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

Формула изобретения

1. Ретранслятор физического уровня для выполнения операции ретрансляции физического уровня в среде, ассоциированной с беспроводной сетью, причем операция ретрансляции физического уровня включает в себя прием сигнала, ассоциированного с пакетом, и передачу пакета без модификации одного или более из адреса источника и адреса места назначения, содержащихся в пакете, при этом ретранслятор физического уровня содержит

цифровую секцию основной полосы, включающуюся в себя блок цифровой обработки сигналов и демодулятор; и

процессор, соединенный с и управляющий цифровой секцией основной полосы, причем процессор конфигурирован для:

избирательного выполнения функции более высокого уровня в процессе работы в дополнение к операции ретрансляции физического уровня, причем функция более высокого уровня включает в себя:

обработку первой информации из, по меньшей мере, демодулированной части пакета и

определение способа, которым пакет обрабатывается в течение операции ретрансляции, на основе первой информации.

2. Ретранслятор физического уровня по п.1, в котором операция ретрансляции физического уровня включает в себя операцию ретрансляции физического уровня с частотным преобразованием.

3. Ретранслятор физического уровня по п.1, в котором процессор в избирательном выполнении функции более высокого уровня дополнительно конфигурирован для принятия на себя функции квитирования (АСК) пакета.

4. Ретранслятор физического уровня по п.3, в котором процессор в принятии на себя функции АСК пакета дополнительно конфигурирован для обеспечения АСК согласно протоколу управления доступом к среде передачи (MAC), включая протокол 802.11 MAC.

5. Ретранслятор физического уровня по п.1, в котором процессор дополнительно конфигурирован, чтобы начинать повторную передачу пакета перед полным приемом пакета.

6. Ретранслятор физического уровня по п.1, в котором процессор при определении способа, которым пакет обрабатывается в течение операции ретрансляции, дополнительно конфигурирован для регенерации, по меньшей мере, части пакета.

7. Ретранслятор физического уровня по п.1, в котором:

цифровая секция основной полосы дополнительно включает в себя цифровую линию задержки и

цифровая линия задержки установлена с предопределенной величиной задержки для обеспечения достаточного времени для выполнения демодуляции одного из адреса источника и адреса места назначения, ассоциированного с пакетом.

8. Ретранслятор физического уровня по п.7, в котором процессор дополнительно конфигурирован для принятия решения, следует ли повторно передать пакет, на основе демодулированного одного из адреса источника и адреса места назначения.

9. Ретранслятор физического уровня по п.7, в котором цифровая линия задержки установлена с дополнительной задержкой для обеспечения достаточного времени для выполнения функции фильтрации.

10. Ретранслятор физического уровня по п.1, дополнительно содержащий память, связанную с процессором и цифровой секцией основной полосы, при этом процессор дополнительно конфигурирован для формирования и поддержки таблицы, включающей в себя одну или более из таблицы маршрутизации и таблицы фильтрации в памяти, причем таблица предоставляет вторую информацию, так что процессор может определить процедуру повторной передачи, ассоциированную с пакетом, на основе второй информации.

11. Ретранслятор физического уровня по п.10, в котором вторая информация включает в себя одно или более из адреса доступа к среде передачи (МАС-адреса), адреса Интернет-протокола (IP-адреса), адреса уровня 3, параметра уровня качества обслуживания (QoS), типа полезной нагрузки, ассоциированного с полезной нагрузкой, содержащейся в пакете.

12. Ретранслятор физического уровня по п.11, в котором процедура повторной передачи, основанная на второй информации, включает в себя одно или более из выбора одного из первого и второго частотных каналов; завершения пакета; завершения пакета и использования данных, содержащихся в полезной нагрузке, содержащейся в пакете.

13. Ретранслятор физического уровня по п.10, в котором процедура повторной передачи, основанная на второй информации, включает в себя одно или более из выбора одного из первого и второго частотных каналов; завершения пакета; завершения пакета и использования данных, содержащихся в полезной нагрузке, содержащейся в пакете.

14. Ретранслятор физического уровня по п.10, в котором если включена таблица фильтрации, то АСК не генерируется для пакета, если пакет фильтруется.

