Ретранслятор физического уровня с избирательным использованием функций верхнего уровня на основе рабочих условий сети

Ретранслятор физического уровня с избирательным использованием функций верхнего уровня на основе рабочих условий сети

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение имеет отношение в общем к беспроводным локальным сетям (WLAN). В частности, настоящее изобретение относится к выбору операции более высокого уровня для ретранслятора физического уровня с преобразованием частоты, соединяющего клиента с пунктом доступа (AP), основываясь на рабочих условиях.

Уровень техники

Из-за увеличивающейся популярности неограниченного доступа к широкополосным услугам посредством, например, портативных вычислительных устройств существует увеличивающаяся потребность расширить диапазон узлов, таких как пункты доступа, связанные с беспроводными сетями, включая без ограничения указанным сети WLAN и беспроводные региональные сети WMAN, описанные и специфицированные в стандартах 802.11, 802.16 и 802.20. Эффективное распространение беспроводных сетей сильно зависит от поддержки и увеличения уровней эффективности по мере увеличения пользовательских потребностей.

Расхождения по эффективности между фактическими и специфицированными уровнями эффективности могут быть вызваны ослаблением на трассах распространения радиочастотных (РЧ) сигналов, которые обычно передаются на частотах 2,4 ГГц или 5,8 ГГц в операционной среде, например, в среде внутри помещений. Дальности от базы или АР до приемника или клиента в общем случае меньше, чем дальность покрытия, требуемая в типичном доме, и могут составлять всего 10-15 метров. Кроме того, в строениях, имеющих разделенный поэтажный план, например, стиля ранчо или двухэтажных домах, или построенных из материалов, способных к ослаблению РЧ сигналов, области, в которых требуется беспроводное покрытие, могут быть физически отделены расстояниями за пределами дальности, например, системы, основанной на протоколе 802.11. Проблемы ослабления могут быть усилены в присутствии помех в рабочей полосе, например, помех от других устройств, работающих на частоте 2,4 ГГц, или широкополосных помех с внутриполосной энергией. Кроме того, скорости передачи данных устройств, работающих с использованием вышеупомянутых стандартных беспроводных протоколов, зависят от уровня сигнала. Когда расстояния в области покрытия увеличиваются, рабочие показатели беспроводной системы обычно снижаются. Наконец, структура самих протоколов может повлиять на рабочий диапазон.

Обычной практикой в промышленности мобильной беспроводной связи для увеличения дальности беспроводных систем является использование ретрансляторов. Другие подходы могут включать распределенные базовые станции, чтобы расширить области покрытия, или подобное. Однако многие из подходов являются неприемлемо дорогостоящими. В недавних обсуждениях, например, в рамках рабочей группы Wi-Mesh Alliance IEEE 802.11 Task Group S использование специальных (ad hoc) или ячеистых (сетчатых) сетей, где многие AP способны формировать соединения друг с другом, при установлении близости, одобрено в качестве способа расширения дальности действия сетей. В предложенном развитии стандарта 802.1l(s) для ячеистых сетей узлы сетки предполагаются совместимыми со спецификациями MIMO (множество входов и множество выходов) и высокой скорости данных (540 Mбит/с), связанными со стандартом 802.1l (n).

Такие системы уже развернуты в двухсторонних радиосетях таких, которые могли бы использоваться услугами местного органа власти. В таких системах может быть пройдено множество транзитных участков, прежде чем оказаться вне дальности действия первичного AP, то есть AP, имеющего прямую связь с базовой станцией, исходным провайдером или подобным объектом. Основным недостатком таких систем является необходимость в дорогостоящих специализированных ретрансляторах, которые, вероятно, не обладают совместимостью вне специализированной сети и которые обычно конфигурируются для работы в соответствии уровнем 2 или выше многоуровневой архитектуры взаимодействия открытых систем (OSI).

Специалистам в данной области техники должно быть понятно, что ретранслятор на уровнях выше уровня 1, обычно называемого физическим уровнем (PHY), может вызвать значительные проблемы производительности, когда чувствительные ко времени данные или данные, связанные с приложениями большой ширины полосы, транспортируются сетью. Например, так называемые ретрансляторы системы беспроводного распределения (WDS) работают на уровне 2 и с единственным приемопередатчиком, обуславливающим влияние на задержку и характеристику пропускной способности, как будет описано более детально ниже. Поскольку ретранслятор WDS принимает и передает пакеты по одному и тому же каналу, результатом являются такие проблемы, как перегрузка и снижение пропускной способности, по меньшей мере, на 50%. Более того, поскольку МАС-адрес (управления доступом к среде передачи) пакета модифицируется в обычных операциях уровня 2 или более высокого уровня, то характеристики безопасности могут снижаться вместе со снижением простоты использования в целом.

