій або операцій, виходячи з отриманих даних. Недоліком відомого способу є те, що він не враховує максимальну кількість бездротових абонентських станцій, що може бути підключена до точки доступу, та максимальний радіус зони обслуговування, що формується точкою доступу. Також не враховуєтеся повною мірою динамічні зміни середовища, у тому числі переміщення абонентів при застосуванні стаціонарних точок доступу. Найбільш близький по технічній суті і результату, що досягається, є спосіб для вибору обслуговуючої базової станції в мережі бездротового зв'язку [Патент України № 98207 С2, МПК H04W 48/00 H04W 36/08, № 201010567; Заявл. 01.02.2008; Опубл. 25.04.2012, бюл. № 8], який полягає в тому, що в одному виконанні множинні точки доступу, іменовані як базові станціїкандидати, для абонентського термінала можуть бути ідентифіковані, причому кожна базова станція-кандидат є кандидатом на вибір як обслуговуюча точка доступу для бездротової абонентської станції. Множинні базові станції-кандидати можуть включати в себе точки доступу з різними рівнями потужності передачі і/або можуть підтримувати зменшення перешкод. Одна з множинних базових станцій-кандидатів може бути вибрана як обслуговуюча точка доступу. В одному виконанні обслуговуюча точка доступу може бути вибрана на основі щонайменше однієї метрики для кожної базової станції-кандидата. Ця щонайменше одна метрика може бути втратами на шляху, ефективною потужністю передачі, ефективною геометрією, передбачуваною швидкістю передачі даних, надійністю каналу керування, використовуваністю мережі тощо. Вибрана обслуговуюча точка доступу може мати більш низьке SINR, ніж найвище SINR, серед множинних базових станцій-кандидатів. Недоліком відомого способу є те, що він базується на концепції пошуку найліпшої обслуговуючої точки доступу самою бездротовою абонентською станцією та обмежується рамками окремої частини бездротової мережі, що складається з однієї бездротової абонентської станції та базових станцій-кандидатів, не враховуючи взаємодію з іншими частинами бездротової мережі, виключаючи можливість балансування бездротових абонентських станцій між сусідніми точками доступу в залежності від їхнього навантаження. При цьому однією з можливих ситуацій є така, що бездротова абонентська станція не зможе знайти та підключитися до жодної з множини точок доступу тоді, коли буде знаходитися за межами зони обслуговування жодної з них або коли частина з них буде відключена чи знаходитиметься у непрацездатному стані. В основу корисної моделі поставлена задача вдосконалення відомого способу шляхом визначення оптимального місця розташування точок доступу таким чином, щоб задовольнити вимоги до якості обслуговування всіх існуючих абонентів. Поставлена задача вирішується тим, що у способі організації бездротової локальної комп'ютерної мережі для обслуговування бездротових абонентських станцій використовують і мобільних (пересувних) точок доступу (і=1,…, N), множину точок доступу розділяють на підмножини активних (використовуваних в даний момент часу) та пасивних (не використовуваних) точок; оптимальну кількість активних точок доступу (і, jΝ), координати їх розміщення, радіуси покриття зон обслуговування та частотні канали визначають, виходячи з фактичної кількості та координат розміщення бездротових абонентських станцій, потім проводять розміщення точок доступу у відповідності з визначеними координатами та здійснюють їх функціонування у відповідності з визначеними радіусами та частотами; при зміні числа та/або координат абонентів проводять перерахунок необхідної кількості активних точок доступу, їхніх координат, радіусів покриття зон обслуговування, та частотних каналів; залежно від цього або зберігають існуючу підмножину активних точок, або при необхідності надлишкові точки доступу переводять в підмножину пасивних, або додаткові точки переводять в підмножину активних, після чого здійснюють розміщення отриманої множини точок доступу у відповідності з визначеними координатами та їх функціонування у відповідності з визначеними радіусами та частотами. Вибір оптимальної кількості та місця розташування активних точок доступу також визначають за критерієм ступеня близькості кожної бездротової абонентської станції до всіх 1 UA 96326 