15. Ретранслятор физического уровня по п.1, дополнительно содержащий память, связанную с процессором и цифровой секцией основной полосы, при этом процессор конфигурирован, чтобы демодулировать пакет при выполнении операции повторной передачи физического уровня над пакетом, чтобы обеспечить возможность сохранения в памяти, по меньшей мере, адреса и полезной нагрузки пакета.

16. Ретранслятор физического уровня по п.15, в котором процессор дополнительно конфигурирован таким образом, что если намеченный получатель пакета не в состоянии обеспечить квитирование (АСК) пакета, то сохраненный адрес и сохраненная полезная нагрузка повторно передаются.

17. Ретранслятор физического уровня по п.1, дополнительно содержащий память, связанную с процессором и цифровой секцией основной полосы, при этом процессор конфигурирован, чтобы выполнять выборку пакета без демодуляции при выполнении операции повторной передачи физического уровня над пакетом для сохранения выбранного пакета в памяти.

18. Ретранслятор физического уровня по п.17, в котором процессор дополнительно конфигурирован для

формирования и поддержки таблицы в памяти, причем таблица включает в себя одну или более из таблицы маршрутизации и таблицы фильтрации, и сохранения и отсылки выбранного пакета на основе таблицы.

19. Ретранслятор физического уровня по п.1, дополнительно содержащий память, причем процессор дополнительно конфигурирован для формирования и поддержки таблицы в памяти, причем таблица включает в себя одну или более из таблицы маршрутизации и таблицы фильтрации, и процессор конфигурирован для поддержки таблицы на основе обмена сообщениями между ретранслятором физического уровня и одним или более другими сетевыми элементами.

20. Ретранслятор физического уровня по п.1, дополнительно содержащий память, причем процессор дополнительно конфигурирован для формирования и поддержки таблицы фильтрации и процессор конфигурирован для избирательного разбиения и слияния областей коллизий, основываясь на таблице фильтрации.

21. Ретранслятор физического уровня по п.1, в котором функция более высокого уровня включает в себя одну или более из функции уровня 2 и функции уровня 3.

22. Ретранслятор физического уровня по п.1, в котором функция более высокого уровня включает в себя переменную величину функции более высокого уровня между функцией уровня 2 и функцией уровня 3, причем переменная величина определяется на основе условий, ассоциированных с беспроводной сетью.

23. Ретранслятор физического уровня по п.1, в котором функция более высокого уровня включает в себя переменную величину функции более высокого уровня между функцией уровня 2 и функцией уровня 3, причем переменная величина определяется на основе инструкций, принятых от другого узла в беспроводной сети.

24. Ретранслятор физического уровня по п.1, в котором функция более высокого уровня включает в себя управление ретранслятором физического уровня как клиентом в беспроводной сети в дополнение к выполнению операции ретрансляции физического уровня.

25. Ретранслятор физического уровня по п.1, дополнительно содержащий порт данных, связанный с процессором и цифровой секцией основной полосы, причем функция более высокого уровня включает в себя управление ретранслятором физического уровня как клиентским устройством в беспроводной сети, причем клиентское устройство включает в себя одно или более из аудиоустройства, видеоустройства, устройства передачи данных, мультимедийного устройства в дополнение к выполнению операции ретрансляции физического уровня.

26. Ретранслятор физического уровня по п.1, в котором процессор при избирательном выполнении функции более высокого уровня в процессе работы дополнительно конфигурирован, чтобы быть независимым от параметра таймаута.

27. Ретранслятор физического уровня по п.1, в котором процессор дополнительно конфигурирован для работы таким образом, чтобы представлять беспроводную сеть как обеспечивающую работу согласно протоколу, включая протокол ячеистой сети 802.11(s), в дополнение к операции ретрансляции физического уровня.

28. Ретранслятор физического уровня по п.1, дополнительно содержащий память, связанную с процессором и цифровой секцией основной полосы, причем процессор дополнительно конфигурирован для формирования и поддержки таблицы маршрутизации, причем таблица маршрутизации формируется путем наблюдения МАС-адресации, ассоциированной с передачами в беспроводной сети.

29. Ретранслятор физического уровня по п.1, дополнительно содержащий память, связанную с процессором и цифровой секцией основной полосы, причем процессор дополнительно конфигурирован для формирования и поддержки таблицы маршрутизации, причем таблица маршрутизации формируется путем обработки сообщений, принимаемых от других узлов в беспроводной сети.