Однако для ретрансляторов чисто физического уровня могут возникать проблемы и сложности в том, что случайный характер пакетов типовых протоколов WLAN не предоставляет определенных периодов приема и передачи. Кроме того, когда несколько ретрансляторов связано друг с другом для обслуживания клиента, задержки, обусловленные каскадной ретрансляцией, могут вызвать задержку квитирований (ACK) пакетов. Ввиду задержанных АСК и ввиду того, что пакеты из каждого беспроводного сетевого узла являются произвольно генерированными и переданными и не являются предсказуемыми во времени, то могут возникнуть нежелательные последствия, такие как коллизии пакетов. Существуют некоторые средства для смягчения таких проблем, например, протоколы предотвращения коллизий и случайной отсрочки передачи, которые используются для того, чтобы избежать передачи пакетов двумя или более узлами в одно и то же время. Согласно протоколу стандарта 802.11 для предотвращения коллизий может использоваться, например, функция распределенной координации (DCF) или другие схемы. Однако по мере того как размер ячеистой или другой сети возрастает, как это измеряется, например, числом транзитных участков, величина задержки, ассоциированная с каждым транзитным участком, и вероятность, по меньшей мере, некоторой задержки в возврате АСК или т.п. делают обработку чисто физического уровня для индивидуальных ретрансляторов подверженной возможным ошибкам, так как могут возникать таймауты, прежде чем сообщения протокола более высокого уровня смогут быть переданы назад и вперед вдоль повторяемых сетевых маршрутов.

Известные подходы к предоставлению ретрансляторов в сетях WLAN и, в частности, к предоставлению ретрансляторов, совместимых со стандартом 802.11, проектируемых для охвата больших областей, включают в себя предоставление ретрансляторов, конфигурированных как два пункта доступа (АР) в том же самом блоке с возможностью внутри-АР маршрутизации между ними, и предоставление ретранслятора с сохранением и передачей (SF-ретранслятора). Оба подхода отражены в коммерчески доступных продуктах. В то время как ретранслятор, конфигурированный как два АР в том же самом блоке, может подходить для дорогостоящих внешних беспроводных сетей, такие ретрансляторы не удовлетворяют требованиям низкой стоимости и малого коэффициента формы, обычно ассоциированным с применениями потребительской продукции. Кроме того, такие ретрансляторы являются сложными для монтажа и работы и могут привести к снижению безопасности.

Обычные ориентированные на потребителя SF-ретрансляторы в типовом случае предоставляются с программным обеспечением конфигурирования. Ориентированный на потребителя ретранслятор обычно является WDS-ретранслятором с единственной радиочастотной (РЧ) секцией в противоположность подходу с использованием двух АР, упомянутому выше. Такой ретранслятор загружается программным обеспечением, которое определяет каналы, используемые посредством АР. Информация каналов затем посылается потребителем в течение начального конфигурирования на SF-ретранслятор для конфигурирования ретранслятора таким же образом. Однако возникают проблемы, состоящее в том, что такие системы трудно реализовать для среднего потребителя, так как они требуют некоторого базового знания или, по меньшей мере, способности интерпретировать значения данных, ассоциированные с параметрами WLAN.

