用于多路接入无线网络的分集控制的制作方法

1.本说明书涉及无线网络技术领域、特别是涉及接入点与无线设备之间的通信的协调。


背景技术：

2.数据传输网络在许多技术领域中用于互连设备。不同关键性等级通常需要不同数据传输可靠性等级。
3.通信系统的可靠性可以通过重新传输丢失分组(例如，ieee 802.11网络中使用的标准方法)或通过复制数据分组的传输以提高实现数据的正确接收和解码的概率来实现。在关键任务系统中，应避免分组重新传输以确保低通信延迟。避免分组重新传输的需要源于降低通信时延的需要。


技术实现要素：

4.本发明的目的可以认为是提高数据传输网络的可靠性、特别是提高实现正确接收数据和解码数据的概率，同时试图避免使用可能危及低时延要求的数据分组校正或恢复系统。
5.该目的通过独立权利要求的主题来解决。
6.提供了根据独立权利要求的特征的网络系统。可以从从属权利要求和以下描述中得出本发明的进一步发展。
7.参考网络系统而描述的许多特征可以实施为方法步骤，反之亦然。因此，在网络系统的上下文中提供的描述也以类似的方式适用于方法。
8.根据一个方面，网络系统包括多个接入点和多个无线设备。该多个无线设备中的每一个被配置为与该多个接入点中的至少一个接入点交换数据。每个接入点包括分集矩阵，该分集矩阵限定该多个无线设备中的第一无线设备与该多个接入点中的至少一个接入点之间的至少两个数据交换连接，该至少两个数据交换连接用于在该第一无线设备与该至少一个接入点之间交换数据。该分集矩阵指示具有至少一个接入点的空间域、具有至少一个数据传输频率值的频域、以及具有至少一个数据传输时间的时域。每个数据交换连接由选自分集矩阵的接入点、数据传输频率值和数据传输时间限定。该第一无线设备与该至少一个接入点之间的该至少两个数据交换连接被配置为传输相同的信息。
9.经由两个或更多个数据交换连接传输的信息在编码方面不需要相同，即，该信息可以使用不同的代码或不同的编码方案来传输。但是这种信息是相同的。换句话说，虽然所传输数据的语法不同，但其语义是相同的。
10.因此，本文描述的网络系统能够实现多达三个不同域(即，空间域、时域和/或频域)中的冗余。多达三个不同域中的这种冗余是经由多达两个或更多个接入点(空间域中的冗余)、经由多达两个或更多个不同的数据传输频率值(频域中的冗余)、以及经由多达两个或更多个不同的数据传输时间(时域中的冗余)来传输数据而实现的。分集矩阵为数据交换
连接限定了特定配置，并且每个数据交换连接分派有接入点与无线设备之间的逻辑连接、数据传输频率值和数据传输时间。不同的数据交换连接可以以不同的方式配置(即，使用不同的接入点、不同的数据传输频率值、不同的数据传输时间)以用于在相应(多个)接入点与无线设备之间传输数据。
11.换句话说，分集矩阵允许在无线设备与接入点之间建立多个数据交换连接(两个或更多个)，其方式为使得可以通过选择多个接入点之一、多个频率值之一和多个数据传输时间之一动态地(根据需要)配置每个数据交换连接。分集矩阵允许两个数据交换连接在一个、两个或所有三个域中彼此不同，即，第一数据交换连接可以使用ap1、f1、t1，而第二数据交换连接使用ap1、f1、t2。在该示例中，第一数据交换连接和第二数据交换连接在时域中是不同的，而他们在空间域和频域中是相同的。
12.通过在多达三个不同的域(空间域、频域、时域)中提供冗余，网络系统作为整体的可靠性得到了提高，因为该网络系统可以承受频域中的故障(当特定频率受到干扰而使得经由该数据传输频率值进行的数据传输不能实现或被损害时)、时域中的故障(当数据传输在特定时间出现故障时)和/或空间域中的故障(当网络系统的特定区域发生故障时)。
