DE10122042A1 - Netzwerk mit priorisierter Datenweiterleitung zwischen Sub-Netzwerken - Google Patents

Netzwerk mit priorisierter Datenweiterleitung zwischen Sub-Netzwerken

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DE10122042A1
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Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Netzwerk mit mehreren Sub-Netzwerken, die jeweils einen Controller zur Steuerung eines Sub-Netzwerkes enthalten und die jeweils über Brücken-Terminals verbindbar sind. Um die Datenweiterleitung durch ein Brücken-Terminal möglichst effizient zu gestalten, wird der durch dieses Terminal weitergeleitete Verkehr von den betroffenen Controllern entweder bevorzugt behandelt (priorisiert), oder es wird für die weitergeleiteten Daten in den betroffenen Sub-Netzwerken eine feste Kapazität reserviert.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Netzwerk mit mehreren Sub-Netzwerken, die jeweils über Brücken-Terminals verbindbar sind und die jeweils einen Controller zur Steuerung eines Sub-Netzwerkes enthalten. Solche Netzwerke sind selbstorganisierend und können beispielsweise aus mehreren Sub-Netzwerken bestehen. Sie werden auch als Adhoc- Netzwerke bezeichnet.
Aus den Dokumenten "J. Habetha, A. Hettich, J. Peetz, Y. Du: Central Controller Handover Procedure for ETSI-BRAN HIPERLAN/2 Ad Hoc Networks and Clustering with Quality of Service Gurantees, 1st IEEE Annual Workshop on Mobile Ad Hoc Networking & Computing,, Aug. 11, 2000" und "J. Habetha, M. Nadler: Concept of a Centralised Multihop Ad Hoc Network, European Wireless, Dresden, Sep., 2000" ist ein Adhoc-Netzwerk mit mehreren Terminals bekannt. Wenigstens ein Terminal ist als Controller zur Steuerung des Adhoc-Netzwerkes vorgesehen. Unter bestimmten Bedingungen kann es erforderlich sein, dass ein anderes Terminal Controller wird. Falls ein solches Netzwerk eine bestimmte Größe erreicht, ist die Einteilung in Sub-Netzwerke erforderlich. Zur Kommunikation mit den Sub-Netzwerken dienen als Brücken-Terminals ausgestaltete Terminals. Diese Brücken-Terminals sind abwechselnd mit den Sub- Netzwerken synchronisiert. Durch unterschiedliche MAC-Rahmenstrukturen der verbundenen Netzwerke entstehen Wartezeiten bis ein Brücken-Terminal mit dem neu synchronisierten Netzwerk Daten austauschen kann.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Datenaustausch zwischen Sub-Netzwerken zu optimieren.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Netzwerk mit mehreren Sub- Netzwerken, die jeweils einen Controller zur Steuerung eines Sub-Netzwerkes enthalten, und die jeweils über Brücken-Terminals verbindbar sind, wobei vorgesehen ist, den Verbindungen zwischen den Sub-Netzwerken eine höhere Priorität zuzuweisen als den Verbindungen innerhalb eines Sub-Netzwerks.
Diese Aufgabe wird weiterhin erfindungsgemäß gelöst durch ein Netzwerk mit mehreren Sub-Netzwerken, die jeweils einen Controller zur Steuerung eines Sub-Netzwerkes enthalten, und die jeweils über Brücken-Terminals verbindbar sind, wobei vorgesehen ist, den Verbindungen zwischen den Sub-Netzwerken eine feste Übertragungskapazität zuzuweisen.
Den beiden Lösungsvarianten der Erfindung liegt die gemeinsame Idee zugrunde, die Datenweiterleitung zwischen den Sub-Netzwerken gegenüber Datenverbindungen innerhalb eines Sub-Netzwerkes gesondert bzw. bevorzugt zu behandeln. Dies ist vorteilhaft, da die Brücken-Terminals bzw. die Datenweiterleitung zwischen Sub- Netzwerken aufgrund der Frequenzwechsel zwischen den Sub-Netzwerken einen Engpaß hinsichtlich Übertragungskapazität und -verzögerung darstellen.
Bei der ersten Lösungsvariante gemäß Anspruch 1 erfolgt die Zuweisung von Übertragungskapazität für weitergeleitete, so genannte "Multihop" Verbindungen dynamisch durch die Controller der jeweiligen Sub-Netzwerke. Dabei werden derartige Multi-Hop-Verbindungen gegenüber reinen Intra-Sub-Netzwerk-Verbindungen mit einer höheren Priorität versehen.