Одна система, описанная в основанной на национальной заявке США № 10/516,327, международной заявке № PCT/US03/16208, решает многие проблемы локализованной передачи и приема, обеспечивая ретранслятор, который изолирует каналы приема и передачи, используя способ определения и преобразования частоты. Ретранслятор WLAN, описанный в упомянутой заявке, позволяет двум блокам WLAN осуществлять связь путем переноса пакетов, связанных с одним устройством на первом частотном канале, на второе устройство, использующее второй частотный канал. Так как ретранслятор работает как устройство физического уровня, МАС-адрес пакетов не изменяется, как имело бы место в ретрансляторе, конфигурированном как устройство уровня 2 или более высокого уровня. Направление, ассоциированное с переводом или преобразованием, таким как с первого частотного канала, связанного с первым устройством, на второй частотный канал, связанный со вторым устройством, или со второго частотного канала на первый частотный канал, зависит от конфигурации в реальном времени ретранслятора и среды WLAN. Например, ретранслятор WLAN может конфигурироваться, чтобы контролировать частотные каналы для передач и, когда передача обнаружена, переносить сигнал, принятый по первому частотному каналу, на другой частотный канал, где он передается к месту назначения. Важно отметить, что ретранслятор с преобразованием частоты, описанный в заявке США № 10/516,327, действует почти в реальном времени для приема, усиления и повторной передачи пакетов. Учитывая многие из проблем предшествующего уровня техники, ретранслятор с преобразованием частоты, описанный в заявке США № 10/516,327, испытывает недостаток в таких возможностях, как хранение и передача или развитая логика и обработка, включая фильтрацию трафика, основываясь на знании рабочих условий сети. Такой ретранслятор является эквивалентом, например, концентратору для беспроводной локальной сети (LAN).

Понятно, что, в общем случае, ретрансляторы будут использоваться, где размещение проводного соединения с LAN, такой как Ethernet LAN-соединение, или подобное, нежелательно. В условиях, где могут использоваться несколько ретрансляторов, чтобы расширить дальности LAN, было бы желательно, чтобы ретранслятор физического (PHY) уровня мог учитывать последствия задержки и т.п., как описано выше, и при этом не быть неприемлемо дорогостоящим. Кроме того, было бы также выгодным, чтобы ретранслятор PHY мог манипулировать пакетами различным образом, основываясь на характеристиках пакета, таких как источник или адрес места назначения или приоритет, связанный с пакетом, сохраняя пакеты и механизмы сетевой безопасности.

Сущность изобретения

Ретранслятор физического уровня с частотным преобразованием, соответствующий настоящему изобретению, упоминаемый в дальнейшем как "ретранслятор физического уровня" или "ретранслятор", решает проблемы задержки с использованием основной функциональности физического уровня в соединении с избирательной или адаптивной функциональностью более высокого уровня, по меньшей мере, часть времени в течение работы. Предоставляя функциональность более высокого уровня, ретранслятор обеспечивает улучшенные возможности и средства решения проблем путем, например, устранения задержек в обработке сообщений протокола, таких как ACK и т.п., и обеспечения дополнительной развитой логики. Если больше чем один AP, ретранслятор или клиент присутствуют на различных каналах в пределах среды WLAN, ретранслятор может беспроводным методом связываться с желательным AP рядом способов, как будет описано более подробно ниже. Точная степень операции более высокого уровня может быть обеспечена конфигурацией, определенной процессором через настройку, анализом операционной среды, физическим или программным переключателем скользящего контакта или эквивалентным средством.

Чтобы облегчить трудности, отмеченные выше, ретранслятор настоящего изобретения конфигурируется, чтобы взять на себя функцию квитирования пакетов физического уровня к отправителю, что в типовом случае является функцией уровня 2. Однако повторная передача пакета может быть начата, но необязательно должна начинаться до полного приема пакета, чтобы сохранить преимущества операции физического уровня, такие как скорость. Пакеты могут дополнительно регенерироваться, чтобы гарантировать высокую эффективность сети, и функциональность уровня 2 может быть включена для каждого узла, включая ретранслятор. Регенерация позволяет устранить любое ухудшение в отношении сигнал-шум (SNR) до повторной передачи и позволяет достичь большей чувствительности приемника. Следует отметить, что когда ретранслятор конфигурируется для регенерации, может возникать задержка, соответствующая времени демодуляции, ассоциированному с, по меньшей мере, одним символом пакета, в типовом случае около 4 мкс. Поскольку такая длительность превышала бы интервал таймаута квитирования (АСК) пакета, то ретранслятор должен конфигурироваться, чтобы быть «невосприимчивым» к таймаутам, и должен иметь возможность направлять квитирования АСК к отправителям, чтобы избежать конфликтов протокола.

В соответствии с некоторыми вариантами осуществления ретранслятора предварительно определенная величина задержки устанавливается ретранслятором физического уровня, чтобы обеспечить достаточно времени на выполнение демодуляции адресной информации в пакете и принятие решения, следует ли повторно передать любой конкретный пакет, основываясь на демодулированной информации. Дополнительное время может быть установлено, основываясь на том, будут ли разрешены функции фильтрации или тому подобное.