13.分集矩阵用于限定每个接入点与每个无线设备之间的(多个)数据交换连接的数据连接特性。
14.根据实施例，该多个无线设备中的至少一个被配置为与来自该多个接入点的至少两个接入点交换数据。优选地，第一接入点和第二接入点在空间上彼此分开，例如，位于不同的物理位置。
15.例如，接入点可以布置成使得预定区域被无线接入覆盖，即，多个接入点位于规则或不规则距离处，以使设备能够与最接近所述无线设备的一个或两个接入点建立连接，例如，无线数据交换连接。
16.根据另一个实施例，该多个无线设备中的至少一个被配置为通过使用至少两个数据传输频率值来交换数据，其中，该至少两个数据传输频率值彼此不同。
17.不同的数据传输频率值用于实现冗余，并且使得能够在其他数据传输频率值受到干扰或在其他数据传输频率值出现任何其他故障时，经由这些数据传输频率值之一传输数据。
18.根据另一个实施例，该多个无线设备中的至少一个被配置为通过使用至少两个数据传输时间来交换数据，其中，该至少两个数据传输时间彼此不同。
19.数据传输时间由任意起始时间点和任意结束时间点限定。起始时间点与结束时间点之间的持续时间限定了传输信息所需的持续时间。
20.根据另一个实施例，该至少两个数据传输时间中的第一数据传输时间的起始时间发生在该至少两个数据传输时间中的第二数据传输时间的起始时间之后，和/或该至少两个数据传输时间中的第一数据传输时间的起始时间发生在该至少两个数据传输时间中的第二数据传输时间的结束时间之后。
21.因此，第二数据传输时间的起始时间与第一数据传输时间的起始时间之间存在时间延迟。优选地，第二数据传输时间的起始时间与第一数据传输时间的结束时间之间存在时间延迟，即，第二数据传输时间在第一数据传输时间已经结束后开始。
22.根据另一个实施例，该分集矩阵被配置为限定多个条目，每个条目指定多个无线
设备中的不同无线设备与多个接入点中的不同接入点之间的数据交换连接。该多个条目中的每个条目限定每个数据交换连接使用哪个数据传输频率值和哪个数据传输时间。该网络系统被配置为基于这些数据交换连接中的至少一个的数据传输特性来更改分集矩阵中的条目。数据传输特性包括以下各项中的至少一项：数据交换连接的可靠性要求、每个无线设备与每个接入点之间的无线连接质量、两个或更多个数据交换连接之间的干扰的存在和程度、或者经由数据交换连接的数据的延迟和/或吞吐量。
23.接入点可以被配置为检测数据交换连接的数据传输特性。然后使用检测到的数据传输特性来确定数据交换连接的合适配置，即，选择接入点、选择数据传输频率值、以及选择数据传输时间。当数据传输特性低于为数据传输特性的每一个限定的阈值时，可以确定对这些域中的每一个的必要更改。例如，当数据分组吞吐量低于阈值时，可以更改用于到无线设备的数据交换连接的数据传输频率值和/或数据传输时间和/或接入点。
24.根据另一个实施例，可靠性要求选自由以下各项组成的组：信噪比、频率、噪声、吞吐量、分组丢失、延迟、环境变化、阴影衰落和设置更改。
25.根据另一个实施例，每个接入点被配置为监测数据交换连接的数据传输特性。每个接入点被配置为基于监测到的数据传输特性来确定对分集矩阵的更改需求。该多个接入点被配置为基于由该多个接入点中的至少两个接入点监测的数据传输特性确定对分集矩阵的更改，并生成更改后的分集矩阵。该多个接入点被配置为通过使用数据同步机制来分配更改后的分集矩阵。
26.每个接入点被配置为获得对分集矩阵的访问权，并且基于检测到的数据传输特性确定对分集矩阵的更改需求。
27.该多个接入点被配置为基于该多个接入点中的至少两个接入点的检测到的数据传输特性确定对分集矩阵的更改，并生成更改后的分集矩阵。