Bei der zweiten alternativen Lösung gemäß Anspruch 4 ist die Einrichtung von Kanälen mit fester Kapazität für Multihop-Verbindungen vorgesehen. Dies hat den Vorteil, daß der Mechanismus von Ressourcen-Anfrage und Ressourcen-Allokierung mittels der festen Kapazitätsreservierung umgangen wird. Dadurch wird Zeit eingespart.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Figuren näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein Adhoc-Netzwerk mit drei Sub-Netzwerken, die jeweils zur Funk­ übertragung vorgesehene Terminals enthalten,
Fig. 2 ein Terminal des lokalen Netzwerks nach Fig. 1,
Fig. 3 eine Funkvorrichtung des Terminals nach Fig. 2,
Fig. 4 eine Ausführung eines zur Verbindung von zwei Sub-Netzwerken vorgesehenen Brücken-Terminals,
Fig. 5 MAC-Rahmen von zwei Sub-Netzwerken und die MAC-Rahmenstruktur eines Brücken-Terminals,
Fig. 6 den maximalen Durchsatz einer Multihop-Verbindung in Abhängigkeit von der Aufenthaltsdauer des Brücken-Terminals in den beiden Sub- Netzwerken
Fig. 7 die Verzögerung einer Multihop-Verbindung in Abhängigkeit von der Aufenthaltsdauer des Brücken-Terminals in den beiden Sub-Netzwerken
Fig. 8 ein Netzwerk mit drei Sub-Netzwerken und drei Verbindungen zwischen den Sub-Netzwerken
Das im folgenden dargestellte Ausführungsbeispiel bezieht sich auf Adhoc-Netzwerke, die im Gegensatz zu traditionellen Netzwerken selbstorganisierend sind. Jedes Terminal in einem solchen Adhoc-Netzwerk kann einen Zugang zu einem Fest-Netzwerk ermöglichen und ist sofort einsetzbar. Ein Adhoc-Netzwerk ist dadurch gekennzeichnet, dass die Struktur und die Anzahl von Teilnehmern innerhalb vorgegebener Grenzwerte nicht festgelegt ist. Beispielsweise kann eine Kommunikationsvorrichtung eines Teilnehmers aus dem Netzwerk genommen oder eingebunden werden. Im Gegensatz zu traditionellen Mobilfunknetzen ist ein Adhoc-Netzwerk nicht auf eine fest installierte Infrastruktur angewiesen.
Die Größe der Fläche des Adhoc-Netzwerks ist in der Regel sehr viel größer als der Über­ tragungsbereich von einem Terminal. Eine Kommunikation zwischen zwei Terminals kann daher die Einschaltung weiterer Terminals erforderlich machen, damit diese Nachrichten oder Daten zwischen den beiden kommunizierenden Terminals übertragen können. Solche Adhoc-Netzwerke, bei denen eine Weiterleitung von Nachrichten und Daten über ein Terminal notwendig ist, werden als Multihop-Adhoc-Netzwerke bezeichnet. Eine mögliche Organisation eines Adhoc-Netzwerkes besteht darin, regelmäßig Sub-Netzwerke oder Cluster zu bilden. Ein Sub-Netzwerk des Adhoc-Netzwerks kann beispielsweise durch über Funkstrecken verbundene Terminals von um einen Tisch sitzenden Teilnehmern gebildet werden. Solche Terminals können z. B. Kommunikations­ vorrichtungen zum drahtlosen Austausch von Dokumenten, Bildern usw. sein.