Для разрешения выполнения функции фильтрации таблица фильтрации или маршрутизации включена в ретранслятор физического уровня. Таблица маршрутизации обеспечивает информацию для ретранслятора относительно того, как обращаться с повторной передачей пакета, различным образом, основываясь на одном из следующего: содержимое информации адресации управления доступом к среде передачи (МАС); содержимое информации адресации IP или другого уровня 3; качество обслуживания (QoS), указанное в пакетной информации; и/или тип полезной нагрузки, содержащейся в пакете. Основываясь на содержимом различных частей принятого пакета, соответствующая обработка ретранслятора физического уровня может включать в себя, например, выбор отличающегося частотного канала, основываясь на приведенных выше критериях. Кроме того, в соответствии с другими вариантами осуществления ретранслятора физического уровня пакет может быть завершен или его ретрансляция может быть предотвращена, или пакет может быть принят и демодулирован, так что данные, содержащиеся в полезной нагрузке, могут быть использованы локально и не передаются беспроводным способом. Соответственно, ретранслятор может конфигурироваться с добавленной функциональностью беспроводного клиентского устройства.

При выполнении функций более высокого уровня или квази более высокого уровня ретранслятор физического уровня может взять на себя функции выполнения позитивного квитирования (ACK) пакетов согласно протоколу MAC, например, 802.11. Если используется фильтрация адреса, то генерация ACK была бы обязательной, как в случае, отмеченном выше, где выполняется посимвольная демодуляция повторная модуляция ретранслируемого пакета, связанная с регенерацией. Демодуляция пакета может быть выполнена параллельно с ретрансляцией физического уровня, чтобы учитывать хранение информации адреса и информации полезной нагрузки в пакете. Если никакое ACK не принято от намеченного клиента, то сохраненная информация пакета может быть повторно передана. В случае, когда ретрансляция чисто физического уровня требуется в рамках требования временной синхронизации, связанного с параметром таймаута ACK, выборки неподтвержденных пакетов могут быть сохранены и отправлены без демодуляции.

Как отмечено выше, таблица фильтрации или таблица маршрутизации могут использоваться, чтобы управлять маршрутизацией пакетов во время операции, например, гибридного уровня 1/уровня 2. В некоторых воплощениях поддержка таблицы маршрутизации или таблицы фильтрации может выполняться, основываясь на передаче сообщений между ретранслятором/ беспроводным узлом и другими сетевыми элементами. Альтернативно, поддержка таблиц маршрутизации или фильтрации может выполняться, основываясь на наблюдении адресов пакетов в сети на каждой стороне ретранслятора. Наблюдение может выполняться многими способами, которые будут описаны более детально ниже, включая непрерывное наблюдение на обоих ретрансляционных частотных каналах сетевого трафика данных в сопоставлении с соответствующим списком различных маршрутов между узлами. Список маршрутов в сети может формироваться, наблюдая адресацию MAC с передачами.

Также, как отмечено выше, ретранслятор физического уровня должен конфигурироваться, чтобы брать на себя функцию генерации ACK, если используется фильтрация адреса. Например, блок ретранслятора в легко нагруженной или разреженной сети может использовать ретрансляцию чисто физического уровня, в то время как блоку в плотной сети, такой как жилой дом с множеством съемщиков, может потребоваться фильтровать пакеты, чтобы уменьшить общую перегрузку в сети из-за "слияния" областей конфликтов, которые возникают в операции ретрансляции чисто физического уровня.

Ретранслятор физического уровня может выполнять ретрансляцию чисто физического уровня, может выполнять ретрансляцию уровня 2 и в некоторых случаях ретрансляцию уровня 3. Степень функциональности может быть установлена по скользящей шкале таким образом, что режимы операции ретрансляции устанавливаются на основе сетевых условий или на основе инструкций, принятых от других беспроводных узлов. Могут также быть добавлены дополнительные функции более высокого уровня, такие как способность работать как "ассоциированный" клиент в дополнение к работе в качестве гибридного ретранслирующего устройства. Например, порт данных мог бы быть добавлен к ретрансляционному устройству таким образом, что блок ретранслятора может действовать как сетевой узел, ретранслирующий на другие устройства, также будучи способным принимать пакеты, индивидуально адресованные ретранслятору. Такие пакеты могли бы включать данные, предназначенные для мультимедийного устройства, стереоустройства или устройства другого типа данных, такого как компьютер и т.п. Примеры такого устройства могли бы включать в себя беспроводный громкоговоритель, телевизионное устройство, стереоустройство, камеру видеонаблюдения или компьютер с сенсорным экраном для использования в холодильнике или на кухне.