28.该多个接入点被配置为通过使用数据同步机制来分配更改后的分集矩阵。换句话说，各个接入点确定更改需求。当两个或更多个接入点确定相同的更改需求时，整个接入点确定更新后的分集矩阵并将更新后的分集矩阵分配到整个接入点中。
29.可能的数据同步机制涉及更新本地存储在接入点上的分集矩阵，使得在同步之后分集矩阵的所有本地实例都是相同的。
30.根据另一个实施例，该网络系统进一步包括分集控制器，其中，多个接入点被配置为将监测到的数据传输特性传输给分集控制器。该分集控制器被配置为基于传输的数据传输特性确定对分集矩阵的更改，并生成更改后的分集矩阵。该分集控制器被配置为将更改后的分集矩阵分配给多个接入点。该多个接入点被配置为将分集矩阵替换为从分集控制器接收的更改后的分集矩阵。
31.在该实施例中，对网络系统配置的更改由分集控制器确定。分集控制器从接入点接收检测到的数据传输特性。基于接收到的信息，分集控制器确定对分集矩阵的必要和/或有用的更改，并确定分配给接入点的更新后的分集矩阵。因此，不需要接入点之间的同步，因为分集控制器确定并分配对网络系统配置的所需更改。
32.根据另一个实施例，该分集矩阵进一步被配置为基于信噪比信息和/或信道状态信息创建连接矩阵。此外，该分集矩阵被配置为消除质量低于规定阈值的数据交换连接，并基于每个无线设备的应用的可靠性要求和业务kpl，将该无线设备分派给该多个接入点中
的至少两个接入点。此外，该分集矩阵被配置为重新调整每个接入点中所分派的数据传输频率值和数据传输时间，以便最大化频谱使用效率(包括但不限于最小化数据传输的任何阶段的干扰)并使其与每个应用的性能要求相配合。
33.业务kpl可以包括由网络运营商规定的信噪比、频率、噪声、吞吐量、分组丢失、延迟、环境变化、阴影衰落和设置更改。
34.根据实施例，该分集控制器被配置为接收包括信噪比信息的预定连接矩阵。
35.该预定连接矩阵可以限定网络系统的初始配置。预定连接矩阵通过指示每个数据交换连接的接入点、数据传输频率值和数据传输时间来限定接入点与无线设备之间的数据交换连接的配置。在网络系统运行期间，这些域(空间域、频域、时域)之一可能由于对无线设备的数据传输产生负面影响的若干原因而出现故障。检测到的数据传输特性被传输到分集控制器，然后分集控制器可以确定对分集矩阵的更改，并通过基于检测到的数据传输特性更改分集矩阵来重新限定数据交换连接。
36.根据另一个实施例，多个接入点通过有线网络或无线网络彼此互连。
37.接入点之间的连接对应于网络系统的骨干网。网络系统被配置为经由接入点向无线设备发送数据并从无线设备接收数据。然而，这种接入点本身可以处理接收到的数据并将接收到的数据传输到连接到网络系统的计算设备，以便进一步处理数据。
38.本文描述的网络系统的各方面涉及接入点与无线设备之间的连接、以及分集矩阵如何管理该级别的连接的方式。网络系统可以用于在设备之间发送和接收任何数据。
39.根据一个方面，提供了一种飞行器，该飞行器包括如本文所述的网络系统。飞行器可以选自由飞机、直升机、无人机等组成的组。
40.网络系统可以用于飞行器中以无线互连位于飞行器上的设备。因此，设备以无线方式彼此互连，并且减少了有线连接的数量。这可以降低线束的复杂性并且还可以减少飞行器的总重量。上述的并且通过使用在多达三个不同域(空间域、频域、时域)中的冗余实现的冗余机制可以有益地用于飞行器技术。
41.根据进一步的实施例，该飞行器包括多个传感器和致动器，该多个传感器和致动器作为无线设备通过网络系统互连。
42.这种传感器的示例是烟雾检测传感器、温度传感器或燃料计量传感器。
43.这种致动器的示例是操纵面、加热器或灯。
附图说明
44.下文将结合以下附图来描述主题，其中，相同的标记表示相同的要素，在附图中：