30. Ретранслятор физического уровня по п.1, дополнительно содержащий блок интерфейса, связанный с процессором и связанный с коммунальной электропроводкой в конструкции, причем процессор дополнительно конфигурирован для формирования и поддержки таблицы маршрутизации, причем таблица маршрутизации формируется обработкой сообщений, принимаемых от других узлов в беспроводной сети.

31. Ретранслятор физического уровня по п.30, в котором сообщения, принимаемые от других узлов в беспроводной сети, включают в себя сообщения обновления маршрутизации согласно протоколу ячеистой сети 802.11(s).

32. Ретранслятор физического уровня по п.1, в котором процессор при избирательном выполнении функции более высокого уровня в процессе работы дополнительно конфигурирован, чтобы выполнять переменное число функций более высокого уровня, основываясь на условии сети.

33. Ретранслятор физического уровня для выполнения операции ретрансляции физического уровня в среде, ассоциированной с беспроводной сетью, причем операция ретрансляции физического уровня включает в себя прием сигнала, ассоциированного с пакетом, и передачу сигнала, ассоциированного с пакетом, без модификации одного или более из адреса источника и адреса места назначения, содержащихся в пакете, при этом ретранслятор физического уровня содержит

цифровую секцию основной полосы, включающую в себя блок цифровой обработки сигналов и демодулятор; и

процессор, соединенный с и управляющий цифровой секцией основной полосы, причем процессор конфигурирован для:

обработки первого из множества символов сигнала, ассоциированного с пакетом, на посимвольной основе, чтобы сформировать первый обработанный символ; и

регенерации и передачи первого обработанного символа, ассоциированного с пакетом, спустя, по меньшей мере, интервал символа, чтобы сформировать регенерированный символ перед завершением обработки всего множества символов сигнала, ассоциированного с пакетом.

34. Ретранслятор физического уровня по п.33, в котором процессор дополнительно конфигурирован для повторной передачи регенерированного символа после предопределенного интервала задержки, включая период, не превышающий временную длительность пакета.

35. Ретранслятор физического уровня по п.33, дополнительно содержащий память, связанную с процессором и цифровой секцией основной полосы, при этом цифровая секция основной полосы включает в себя блок управления доступом к среде передачи (MAC), и при этом процессор дополнительно конфигурирован для:

сохранения множества обработанных символов, ассоциированных с пакетом, в памяти и

регенерации и повторной передачи множества обработанных символов спустя предопределенный интервал задержки,

при этом предопределенный интервал задержки генерируется в блоке MAC и при этом блок MAC конфигурирован для генерации квитирования в период таймаута квитирования при завершении упомянутой регенерации и повторной передачи множества обработанных символов, ассоциированных с пакетом.

36. Ретранслятор физического уровня по п.33, в котором процессор дополнительно конфигурирован для избирательного выполнения функции более высокого уровня в течение работы в дополнение к операции ретрансляции физического уровня, причем функция более высокого уровня включает в себя:

обработку множества обработанных сигналов, ассоциированных с первой информацией из, по меньшей мере, части пакета; и

определение способа, которым пакет обрабатывается в течение операции ретрансляции, основываясь на первой информации.

37. Ретранслятор физического уровня для выполнения операции ретрансляции физического уровня в среде, ассоциированной с беспроводной сетью, причем операция ретрансляции физического уровня включает в себя прием сигнала, ассоциированного с пакетом, и передачу сигнала, ассоциированного с пакетом, без модификации одного или более из адреса источника и адреса места назначения, содержащихся в пакете, причем ретранслятор физического уровня содержит:

цифровую секцию основной полосы, включающую в себя блок цифровой обработки сигналов и демодулятор; и

процессор, связанный с и управляющий цифровой секцией основной полосы, причем процессор конфигурирован для:

обработки сигнала, ассоциированного с пакетом, на основе каждой выборки для генерации выборки сигнала и передачи выборки сигнала до завершения обработки сигнала, ассоциированного с пакетом.

38. Ретранслятор физического уровня по п.37, дополнительно содержащий память, связанную с процессором и цифровой секцией основной полосы, причем процессор дополнительно конфигурирован для

сохранения множества выборок сигнала, ассоциированных с пакетом, в памяти и

повторной передачи множества выборок сигнала спустя предопределенный интервал задержки.