В соответствии с другими вариантами осуществления ретранслятора ретранслятор конфигурируется, чтобы генерировать АСК, но также чтобы быть независимым от последствий таймаута АСК. Кроме того, ретранслятор конфигурируется, чтобы иметь более полный МАС- или PHY-уровень, чтобы обеспечивать возможность дополнительной функциональности. В более общем случае, при полном PHY и МАС ретранслятор может действовать как клиент локально и также выполнять операцию управления сетевого интерфейса (NIC) для других устройств. При таких функциях микросхемы ретранслятора могут быть встроены в другие устройства, такие как перечисленные выше, в дополнение к включению их в автономные ретрансляторы. Ретранслятор может, кроме того, работать таким образом, чтобы представляться остальной части сети как узел MESH (сетки), например, согласно стандарту 802.11(s), но с возможностями ретрансляции физического уровня. Идеально, ретранслятор может выполнять демодуляцию и регенерацию пакета на посимвольной основе. Путем обеспечения невосприимчивости ретранслятора к таймаутам ретрансляторы могут связываться каскадным способом без учета задержки. Кроме того, способность ретранслятора выполнять адресную фильтрацию уровня 2 позволяет ретранслятору выполнять разбиение областей коллизий и их динамическое слияние. Таким образом, ретранслятор может различным образом обращаться с пакетами с разными МАС-адресами. Функция ретрансляции уровня 2 может быть встроена динамически в дополнение или вместо функции ретрансляции уровня 1, чтобы оптимизировать производительность сети.

Следует отметить, что когда ретранслятор конфигурируется для генерации квитирований (АСК), ретранслятор не должен генерировать АСК, если имеется клиент на том же самом канале, что и АР, который будет генерировать АСК, как, например, в случае, когда клиент находится на дальности канала АР и на той же самой частоте. Учет такого сценария может быть проблематичным в том, что когда клиенты перемещаются относительно АР, они могут сменить каналы, по мере того как их близость к АР изменяется. Поэтому, чтобы принять во внимание такое перемещение клиента, может потребоваться непрерывный контроль трафика, чтобы гарантировать, что таблицы всегда обновлены. В случае, куда клиент переместился из канала ретрансляции в канал AP, ретранслятор должен прекратить генерацию ACK. Чтобы отследить, какие каналы распределены, таблица маршрутизации может непрерывно обновляться многими различными средствами. Информация, включенная в обновления, могла бы быть получена, например, из непрерывного наблюдения за трафиком данных в сети как в частотных каналах ретрансляции, так и в соответствующем списке различных маршрутов между узлами. Специалисту в данной области техники должны быть понятны такое наблюдение и список маршрутов как подобные алгоритму связующего дерева, используемому в мостах уровня 2 в проводных сетях. Список маршрутов в сети может быть построен, наблюдая МАС-адресацию с передачами.

Соответственно, контроллер, ассоциированный с ретранслятором, такой как процессор, или модуль под управлением процессора, или подобное средство, воспрепятствовал бы квитирование ретранслятором пакетов для определенного узла, если бы исходная адресация на каком-нибудь пакете в частотном канале AP содержала MAC-адрес узла. Поэтому контроллер может действовать как эффективный механизм упрощения таблицы. Наоборот, для пакетов, принятых по каналу ретрансляции с МАС-полями места назначения или приемника, содержащими MAC-адреса, ассоциированные с каналом AP, эти пакеты могут быть отфильтрованы и не ретранслированы, если ретранслятор конфигурирован для фильтрации адреса. В любом случае, когда пакет ретранслирован из канала ретрансляции в канал AP, информация адресации источника и/или передатчика должна быть размещена в таблице и маркирована как находящаяся в канале ретрансляции. В более инклюзивном подходе все MAC-адреса источников в канале AP и все MAC источников, наблюдаемые в таблице мест назначений канала ретрансляции, могут быть добавлены в глобальную таблицу. Ретранслятор может тогда принимать решение, передавать ли пакеты и обеспечивать ACK или воздержаться от ACK, основываясь на содержании этих таблиц. Там, где используется множество ретрансляторов, перекрывающихся по частоте, может быть установлен диалог между ретрансляторами, чтобы определить, какой или какие из ретрансляторов должны ретранслировать пакеты.