45.图1是两个接入点的示意性表示，每个接入点与两个无线设备互连。
46.图2是分集控制器与连接到多个无线设备的多个无线接入点之间的通信的示意性表示。
47.图3是分集矩阵的示意性表示。
48.图4是具有空间分集、频率分集和时间分集的组合的实施的分集矩阵的图示的示意性表示。
49.图5是包括网络系统的飞行器的示意性表示。
具体实施方式
50.下面的详细描述本质上仅仅是示例性的，并不旨在限制本发明和本发明的用途。此外，本发明无意受前述背景技术或以下具体实施方式中提出的任何理论的约束。
51.附图中的表示和图示是示意性的而不是按比例绘制的。相同的标记表示相同的要素。
52.通过对图示的回顾以及对随后的具体实施方式的回顾，可以更好地理解所描述的主题。
53.图1示出了两个接入点12的示意性表示，这两个接入点与两个无线设备14互连。每个接入点12包括分集矩阵20(未示出，参见图3)，该分集矩阵限定无线设备14与接入点12之间的数据连接特性(即，数据交换连接的细节)。接入点12被配置为通过使用分集矩阵20来协调网络系统10。接入点12进一步被配置为在每个无线设备与至少一个接入点12之间建立第一数据交换连接16和第二数据交换连接18，这两个数据交换连接用于在无线设备14与至少一个接入点12之间传输数据。图1示出了每个无线设备14是来自不同接入点12的两个数据交换连接的端点。然而，在其他实施例中，一个无线设备14可以互连到多于两个的接入点，和/或一个无线设备可以(经由不同的频域和/或时域)建立到一个接入点的两个或更多个数据交换连接。数据交换连接16、18是逻辑数据连接。通过从分集矩阵20中选择三个值来限定每个数据交换连接16、18。每个值都来自不同的域，使得每个数据交换连接16、18由至少三个选择的值构成：接入点、数据传输频率值和数据传输时间。
54.此外，接入点12被配置为将第一数据传输频率值分派给第一数据交换连接16并且将第二数据传输频率值分派给第二数据交换连接18，并且被配置为将第一数据传输时间分派给第一数据交换连接16并且将第二数据传输时间分派给第二数据交换连接。然后使用分派的数据传输频率值和分派的数据传输时间经由数据交换连接传输在接入点12与无线设备14之间传输的数据分组。每个无线设备14被配置为通过使用两个不同的频率并在两个不同的数据传输时间传输数据分组来选择性地建立到两个接入点12的连接。
55.在图1的示例中，每个无线设备14建立到两个不同接入点12的两个无线连接，从而(通过具有到两个不同的接入点的两个连接)实现空间域中的冗余、(通过使用两个不同的数据传输频率值经由两个数据交换连接传输数据分组)实现频域中的冗余、以及(通过使用两个不同的数据传输时间经由两个数据交换连接传输数据分组)实现时域中的冗余。
56.多个接入点12向多个无线设备14中继/转发数据分组，并且从该多个无线设备接收数据分组。假设这种网络是密集的，其中接入点12的通信范围重叠。多个无线设备14通常在多于一个接入点12的通信范围内，从而可以实现空间域中的冗余。
57.多个接入点12用于形成网络系统10，用于在诸如飞机、直升机、卫星、出租飞机等空中交通工具中进行数据传输。
58.多个接入点12支持从本地无线设备14和到这些本地无线设备的下行或上行的同时传输，如例如ieee 802.11ax标准的情况。接入点12之间的通信以及接入点12与相关联的无线设备14之间的通信可以同时发生，例如，这可以使用类似于ieee 802.11ax标准中描述的技术来实现，诸如多个网络分配向量(nav)或频谱重用。