39. Система для выполнения операций ретранслятора в среде беспроводной сети, включающей в себя клиента сети, причем система содержит:

первый ретранслятор физического уровня для выполнения первой операции ретрансляции физического уровня в среде беспроводной сети, причем первая операция ретрансляции физического уровня включает в себя прием сигнала, ассоциированного с пакетом, по первому беспроводному каналу и передачу сигнала, ассоциированного с пакетом, по второму беспроводному каналу без модификации одного или более из адреса источника и адреса места назначения, содержащихся в пакете, причем первый ретранслятор физического уровня выполняет операции более высоких уровней в связи с первой операцией ретрансляции физического уровня; и

второй ретранслятор физического уровня для выполнения второй операции ретрансляции физического уровня в среде беспроводной сети, причем вторая операция ретрансляции физического уровня включает в себя прием сигнала, ассоциированного с пакетом, по первому беспроводному каналу и передачу сигнала, ассоциированного с пакетом, по второму беспроводному каналу без модификации одного или более из адреса источника и адреса места назначения, содержащихся в пакете, причем второй ретранслятор физического уровня выполняет операции более высоких уровней в связи с второй операцией ретрансляции физического уровня,

при этом первый ретранслятор физического уровня и второй ретранслятор физического уровня конфигурированы для осуществления связи с использованием межретрансляторного протокола, чтобы установить один или более параметров для координации того, какой из первого ретранслятора физического уровня, второго ретранслятора физического уровня будет выполнять прием сигнала, ассоциированного с пакетом, по первому беспроводному каналу и передачу сигнала, ассоциированного с пакетом, по второму беспроводному каналу.

40. Система по п.39, в котором первый ретранслятор физического уровня и второй ретранслятор физического уровня включают в себя память, при этом один или более из первого ретранслятора физического уровня и второго ретранслятора физического уровня конфигурированы, чтобы формировать и поддерживать в памяти таблицу, причем таблица включает в себя одну или более из таблицы маршрутизации и таблицы фильтрации, при этом таблица предоставляет информацию таким образом, что один или более из первого ретранслятора физического уровня и второго ретранслятора физического уровня могут определить процедуру, ассоциированную с операциями более высокого уровня, основываясь на упомянутой информации.

41. Система по п.39, дополнительно содержащая первое устройство с множеством входов и множеством выходов (MIMO), конфигурированное для передачи множества сигналов, и второе устройство MIMO, конфигурированное для приема множества сигналов, причем первый ретранслятор физического уровня и второй ретранслятор физического уровня конфигурированы для одновременного приема по меньшей мере одного из множества сигналов, передаваемых из первого устройства MIMO и передачи по меньшей мере одного из множества сигналов во второе устройство MIMO.

42. Система по п.39, причем первый беспроводный канал и второй беспроводный канал совместно используют одну частоту.

43. Система по п.39, причем первый беспроводный канал включает в себя первую частоту и второй беспроводный канал включает в себя вторую частоту, отличную от первой частоты.

Описание изобретения к патенту

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 ретранслятором 420. Понятно, что вышеописанный поток может работать обратным способом для пакетов, исходящих от клиента 430. Отметим, что вышеописанный поток может применяться в альтернативном воплощении, связанном с ретранслятором физического уровня в конфигурации нечастотного преобразования.

Следует отметить, что вышеупомянутые сценарии направлены на ретрансляцию чисто физического уровня, например, когда сигналы повторно передаются без демодуляции и декодирования и без модификации MAC-адреса. Одной из основных выгод такой ретрансляции помимо скорости является способность поддерживать безопасность сети при выполнении операций ретрансляции. Если пакет ретранслируется от приемника основной полосы частот на стороне отправителя на передатчик основной полосы частот на стороне места назначения, как в случае ретранслятора чисто физического уровня, то никакая информация уровня 2 не декодируется и не модифицируется. Таким образом, скорость и безопасность поддерживаются. По мере того как функциональность уровня 2 увеличивается, возникает некоторая задержка, обусловленная увеличением логической обработки и регенеративной функцией, что увеличивает полную сетевую производительность. В сценариях типа «физический уровень + уровень 2», описанных ниже, по-прежнему возможно сохранить сетевую безопасность, поскольку, хотя информация MAC-адресации может быть декодирована в основную полосу для регенерации, информация MAC-адресации не изменяется. Далее, хотя содержание полезной нагрузки может демодулироваться, оно не декодируется, не нарушается или иным образом повторно не инкаспулируется, что сохраняет целостность шифрования. Кроме того, в случае безопасности по стандарту 802.1l(i) весь пакет может быть демодулирован и регенерирован, но без модификаций, поддерживая целостность протокола. В частности, никакая информация MAC-адресации не изменяется. Таким образом, ретранслятор физического уровня с функциями более высокого уровня является подходящим для использования в безопасных сетях.