Другим механизмом более высокого уровня, который может использоваться для обновления таблиц маршрутизации, является передача сообщений от других сетевых узлов. В частности, узлы могут идентифицировать себя друг к другу посредством сообщения обновления маршрутизации, как могло бы использоваться, например, в ячеистой сети стандарта 802.11 (s).

Краткое описание чертежей

Иллюстрирующие чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции относятся к идентичным или функционально подобным элементам на отдельных видах и которые вместе с детальным описанием, приведенным ниже, включены и являются частью спецификации, служат для дополнительной иллюстрации различных вариантов осуществления и объяснения различных принципов и преимуществ в соответствии с настоящим изобретением.

Фиг. 1 - диаграмма, иллюстрирующая основную сеть WLAN, включающую в себя ретранслятор, в соответствии с различными приведенными для примера воплощениями.

Фиг. 2A - диаграмма, иллюстрирующая маршрут ретрансляции в полнодуплексном ретрансляторе физического уровня.

Фиг. 2B - диаграмма потока пакетов, иллюстрирующая сравнительные запаздывания, ассоциированные с полнодуплексным ретранслятором физического уровня, изображенным на фиг. 2A.

Фиг. 2C - диаграмма, иллюстрирующая маршрут ретрансляции в полудуплексном ретрансляторе уровня 2 с сохранением и передачей.

Фиг. 2D - диаграмма потока пакетов, иллюстрирующая сравнительные запаздывания, ассоциированные с полудуплексным ретранслятором уровня 2 с сохранением и передачей, представленным на фиг. 2С.

Фиг. 3 - диаграмма, иллюстрирующая приведенный для примера поток пакетов и обработку, ассоциированную с конфигурацией ретранслятора, имеющей два пункта доступа (AP).

Фиг. 4 - диаграмма, иллюстрирующая приведенный для примера поток пакетов и обработку, ассоциированную с конфигурацией ретранслятора, воплощенной как ретранслятор чисто физического уровня.

Фиг. 5 - диаграмма, иллюстрирующая приведенный для примера поток пакетов и обработку, ассоциированную с конфигурацией ретранслятора, воплощенной как ретранслятор физического уровня, включающий в себя функциональные возможности обработки более высокого уровня.

Фиг. 6 - блок-схема, иллюстрирующая различные компоненты аппаратных средств, связанные с конфигурацией ретранслятора, воплощенной как ретранслятор физического уровня, включающий в себя функциональные возможности обработки более высокого уровня.

Фиг. 7 - блок-схема, дополнительно иллюстрирующая различные компоненты аппаратных средств, связанные с обработкой сигнала в конфигурации ретранслятора, воплощенной как ретранслятор физического уровня, включающий в себя функциональные возможности обработки более высокого уровня.

Детальное описание изобретения

На фиг. 1 показана беспроводная локальная сеть WLAN. Сеть WLAN 100 могла бы быть, например, сетью в доме, формируемой в месте жительства 110 с внешним широкополосным соединением 101 от широкополосного поставщика обслуживания, такого как кабельная компания, телефонная компания или подобное. Широкополосное соединение 101 может быть связано с устройством преобразования, таким как модем 111, например, кабельный модем, маршрутизатор или подобное, и обеспечивает проводное или беспроводное соединение Ethernet с, например, беспроводным пунктом доступа (AP) 112. В типичном сценарии ретрансляции первая линия связи 113 может быть установлена между AP 112 и ретранслятором 120 физического уровня, расположенным в подходящей зоне жилого помещения 110 так, чтобы ретрансляция могла осуществляться, например, через вторую линию связи 114 на клиентское устройство 115, такое как PC с интерфейсом стандарта 802.11, таким как интерфейс WiFi или подобное.