59.多个接入点12能够协调可用频率组和数据传输时间组的使用，以从至少两个接入点12范围内的任何无线设备14发送和接收数据分组。所描述的网络系统10能够基于频率、
时间和空间分集的组合来确保可靠的无线通信(上行链路和下行链路)：
60.通过使两个或更多个接入点12向无线设备14发送数据分组和/或从该无线设备接收数据分组来提供空间分集。当然，一个接入点12可以与多于一个无线设备14建立数据交换连接。连接到一个无线设备的两个或更多个接入点12可以彼此相邻或间隔开。
61.通过使分组经由两个或更多个不同的数据传输频率值传输到单个无线设备14和从该单个无线设备传输，来提供频率分集。
62.通过使分组在两个或更多个数据传输时间传输到单个无线设备14和从该单个无线设备传输，来提供时间分集。
63.多个无线接入点12能够提供多用户并行接入(例如，ofdma)，并且每个无线设备14被并置在至少两个接入点12附近。
64.虽然所描述的系统支持三种分集方案中的任一种，但空间分集的支持可以具有高优先级，因为在接入点12的远处位置使用相同的无线信道使得这两个位置受到相同干扰源影响的概率较低。
65.图2以集中式方式示出了具有分集控制器22和多个无线接入点12的网络系统。替代性地，当网络系统不包括分集控制器(该变体未示出)时，可以仅以分布式方式在无线接入点之间进行通信。分集控制器与接入点之间的通信可以经由有线网络或无线网络通过特定协议(例如，用于数据同步的协议)来完成。图2展示了有线网络被用于分集控制器与一组接入点之间的通信的情况。
66.分集矩阵20是基于一组上下文信息创建的，即：
67.每个无线设备14发送或接收的每种业务类型的可靠性要求(更高的可靠性；更高的分集)；
68.每个无线设备14与多个可用接入点12之间的无线连接质量(例如：链路预算)；
69.最大化频谱使用效率(例如，通过评估误码率或收听无线电信道的无线电信号，而不是由无线设备或接入点传输的无线电信号，从而最小化干扰)；
70.保持由网络运营商规定的诸如信噪比、频率、噪声、吞吐量、分组丢失、延迟、环境变化、阴影衰落和设置更改等业务kpl。
71.在收集了关于在网络系统10内部署的每个无线设备14中使用的应用的业务要求以及无线通信链路的信噪比和相应的链路预算之后，(集中式或分布式)网络系统10开始：
72.基于信噪比信息创建连接矩阵，消除质量低于规定阈值的无线通信链路；
73.基于每个无线设备14的应用的可靠性要求和业务kpl，将该无线设备分派给至少两个接入点12；
74.重新调整每个接入点12中所分派的频率组，以便最大化频谱使用效率并使其与每个应用的性能要求相配合(例如，具有高吞吐量要求的应用被分派到更高频带中的频率)。
75.图3示出了分集矩阵20，其中，所描述的网络系统10允许多个并置的接入点12获得对分集矩阵20的访问权。分集矩阵20告诉每个接入点12哪个频率组(f1，f2)、哪个接入点(ap1，ap2，ap3或ap4)以及哪个数据传输时间(t1，t2，t3)用于与哪个无线设备(s1，s2，s3，s4，s5)的数据交换连接(上行链路和下行链路)。换句话说，分集矩阵限定了接入点与无线设备之间的数据交换连接的配置，因为为每个数据交换连接限定了三个域(空间域、时域、频域)。应当注意，为每个无线设备限定两个数据交换连接，经由这两个数据交换连接传输
相同的信息。然而，在其他实施例中，可以为每个无线设备限定多于两个数据交换连接，这可以进一步增加冗余级别。
76.在第一个示例中，无线设备s1建立两个数据交换连接。在s1与接入点ap1之间建立第一数据交换连接，而在s1与ap2之间建立第二数据交换连接(参见图3所示矩阵中的s1字段)。第一数据交换连接使用数据传输时间t1和数据传输频率值f1。第二数据交换连接使用t1，数据传输频率值为f1。在该示例中，提供了空间分集(两个不同的接入点ap1和ap2)。