Как показано на фиг.5, ретранслятор физического уровня может быть селективно снабжен функциональностью уровня 2 и некоторой функциональностью уровня 3 и, как описано здесь, может реализовывать эти функции более высокого уровня без нарушения безопасности или шифрования. На фиг.5 AP 510 посылает пакет 1 511 к клиенту 540. Ретранслятор 530 физического уровня, который был оснащен функциями уровня 2 и опционально некоторыми функциями уровня 3, конфигурирован, чтобы начинать обработку в 512 после приема. Обработка может включать демодуляцию основной полосы частот, чтобы извлечь преамбулу и информацию MAC-адресации в целях регенерации и, возможно, больше. В сценарии регенерации ретранслятор 530 может ожидать, по меньшей мере, длительность одного символа, прежде чем начать регенерацию, например, пакета 1 514, который генерируется для клиента 540. Как только весь пакет 1 511 принят, ретранслятор 530 генерирует ACK 513 к AP 510, чтобы удовлетворить требования протокола AP 510. Понятно, что если ACK 513 не был генерирован, и возникла существенная задержка, то мог возникнуть таймаут пакета, и контроллер протокола в AP 510 предположил бы, что пакет не был принят или был принят с ошибкой.

Когда клиент 540 принимает весь пакет 1 514, генерируется ACK 515 к ретранслятору 530. Если определено, что клиент 540 находится на канале ретранслятора, генерация вслепую ACK вызовет проблемы, если клиент 540 будет на том же самом канале, что и AP 510, поскольку два устройства будут генерировать ACK. Результатом является возможная коллизия, когда никакое ACK не принимается в AP 510. Здесь должна использоваться таблица для определения того, следует ли генерировать ACK или нет, основываясь на МАС-адресе и направлении ретрансляции. Таблица может быть заполнена на основе наблюдения МАС-адресации пакетов по сети. В частности, если ретранслятор 530 ретранслирует пакет, который генерирует ACK отправителю, но никогда не получает ACK от намеченного получателя, даже после нескольких попыток, то может быть определено, что клиент больше не присутствует на канале ретрансляции. В таком случае ретранслятор 530 посылает сообщение протокола, такое как «нуль»-пакет, клиенту, чтобы определить, присутствует ли еще клиент. Если клиент не присутствует, то он будет удален из таблицы, и ACK больше не будут генерироваться ретранслятором от имени этого клиента. Таблица может периодически обновляться и проверяться таким способом.

Второй пакет 2 516 передается от AP 510, и ретранслятор 530 немедленно начинает обработку в 517, как описано выше, в связи с обработкой 512. Ретранслятор может регенерировать и передать пакет 2 519 после приема, по меньшей мере, первого символа. Когда ретранслятор 530 принимает весь пакет 2 516, генерируется ACK 518 к AP 510. Когда клиент 540 принимает весь пакет 2 519, ACK 520 генерируется к ретранслятору 530.

Понятно, что основной выгодой от операции уровня 2 является способность извлечь и потенциально управлять обработкой, связанной с пакетом, или фильтровать передачу пакета для выбранных МАС-адресов. Такая способность полезна в состязательной среде, где присутствует множество клиентов и, возможно, множество узлов AP. Кроме того, в некоторых воплощениях узел клиента может быть оборудован ретранслятором и при функциональности уровня 2 может действовать как контроллер интерфейса сети (NIC).