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 інших з урахуванням максимальної кількості бездротових абонентських станцій, що може бути підключена до однієї точки доступу. Після цього проводять балансування бездротових абонентських станцій для рівномірного розподілу їхньої кількості між точками доступу з урахуванням критерію ефективності споживання енергії. Заявлений спосіб має новий вдосконалений підхід до організації бездротової локальної комп'ютерної мережі та принципу з'єднання бездротових абонентських станцій з точками доступу, що мають змогу пересуватися в межах зазначеної області. Перевагою заявленого способу є забезпечення повноти покриття для всіх користувачів в зоні доступу бездротової локальної комп'ютерної мережі за рахунок вибору оптимальної позиції точок доступу відносно бездротових абонентських станцій. Результатом цього є підвищення якості обслуговування в бездротових локальних комп'ютерних мережах. Точка доступу може називатися базовою станцією, а бездротова абонентська станція абонентською станцією, терміналом, абонентом, абонентським терміналом або бездротовим терміналом. Як бездротова абонентська станція може виступати персональний комп'ютер з безпровідною мережевою картою Wi-Fi 802.11 a/b/g/n/ac, ноутбук, смартфон, чи будь-який інший пристрій з можливістю підключення до бездротової локальної комп'ютерної мережі. Точка доступу, що має всеспрямовану антену з круговою діаграмою спрямованості та формує зону обслуговування на плоскості у вигляді кола. Для кожної точки доступу існує обмеження максимальної кількості STAmax абонентських станцій, яке може бути з нею асоційоване. Це обмеження, а також мінімально-можливий і максимально-можливий радіуси покриття зони обслуговування (Rmin, Rmax) визначається специфікацією конкретної моделі точки доступу і залежить від її характеристик і потужності сигналу. Для знаходження координат абонентів, для яких потрібно сформувати покриття зони обслуговування, може використовуватися метод "Footprint", який визначає місце розташування за унікальним радіочастотним слідом з використанням спектрального портрету сигналу [патент США № 7822854 В2, G06F15/173. Footprint-providing device and footprint-providing system / № 12/492,776; Заявл. 26.06.2009; Опубл. 26.10.2010]. Виходячи з розташування абонентської станції та точки доступу, основна концепція організації бездротової локальної комп'ютерної мережі може бути сформульована таким чином: бездротові абонентські станції шукають найкраще розташування відносно точки доступу. Іншими словами, наявність покриття зони обслуговування, а також якість обслуговування безпосередньо залежить від розташування абонента відносно точки доступу. Однак набагато ефективніша концепція, за якої точки доступу шукають найкраще розташування відносно абонентів. При цьому точки доступу можна розділити на активні (ті, що використовуються в даний момент часу, та пасивні (ті, що залишаються невикористаними). За принципом розташування бездротові точки доступу можна розділити на 3 типи: статичні, мобільні і квазімобільні. Статичні - це такі точки доступу, які розміщуються стаціонарно і можуть міняти лише радіус зони обслуговування шляхом зміни потужності антени. Мобільні - це такі точки доступу, які можуть переміщатися, динамічно формуючи покриття зони обслуговування в заданій області. Квазімобільні - це точки доступу, які розміщуються стаціонарно, але, на відміну від статичних, формують переміщуване покриття зони обслуговування за рахунок використання антен, здатних динамічно змінювати діаграми спрямованості. Статичні підходи організації покриття зон обслуговування засновані на ідеї статичного розташування бездротових абонентських станцій і точок доступу. У разі застосування динамічного підходу, враховується випадкове переміщення абонентів і використовуються мобільні точки доступу та/або точки доступу з динамічно змінюваною діаграмою спрямованості антен. Для пошуку оптимального місця розташування точки доступу, в разі використання активних, необхідно визначити найкоротший шлях до оптимального розташування точки доступу та/або розрахувати параметри для формування оптимальної діаграми спрямованості антени. Розподіл частотних каналів між зонами обслуговування, що перетинаються, слід проводити за відомим способом присвоювання частот базовим станціям мобільної радіомережі [Патент України № 39197 С2, МПК H04Q7/20, H04Q7/28, Н04В7/26, № 95083911; Заявл. 