77.在第二个示例中，无线设备s2建立两个数据交换连接。在s2与接入点ap1之间建立第一数据交换连接，而在s2与ap2之间建立第二数据交换连接。第一数据交换连接使用数据传输时间t1和数据传输频率值f2。第二数据交换连接使用t1，数据传输频率值为f2。在该示例中，提供了空间分集(两个不同的接入点ap1和ap2)。
78.在第三个示例中，无线设备s3建立两个数据交换连接。在s3与接入点ap2之间建立第一数据交换连接，而在s3与ap3之间建立第二数据交换连接。第一数据交换连接使用数据传输时间t2和数据传输频率值f1。第二数据交换连接使用t2，数据传输频率值为f1。在该示例中，提供了空间分集(两个不同的接入点ap1和ap2)。
79.在第四个示例中，无线设备s4建立两个数据交换连接。在s4与接入点ap3之间建立第一数据交换连接，而在s3与ap4之间建立第二数据交换连接。第一数据交换连接使用数据传输时间t1和数据传输频率值f2。第二数据交换连接使用t2，数据传输频率值为f1。在该示例中，提供了空间分集、频率分集和时间分集(两个不同的接入点ap3和ap4，两个不同的频率f1和f2，以及两个不同的数据传输时间t1和t2)。
80.在第五个示例中，无线设备s5建立两个数据交换连接。在s5与接入点ap4之间建立了两个数据交换连接。第一数据交换连接使用数据传输时间t1和数据传输频率值f1。第二数据交换连接使用t1，数据传输频率值为f2。在该示例中，提供了频率分集(两个不同的数据传输频率值f1和f2)。
81.对于下行传输，每个接入点12将使用在分集矩阵20中收集的信息来配置下行帧，而对于上行传输，每个接入点12使用在分集矩阵20中提供的信息来限定特殊的控制帧(例如，ieee 802.11ax中的触发帧)，该特殊的控制帧用于向每个无线设备14通知用于向接入点12传输数据的网络系统10。
82.作为一个可能的结果，图4示出了网络系统10可以通过创建分集矩阵20向任何无线设备14提供空间分集ap1和ap2、经由阴影区指示的频率分集、以及经由空白盒或包含圆圈的盒指示的时间分集，使得每个无线设备14能够在不同的数据传输时间在由不同接入点提供的两个不同频率接收/发送相同分组的两个副本。
83.图5示出了具有根据本发明的网络系统的飞行器100。
84.该网络系统用于飞行器中以实现互连的设备(例如，如上所述的传感器和致动器等无线设备)之间的数据传输。
85.虽然在前面的详细描述中已经介绍了至少一个示例性实施例，但是应该理解，存在大量的变化。还应当理解的是，一个或多个示例性实施例仅仅是示例，并不旨在以任何方式限制本发明的范围、适用性或配置。而是，前述详细描述将为本领域的技术人员提供用于实施本发明的示例性实施例的方便路线图。应当理解，在不脱离权利要求的范围的情况下，可以对示例性实施例中描述的要素的功能和布置进行各种改变。
86.此外，应当注意，“包括(comprising)”或“包括(including)”不排除任何其他要素或步骤，并且“一个(a)”或“一个(an)”不排除多个或复数个。进一步地，应当注意，参考上述示例性实施例之一描述的特征或步骤也可以与上述其他示例性实施例的其他特征或步骤结合使用。权利要求中的附图标记不应当被解释为限制。
87.附图标记清单
88.10
ꢀꢀ
网络系统
89.12
ꢀꢀ
接入点
90.14
ꢀꢀ
无线设备
91.16
ꢀꢀ
第一数据交换连接
92.18
ꢀꢀ
第二数据交换连接
93.20
ꢀꢀ
分集矩阵
94.22
ꢀꢀ
分集控制器
95.100 飞行器