На фиг. 6 показана схема 600 ретранслятора физического уровня для приема на двух частотных каналах. Гетеродин LO 1 601 используется для вывода одного набора каналов приема и передачи для понижающего преобразования и повышающего преобразования посредством входного смесителя 610 на приемной стороне и выходного смесителя 635 на передающей стороне. Для понижающего преобразования входной смеситель 610 смешивает сигнал, принятый от, например, антенны, и вводит смешанный сигнал на усилитель 612, как должно быть очевидно. Выходной сигнал усилителя 612 проходит через элемент 614 полосового фильтра, выходной сигнал которого передается на усилитель 616 на промежуточной частоте (ПЧ), например, 594 МГц. Выходной сигнал усилителя 616 каскада ПЧ передается на аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 618, который является предпочтительно преобразователем на 14 битов. Другой набор каналов приема и передачи связан с гетеродином LO 2 602, который используется для понижающего преобразования и повышающего преобразования посредством входного смесителя 611 на стороне приема и выходного смесителя 636 на стороне передачи. Для понижающего преобразования входной смеситель 611 смешивает сигнал, принятый от, например, антенны, и вводит смешанный сигнал в усилитель 613. Выходной сигнал усилителя 613 проходит через элемент 615 полосового фильтра, выходной сигнал которого передается на усилитель 617 на промежуточной частоте, например, 462 МГц. Выходной сигнал усилителя 617 каскада ПЧ передается на АЦП 619, который является также предпочтительно преобразователем на 14 битов. Предпочтительно автоматическая регулировка усиления (АРУ) не выполняется до преобразования. Следует отметить, что АЦП 618 и 619 возбуждаются тактовым сигналом, например, с частотой 132 МГц, генерированным с делителя 605, который соединен с гетеродином LO 3 603. LO 1 601, LO 2 602 и LO 3 603 все соединены с опорным источником 604, который генерирует, например, опорный тактовый сигнал на частоте 2112 МГц. Таким способом все элементы обработки будут синхронизированы с общим тактовым опорным сигналом для более точной обработки.

Чтобы выполнить дополнительную цифровую обработку основной (базовой) полосы частот принятых сигналов, выходные сигналы АЦП 618 и АЦП 619 подаются на специализированные блоки обработки сигналов, такие как блок обработки сигнала А (SPBA) 620 и блок обработки сигнала (SPBB) 621. Блоки SPBA 620 и SPBB 621 связаны с шиной 622 обработки сигналов. Блоки SPBA 620 и SPBB 621 могут иметь цифровые выходы, которые подают сигнал основной полосы на демодулятор DEMOD 623, который, в свою очередь, соединен с блоком управления доступом к среде передачи (MAC) 624 и, наконец, на модулятор MOD 625, который связывается обратно с блоками SPBA 620 и SPBB 621 для вывода или дальнейшей обработки, в случае необходимости. Выходной сигнал DEMOD 623 может использоваться для действительного декодирования информации, такой как MAC-адрес и т.п., после чего блок MAC 624 может выполнить обработку MAC для пакетов под управлением, например, процессора 627, который может быть процессором высокой эффективности, таким как компьютер с сокращенным набором команд (RISC) или процессором типа MIPS (миллион команд в секунду) и т.п. Процессор 627, действуя как контроллер, будет препятствовать ретранслятору квитировать пакеты для определенного узла, если адресация источника в каком-нибудь пакете на частотном канале AP содержит MAC-адрес узла, эффективно действуя как механизм упрощения таблицы. Пакеты, принятые по каналу ретрансляции с полями МАС места назначения или приемника, содержащие MAC-адреса, связанные с каналом AP, фильтруются и не ретранслируются, если ретранслятор конфигурирован для фильтрации адреса. Когда пакет ретранслируется из канала ретрансляции в канал AP, то информация адресации источника и/или передатчика должна быть помещена в таблицу, например, в память 650, и маркирована как находящаяся в канале ретрансляции. Альтернативно, все MAC-адреса источника в канале AP и все МАС источника, наблюдаемые в таблице мест назначения 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. Если используется множество ретрансляторов, перекрывающихся по частоте, то между ретрансляторами может быть установлен диалог, чтобы определить, какой или какие из ретрансляторов должны ретранслировать пакеты, используя, например, операционную систему Xtender (XOS), или эквивалентный протокол передачи сообщений.