15.10.1993; Опубл. 15.06.2001, бюл. № 5/2001]. Згідно з вимогами IEEE щодо забезпечення мінімуму в 25MHz для рознесення центрів каналів, що перетинаються, в смузі 2.4GHz, в якій працюють WiFi-пристрої, доступні 3 таких канали: 1,6, 11. Тому при плануванні зон обслуговування необхідно дотримуватися цих вимог. Необхідна кількість активних точок доступу, координати їх розміщення, радіуси зон обслуговування, які покриваються, та частотні канали визначаються, виходячи з фактичного числа та координат розміщення бездротових абонентських станцій, а потім проводиться 2 UA 96326 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 розміщення точок доступу у відповідності з певними координатами та здійснюється їх функціонування у відповідності з певними радіусами та частотами. При зміні числа та/або координат абонентів проводиться перерахунок необхідного числа активних точок доступу, їхніх координат, радіусів зон обслуговування, які покриваються, та частотних каналів, залежно від цього, або зберігається існуюча підмножина активних точок, або проводиться переведення надлишкових точок в підмножину пасивних, або переведення додаткових точок в підмножину активних, потім здійснюється розміщення отриманої множини точок доступу у відповідності з певними координатами та здійснюється їх функціонування у відповідності з певними радіусами та частотами. Вибір оптимальної кількості та місця розташування точок доступу визначається за критерієм ступеня близькості усіх бездротових абонентських станцій до кожної з урахуванням максимальної кількості бездротових абонентських станцій, що може бути підключена до точки доступу. Ступінь близькості усіх бездротових абонентських станцій до кожної визначається інтегральним параметром, що включає в себе загальну оцінку відстаней від певної бездротової абонентської станції до всіх інших. Суть корисної моделі пояснюють креслення. Для розрахування інтегрального параметра для певної бездротової абонентської станції STA потрібно: 1) Обчислити значення відстаней d від неї до всіх інших абонентських станцій. На фіг. 1 та фіг. 2 представлена візуалізація методу визначення інтегрального параметра для бездротової абонентської станції STA 1, відносно якої розташовані інші так, як показано на фіг. 1. Решта бездротових абонентських станцій пронумерована у довільному порядку. 2) Отримані значення відстаней відсортувати у порядку зростання, нанести на координатну вісь та з'єднати між собою. Площа, що знаходиться під графіком отриманої функції, дорівнює інтегральному параметру бездротової абонентської станції. На фіг. 2 це значення для станції STA 1 дорівнює інтегралу функції, або площі під графіком цієї функції. Чисельне рішення цієї задачіможна здійснити за допомогою будь-якого існуючого методу знаходження визначеного інтегралу, наприклад формули трапеції. Чим далі розташовані бездротові абонентські станції відносно певної, тим більша площа фігури під графіком, та відповідно більший її інтегральний параметр. Спосіб формування зон обслуговування полягає в покриванні, насамперед, найменш ущільнених ділянок, де розташовані абоненти, тобто абонентів з найбільшими інтегральними параметрами, поступово переходячи до більш ущільнених. На фіг. 3 показаний подальший алгоритм 300 для визначення координат місцезнаходження та кількості точок доступу. Блок 303 здійснює перевірку умови обмеження максимальної кількості бездротових абонентських станцій STAmax, що може бути підключена до однієї точки доступу. Блок 304 відповідає за перевірку критерію повноти покриття. На фіг. 4 приведена блок-схема алгоритму додаткової оптимізації 400, що здійснює балансування бездротових абонентських станцій для рівномірного розподілу їхньої кількості між точками доступу з урахуванням критерію ефективності споживання енергії. Блок 403 реалізує схему балансування наступним чином. Існує проблема балансування абонентів, які можуть бути розподілені нерівномірно між точками доступу, в результаті чого одна частина точок доступу буде перевантажена, інша - недовантажена. Для вирішення даної проблеми необхідно розподілити абонентів таким чином, щоб