Понятно, что первая линия связи 113 и вторая линия связи 114 работают на различных частотах, которые могут быть установлены различными способами, например, при запуске, во время процедуры инициирования и т.п. Ретранслятор 120 в режиме работы чисто физического уровня будет принимать пакет по первой линии связи 113 и немедленно начнет ретранслировать пакет по второй линии связи 114. Если ретранслятор 120 конфигурирован для регенерации, то пакет может начать ретранслироваться, как только принят, по меньшей мере, один символ поступающего пакета, например, после типичного интервала символа приблизительно 4 микросекунд. В некоторых воплощениях могут присутствовать один или более дополнительных ретрансляторов, таких как ретранслятор 121, с первой дополнительной линией связи 116 и второй дополнительной линией связи 117 к клиенту 115. Понятно, как будет описано в дальнейшем, что при таких обстоятельствах ретрансляторы 120 и 121 должны отслеживать то, какому ретранслятору назначено выполнять функции более высокого уровня, такие как генерация квитирований (ACK) клиенту 115. Это возможно с использованием таблиц маршрутизации или таблиц фильтрации, чтобы отслеживать информацию о том, который ретранслятор несет ответственность за генерацию квитирований и за ретрансляцию к каким из клиентов, основываясь на адресах клиентов, адресах AP и т.п. Далее, множество ретрансляторов могут осуществлять связь с использованием протокола межретрансляторных передач, чтобы установить пороги, такие как отношение сигнал/шум, индикаторы уровня принятого сигнала (RSSI) и т.п., и условия, при которых ретранслятор принимает ответственность в отношении конкретного клиента.

Даже при работе с функциями уровня 2 или уровня 3 ретранслятор в типовом случае может извлекать информацию адресации без декодирования содержания полезной нагрузки, и, таким образом, ретранслятор 120 физического уровня может использоваться в безопасных сетевых средах, не ставя под угрозу шифрование или подобное, особенно при работе в режиме чисто физического уровня, как описано в дальнейшем. Далее, информация МАС-адресации не изменяется в рамках режима работы чисто физического уровня, обеспечивая поддержку для протоколов безопасности между AP 112 и клиентским устройством 115, направленных, например, на обеспечение аутентичности пакета.

В альтернативном воплощении может использоваться метод нечастотного преобразования с ретранслятором физического уровня/гибридным ретранслятором в связи с использованием электропроводки в домашнем хозяйстве, как описано в совместно поданной патентной заявке США № 10/465,817, озаглавленной «Беспроводная локальная сеть, использующая существующую электропроводку и беспроводные модули ретрансляторов», и согласно протоколам, таким как 802.16, как описано, например, в совместно поданной патентной заявке США № 11/127,320, озаглавленной «Ретранслятор с нечастотным преобразованием с детектированием и управлением доступом к среде передачи».

Настоящая заявка также связана с национальной патентной заявкой США № 10/529,037, лежащей в основе международной заявки РСТ/US03/28558, озаглавленной «Беспроводная локальная сеть с ретранслятором для увеличения сетевого покрытия». Методы ретрансляции, описанные в патентной заявке США № 10/529,037, могут быть применены в методе нечастотного преобразования, где они направлены, например, на МАС-адресацию. Другие методы, описанные в патентной заявке США № 10/529,037, могут в меньшей степени относиться к методу нечастотного преобразования, такие как развязка приемника и передатчика и т.п. Однако следует отметить, что как в методе частотного преобразования, так и в методе нечастотного преобразования МАС-адреса источника и места назначения не модифицируются и, тем самым, обеспечивают применимость в большей степени для ретрансляции чисто физического уровня.

Чтобы разобраться в работе ретранслятора 200 физического уровня, два сценария 210 и 220 показаны на фиг. 2A, 2B, 2C и 2D. В режиме работы чисто физического уровня (PHY), как показано в сценарии 210, конфигурация 211 показана на фиг. 2A, где сигнал принимается на первой частоте F1 и ретранслируется на второй частоте F2. Блок-схема 212 на фиг. 2B показывает, что пакеты, по существу, принимаются и передаются в то же самое время. Пакеты переносятся с задержкой менее 1 микросекунды, так как ретранслятор сконфигурирован в режиме чисто физического уровня, чтобы ретранслировать "немедленно". Хотя одновременный прием и передача не являются абсолютным требованием для ретранслятора уровня PHY, это обеспечивает существенные преимущества.