Альтернативно, блок MAC 624, объединенный с процессором 627 или конечным автоматом 640, может действовать линия задержки на посимвольной основе, вместо блоков 620 и 621. Соответственно, каждый символ демодулируется, и информация передается на модулятор без манипулирования ретранслируемыми символами, только с их регенерацией. Обработка таким способом может быть установлена, основываясь на условиях сети, и обеспечивает увеличенную чувствительность к принятому сигналу со стороны приемника, приводящую к более высокому качеству ретранслированного сигнала и улучшенной производительности и дальности. Факультативно может использоваться конечный автомат для содействия управлению работой ретранслятора путем генерирования выходного состояния или вектора состояний Si+1 642, основываясь на предыдущем состоянии или векторе состояний Si 641, как должно быть понятно специалистам в данной области техники.

Параллельно с ретрансляцией на уровне выборок или регенеративной ретрансляцией на символьной основе блок MAC 624, конечный автомат 640 и процессор 627 могут наблюдать адресацию пакетов и выполнять обработку уровня 2, как конфигурировано, включая генерацию ACK. Путем демодуляции информации основной полосы частот ретранслятор физического уровня теперь имеет доступ к информации адресации и посредством работы процессора 627 и сопутствующей высокоскоростной памяти 650 может фильтровать пакеты, переадресовывать пакеты, направлять пакет к месту назначения на основе параметра качества обслуживания (QoS) и т.п. Когда пакет готов к повторной передаче, используя ретрансляцию на основе выборок или символов, SPBA 620 и SPBB 621 выводят выборки данных на мультиплексор 628, который выбирает соответствующий из SPBA 620 и SPBB 621 для вывода, основываясь на том, в каком канале сигнал был обнаружен и затем обработан. Если используется ретрансляция на символьной основе, то модулятор 625 будет передавать выборки данных на SPBA 620 или SPB 621, чтобы использовать в качестве источника повторно переданного пакета. Выходной сигнал мультиплексора 628, который типично является 14-битовым или 16-битовым цифровым значением, подается на цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП) 629, который выводит аналоговый сигнал. Аналоговый выходной сигнал ЦАП 629 подается на элемент фильтра нижних частот (ФНЧ) 630, чтобы удалить любой шум квантования, и выходной сигнал элемента ФНЧ 630 подается как входной сигнал модуляции на векторный модулятор (VM) 631, цифровой сигнал промежуточной частоты (ПЧ), например, на 528 МГц, чтобы начать повышающее преобразование. Выходной сигнал VM 631 вводится в усилитель 632, выходной сигнал которого подается на элемент полосового фильтра (BPF) 633. Выходной сигнал элемента BPF 633 подается на РЧ переключатель 634, и в зависимости от того, по какому каналу информация должна ретранслироваться, РЧ переключатель 634 будет направлять сигнал на выходной смеситель 635 или на выходной смеситель 636, где модулированный сигнал ПЧ будет смешиваться с сигналом на частоте 3006-3078 МГц от гетеродина LO 1 601 или c сигналом на частоте 1960-2022 МГц, каждый со смещением на 5,8 МГц.

Как должно быть понятно специалистам в данной области техники, ретранслятор физического уровня способен принимать две различные частоты одновременно, определять, какой канал переносит сигнал, связанный, например, с передачей пакета, преобразовывать из исходного частотного канала на альтернативный частотный канал и повторно передавать преобразованную по частоте версию принятого сигнала на альтернативном канале. Детальная информация об основной внутренней операции ретранслятора в соответствии с различными воплощениями содержится, например, в совместно поданной заявке PCT/US03/16208.

Ретранслятор физического уровня может принимать и передавать пакеты в то же самое время на различных частотных каналах, таким образом, расширяя охват и производительность соединения между AP и клиентом и между соединениями равноправных узлов, например, от одного клиентского блока к другому клиентскому блоку, и обеспечивая возможность слияния областей сетевых коллизий или сетевых сегментов. Такое слияние выгодно, когда чувствительные к задержке приложения используют канал, когда будет иметь место малое количество пакетов или полное их отсутствие в очереди пакетов на ретрансляторе, приводя к более высокой производительности. Когда много блоков изолированы друг от друга, ретранслятор далее действует как беспроводный мост, разрешающий двум различным группам блоков осуществлять связь в условиях, где оптимальное радиочастотное распространение и охват или, во многих случаях, любое радиочастотное распространение и охват не были ранее возможны.

