[发明专利]无线网络接入系统

说明书

本发明涉及无线数据通信；更具体地讲，本发明涉及无线数据通信中采用的网络接入协议。

本申请涉及(i)与本申请同目受理的序号为08/543101的待审专利申请，此待审专利申请是由Weeijia Wang等人提出的，名称为“无线个人移动终端”并且也转让给通用无线通信公司(General Wireless CommunicationCorperation)，其代理案号为M-3458-US，和(ii)与本申请同日受理的序号为08/542860的待审专利申请，此待审专利申请是由Weijia Wang提出的，名称为“双向无线数据网络”，并且也转让给通用无线通信，其代理案号为M-3455-US。在此一并作为参考。

在无线通信网络中，信道中的所有参与者共享作为网络资源的无线电信道。为了具有高的利用率，并保证给予所有参与者平等的信道接入机会，已经开发了多种网络接入协议。典型情况是，信道接入协议越复杂，可以实现的信道利用率越高。但是，信道接入协议越复杂，为实施此协议所需的收发机和软件就越复杂。结果，信道接入协议的合理选择包括使有限的资源相对于一定的造价限制最佳化。

在无线信道接入协议中，ALOHA协议是其中最简单的。在ALOHA协议下，每一参与者一旦具有要发送的消息就可在信道上发送。消息的接收者在成功接收到所发射的信息时发送一个确认收到消息。第一消息的发送者等待这个确认收到信息，如果在预定时间周期之后未接收到这个确认消息，发送者就假定第一个信息没有被成功接收，并且会重发第一消息。因为每一参与按其意志发射，所以当两个或多个参与者同时想要发射时，就会发生冲突。因此，在ALOHA协议下，对于大量的信道参与者而言，期望的最大信道利用率为18％。

通过冲突防止措施可以实现较高的信道利用率。使用冲突防止措施的一个信道接入协议是载波检测多址访问(CSMA)协议。在基本的CSMA协议下，具有要在公用信道上发送的信息的发射台首先“收听”信道上的活动，如果检测到活动(即另一个参与者正在发射)，那么在再次要发射之前，发射台“退避(back off)”一定时间周期。基本CSMA协议的主要优点是降低了重发的需要，因为冲突的情况很少。CSMA允许信道利用率达到50％。但是，尽管CSMA实现了较高的信道利用率，CSMA需要更复杂的硬件来实施。

在无线数据网络中的网络接入协议可以决定无线数据网络的总带宽。例如，在蜂窝式数字包数据(CDPD)系统中，大量的蜂窝化基站分布于全部服务区域中。使服务区域蜂窝化提供了两个优点：(i)允许移动单元和基站以较高的数据速率和较低的功率发射，因为移动基站和附近的基站之间的期望距离是短的；和(ii)提供了较大的容量，因为以足够大的距离分开设置的基站可以采用相同的无线电信道。这种系统由此提供了很高的容量、低的响应延迟，并且允许移动单元以较高的数据速率发射。在这种系统中，也可以提供双向对称的和可靠的数据链路。但是，这种系统是昂贵和复杂的。

在CDPD系统中，由于是在数据通信会话的整个时间段内维持的，为允许多个会话同时维持，必需提供多个信道。为了确定信息的接收方移动单元的位置，网络从服务区域中的所有基站播发接收方移动单元的地址，直到接收单元响应为止。因此，大量的网络资源用于定位移动单元。另外，为维持连续的连通性并允许实时运行，当会话建立时，CDPD单元和与其通信的基站相联系。此外，由于移动基站可以期望用于移动的车辆中，在会话的时间段中，移动单元移出最初联系的基站的服务范围并移入一个或多个这种基站的服务范围是可能的。这样就必需采取措施使其脱离联系的基站并在会话期间接通另外的一个或多个基站(“脱手”)。用于维持包括典型的任务“连通性管理”和“移动性管理”的CDPD会话的控制机构包含复杂的算法，这些算法需要高性能计算机来处理会话的建立、会话的维持、以及对通信移动单元当其在蜂窝式基站的服务区域之间移动时进行跟踪。该系统的复杂性要求大量投资于昂贵的设备。通常，这些控制机构是集中的，即，设有一个大的网络交换或控制中心来处理一个给定的服务区域内的移动单元，这样，在有大量数据话务量的时候，网络控制中心可能成为瓶颈，将不需要的等待时间(latency)引入系统。