точки доступу були завантажені рівномірно, при цьому не збільшуючи числа самих точок доступу, якщо це можливо. Для Μ пересічних зон покриття, побудованих з максимальним радіусом Rmax в центрах, де розташовані точки доступу, можна записати відношення:  S i   S j1  j , де STAi - кількість абонентів, підключених до і-ої точки доступу (і  [1, M]),   S 50 j1  j - середня кількість абонентів, приєднаних до Μ точок доступу. Бездротові абонентські станції можуть знаходитись у прикордонних зонах (по краях максимальної зони покриття) за умови відстані від них до центру зони рівному максимальному радіусу Rmax зони покриття. Якщо використовується максимальний радіус покриття, потрібна максимальна потужність передавальної антени. При цьому абоненти, що перебувають по краях 3 UA 96326 U 5 максимальної зони покриття, будуть мати мінімальну швидкість прийому-передачі даних, що безпосередньо впливатиме на якість обслуговування і загальну енергоефективність бездротової мережі. Критерій енергоефективності пов'язаний з радіусом зони покриття: більший радіус зони покриття визначається більшою потужністю передавача, а, відповідно, більшим енергоспоживанням і меншою енергоефективністю. Таким чином, у блоці 404 критерій енергоефективності можна визначити співвідношенням:   Ri    R i1 10 15 20 25 30 35 40 min , де Ri - радіус покриття зони обслуговування і-ою точкою доступу, N - кількість однотипних мобільних точок доступу, Rmin. - мінімально-можливий радіус покриття зони обслуговування. Таким чином, заявлений спосіб має вдосконалений підхід до організації бездротової локальної комп'ютерної мережі з мобільними точками доступу, що мають змогу пересуватися в межах зазначеної області. Заявлений спосіб забезпечує повноту покриття для всіх користувачів в зоні доступу бездротової локальної комп'ютерної мережі за рахунок вибору оптимальної позиції точок доступу відносно бездротових абонентських станцій. Результатом цього є підвищення якості обслуговування в бездротових локальних комп'ютерних мережах. Мірою покращення якості обслуговування є зменшення відстані між бездротовими абонентськими станціями та точками доступу, з якими вони з'єднуються. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 1. Спосіб організації бездротової локальної комп'ютерної мережі з мобільними точками доступу, який включає обслуговування бездротових абонентських станцій використовують мобільні (пересувні) точки доступу (і=1, ..., N), який відрізняється тим, що множину точок доступу розділяють на підмножини активних (використовуваних в даний момент часу) та пасивних (не використовуваних) точок; оптимальну кількість активних точок доступу (і, jΝ), координати їх розміщення, радіуси покриття зон обслуговування та частотні канали визначають, виходячи з фактичної кількості та координат розміщення бездротових абонентських станцій, потім проводять розміщення точок доступу у відповідності з визначеними координатами та здійснюють їх функціонування у відповідності з визначеними радіусами та частотами; при зміні числа та/або координат абонентів проводять перерахунок необхідної кількості активних точок доступу, їхніх координат, радіусів покриття зон обслуговування та частотних каналів; залежно від цього або зберігають існуючу підмножину активних точок, або, при необхідності, надлишкові точки доступу переводять в підмножину пасивних, або додаткові точки переводять в підмножину активних, після чого здійснюють розміщення отриманої множини точок доступу у відповідності з визначеними координатами та їх функціонування у відповідності з визначеними радіусами та частотами. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що вибір оптимальної кількості та місця розташування активних точок доступу визначають за критерієм ступеня близькості кожної бездротової абонентської станції до всіх інших з урахуванням максимальної кількості бездротових абонентських станцій, що може бути підключена до однієї точки доступу. 3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що проводять балансування бездротових абонентських станцій для рівномірного розподілу їхньої кількості між точками доступу з урахуванням критерію ефективності споживання енергії. 4 UA 96326 U 5 UA 96326 U 6 UA 96326 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 7