Чтобы облегчить работу ретранслятора физического уровня и в некоторых случаях заменить некоторые дорогостоящие компоненты, такие как фильтры поверхностных акустических волн (ПАВ), ряд блоков обработки цифрового сигнала может использоваться, чтобы выполнить ряд функций. Как показано на фиг. 7, представлен сценарий 700 ретранслятора физического уровня, где различные компоненты цифрового фильтра связаны, чтобы обеспечить функции фильтрации. Цифровые данные 701, принятые, например, от АЦП, могут быть введены на цифровом интерфейсе 703 в соответствии с тактовым сигналом 702 данных с частотой тактирования 132 МГц. Части цифрового сигнала могут быть введены во вспомогательный цифровой фильтр 704, выходной сигнал которого может использоваться, среди прочего, для определения мощности в блоке 705 детектора мощности и компаратора. Уровни сигнала могут быть установлены с пороговыми уровнями THRESH_C 706, соответствующим порогу корреляции, и THRESH_Р 707, соответствующим порогу мощности. Выходным сигналом блока 705 детектора мощности и компаратора является сигнал DETECT_P 708 порога детектирования и сигнал 709 детектора ширины канала 20/40 МГц, который обеспечивает начальное указание ширины полосы пакета, основанное на грубом определении мощности. Блок 720 детектора коррелятора и компаратора, который также принимает отфильтрованный выходной сигнал с вспомогательного цифрового фильтра 704, может использоваться, чтобы определить присутствие мультиплексирования с ортогональным частотным разделением (OFDM) и присутствие кода Баркера или сигнала, указывающего использование прямой модуляции последовательностью (DS) расширенного спектра. Соответственно, входной сигнал THRESH_C 706, соответствующий порогу корреляции, может быть введен в блок 720 детектора коррелятора и компаратора, который выводит сигнал 722 обнаружения OFDM, указывающий высокий уровень корреляции с OFDM, сигнал 723 обнаружения кода Баркера, указывающий высокий уровень корреляции с кодом Баркера в существующей передаче, и оценку 721 фазы. Более точный 20/40 МГц сигнал 724 детектора ширины канала может быть выведен, и выходной сигнал цифрового фильтра 704 может быть направлен в 725 на демодулятор, соответствующий 802.11.

Цифровой сигнал 701 может также направляться на цифровой конвейер 710 задержки, где он может быть задержан, пока не будет проведена определенная обработка, как это должно быть понятно. Цифровой фильтр 712 на 20 МГц может использоваться, чтобы обрабатывать сигнал, передаваемый по каналу 20 МГц, или цифровой фильтр 713 40 МГц может использоваться, чтобы обрабатывать сигнал, переданный по каналу 40 МГц. Дополнительный цифровой фильтр 714 может использоваться для выполнения дополнительной фильтрации. Цифровые фильтры могут быть соединены друг с другом и с дополнительными блоками обработки сигналов, такими как блоки А 620 и B 621 обработки сигнала, как показано на фиг. 6, посредством внутренней шины 711 блоков обработки сигналов (ISPB), которая также показана на фиг. 6 как шина 622. Для ретрансляции выходной сигнал соответствующего одного или более цифровых фильтров может быть введен в блок 715 мультиплексора и автоматической регулировки усиления (АРУ), где управляющие входы 718 для 40 МГц и 719 для 20 МГц могут использоваться, чтобы выбирать, какой из выходных сигналов фильтров должен передаваться. Выходной сигнал модулятора может также быть подан на блок 715 мультиплексора и АРУ для передачи информации, демодулированной из сигнала, если необходимо. Секция АРУ блока 715 мультиплексора и АРУ может использоваться, чтобы установить нулевые пороги и пороги усиления для обратного квантования перед цифро-аналоговым преобразованием. Выходной сигнал блока 715 мультиплексора и АРУ вводится в блок 716 частотного преобразователя и интерполятора для преобразования и вывода в 730 на РЧ секцию передатчика (не показана).

Хотя представлено несколько вариантов осуществления для ретранслятора физического уровня с избирательными функциями уровня 2 и более высокого уровня, число вариантов осуществления является иллюстративным и может не являться исчерпывающим. Понятно, что изменения определенных компонентов и их взаимосвязей могут выполняться специалистом в данной области техники без отклонения от предусматриваемого объема настоящего изобретения, как определено следующей формулой изобретения.