В немного отличающемся примере, как показано в сценарии 220, включена функциональность уровня 2 и показан один из возможного числа сценариев худшего случая. Конфигурация 221 ретранслятора нефизического уровня 221 показана на фиг. 2C, включая секции ретранслятора для передачи и приема на той же самой частоте F1. На стороне приема проводятся обработка основной полосы частот и обработка MAC, и, например, извлекается и сохраняется адресная информация. Таким образом, ретранслятор сохраняет пакеты и ретранслирует их, только когда никакой другой трафик не присутствует в сети. Так как ретранслятор принимает и передает на той же самой частоте, и из-за потенциальной случайной задержки, вызванной возможным присутствием другого трафика, задержка будет, по меньшей мере, 50% и возможно больше. В этом сценарии ретранслятор может демодулировать информацию MAC-адресации, так что пакет может быть сохранен и повторно передан, когда сеть свободна. Ретранслятор может дополнительно изменить информацию MAC-адресации прямо противоположно сценарию 210, как описано выше. Как можно видеть на диаграмме 222, показанной на фиг. 2C, ретранслятор принимает и квитирует пакеты и повторно передает их после задержки на обработку и буферизацию.

Должно быть понятно, что потребность в функциональности типа уровня 2 может легко возникнуть в среде, где есть существенный сетевой трафик или где только один радиочастотный (RF) канал доступен, и методы развязки приема/передачи, как описано выше, непрактичны. Такие сценарии могут быть реализованы, как отмечено выше, предоставляя AP 331 и AP 332 в одной и той же компоновке ретранслятора 330, как показано в сценарии 300 на фиг. 3. Ретранслятор 330, например, принимает весь пакет 1 311 от AP 310 в AP 331. AP 331 пересылает этот пакет как пакет 1 313 после обеспечения ACK 312 к AP 310, чтобы удовлетворить протокол для AP 310. AP 331 осуществляет связь с AP 332 через линию связи 333, чтобы установить протоколы уровня 2 для передачи пакета, возможно, фильтрации пакета или проведения других операций.

Ретранслятор 330 затем обрабатывает пакет 1 311 в 313 и передает его через AP 332 как пакет 316 к клиентской станции 340. В то же самое время ретранслятор 330 принимает пакет 2 314 в AP 331. После приема всего пакета 2 314 и обеспечения ACK 315, чтобы удовлетворить протокол для AP 310, ретранслятор 330 может обработать пакет 2 314 в 317 и любое ACK 318, генерированное клиентской станцией 340. Ретранслятор затем передает пакет 2 319 к клиентской станции 340 и принимает ACK 320. Понятно, что вышеупомянутый поток может действовать обратно для пакетов, исходящих от клиента 340.

Размещение двух AP 331 и 332 в единственном блоке в принципе обеспечивает альтернативную новую систему вместо предоставления улучшенного ретранслятора. Ретранслятор 330 невыгодным образом требует существенных аппаратных средств и программируемого оборудования для обеспечения множества упрощенных пунктов доступа. Далее, с коммерчески доступным AP линейность и селективность канала препятствует нахождению передатчика в одном канале физически близко от приемника в другом канале без существенных воздействий на производительность. Наконец, очень важно, что существенные осложнения безопасности и конфигурации возникают из-за того, что в двойной конфигурации AP требуется изменение в информации MAC-адреса в пакете, таким образом, приводя к недействительности некоторых протоколов безопасности, таких как защищенный доступ WiFi (WPA) или 802.1l(i) (WPA2) и т.п.

Напротив, как показано на фиг. 4, сценарий 400 ретранслятора чисто физического уровня может использоваться, чтобы передать пакеты мгновенно, в то время как с немного большим количеством компонентов, чем у существующего физического ретранслятора, обеспечиваются функции более высокого уровня, как описано далее. AP 410 может послать пакет 1 411, предназначенный для клиента 430. Ретранслятор 420, конфигурированный как ретранслятор чисто физического уровня, начнет передавать пакет 1 412 к клиенту 430, как только он примет сигнал, связанный с пакетом 1 411. В таком сценарии никакой ACK не генерируется ретранслятором 420. Скорее после того как весь пакет 1 412 получен клиентом 430, ACK 413 генерируется клиентом 430 и может быть немедленно ретранслирован к AP 410 ретранслятором 420. Пакет 2 414 может посылаться подобным образом и передается немедленно ретранслятором 420 к клиенту 430 как пакет 2 415. Когда клиент 430 принимает весь пакет 2 415, он генерирует ACK 416 к AP 410, который может быть немедленно ретранслирован к AP 410 ретрансляторо