Es lassen sich zwei Typen von Adhoc-Netzwerken angeben. Das sind dezentralisierte und zentralisierte Adhoc-Netzwerke. In einem dezentralisierten Adhoc-Netzwerk ist die Kommunikation zwischen den Terminals dezentralisiert, d. h. jedes Terminal kann mit jedem anderen Terminal unter der Voraussetzung direkt kommunizieren, dass die Terminals jeweils in dem Übertragungsbereich des anderen Terminals liegen. Der Vorteil eines dezentralisierten Adhoc-Netzwerks ist dessen Einfachheit und Robustheit gegen Fehler. Bei einem zentralisierten Adhoc-Netzwerk werden bestimmte Funktionen, wie z. B. die Funktion des Mehrfachzugriffs eines Terminals zum Funkübertragungsmedium (Medium Access Control = MAC) von einem bestimmten Terminal pro Sub-Netzwerk gesteuert. Dieses Terminal wird als zentrales Terminal oder zentraler Controller (Central Controller = CC) bezeichnet. Diese Funktionen müssen nicht immer von demselben Terminal ausgeführt werden, sondern können von einem als zentraler Controller arbeiten­ den Terminal zu einem anderen dann als zentraler Controller agierenden Terminal über­ geben werden. Der Vorteil eines zentralen Adhoc-Netzwerks ist, dass in diesem auf ein­ fache Art eine Vereinbarung über die Dienstgüte (Quality of Service = QoS) möglich ist. Ein Beispiel für ein zentralisiertes Adhoc-Netzwerk ist ein Netzwerk, welches nach der HIPERLAN/2 Home Environment Extension (HEE) organisiert ist (vgl. J. Habetha, A. Hettich, J. Peetz, Y. Du, "Central Controller Handover Procedure for ETSI-BRAN HIPERLAN/2 Ad Hoc Networks and Clustering with Quality of Service Gurantees", 1st IEEE Annual Workshop on Mobile Ad Hoc Networking & Computing,, Aug. 11, 2000).
In Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Adhoc-Netzwerks mit drei Sub-Netzwerken 1 bis 3 dargestellt, die jeweils mehrere Terminals 4 bis 16 enthalten. Bestandteil des Sub- Netzwerks 1 sind die Terminals 4 bis 9, des Sub-Netzwerks 2 die Terminals 4 und 10 bis 12 und des Sub-Netzwerks 3 die Terminals 5 und 13 bis 16. In einem Sub-Netzwerk tauschen die jeweils zu einem Sub-Netzwerk gehörenden Terminals Daten über Funk­ strecken aus. Die in Fig. 1 eingezeichneten Ellipsen geben den Funkbereich eines Sub- Netzwerks (1 bis 3) an, in dem zwischen den zu dem Sub-Netzwerk gehörenden Terminals eine weitgehend problemlose Funkübertragung möglich ist.
Die Terminals 4 und 5 werden Brücken-Terminals genannt, weil diese einen Datenaus­ tausch zwischen zwei Sub-Netzwerken 1 und 2 bzw. 1 und 3 ermöglichen. Das Brücken- Terminal 4 ist für den Datenverkehr zwischen den Sub-Netzwerken 1 und 2 und das Brücken-Terminal 5 für den Datenverkehr zwischen den Sub-Netzwerken 1 und 3 zuständig.
Ein Terminal 4 bis 16 des lokalen Netzwerks nach Fig. 1 kann eine mobile oder feste Kommunikationsvorrichtung sein und enthält beispielsweise mindestens eine Station 17, eine Verbindungskontrollvorrichtung 18 und eine Funkvorrichtung 19 mit Antenne 20, wie dies Fig. 2 zeigt. Eine Station 17 kann beispielsweise ein tragbarer Computer, Fernsprecher usw. sein.
Eine Funkvorrichtung 19 der Terminals 6 bis 16 enthält, wie Fig. 3 zeigt, außer der An­ tenne 20 eine Hochfrequenzschaltung 21, ein Modem 22 und eine Protokollvorrichtung 23. Die Protokollvorrichtung 23 bildet aus dem von der Verbindungskontrollvorrichtung 18 empfangenen Datenstrom Paketeinheiten. Eine Paketeinheit enthält Teile des Daten­ stroms und zusätzliche von der Protokollvorrichtung 23 gebildete Steuerinformationen. Die Protokollvorrichtung verwendet Protokolle für die LLC-Schicht (LLC = Logical Link Control) und die MAC-Schicht (MAC = Medium Access Control). Die MAC-Schicht steuert den Mehrfachzugriff eines Terminals zum Funkübertragungsmedium und die LLC- Schicht führt eine Fluß- und Fehlerkontrolle durch.
Wie oben erwähnt, ist in einem Sub-Netzwerk 1 bis 3 eines zentralisierten Adhoc-Netz­ werks ein bestimmtes Terminal zuständig für die Kontroll- und Managementfunktionen und wird als zentraler Controller bezeichnet. Der Controller arbeitet außerdem als normales Terminal im zugehörigen Sub-Netzwerk. Der Controller ist z. B. für die Registrierung von Terminals, die den Betrieb im Sub-Netzwerk aufnehmen, für den Verbindungsaufbau zwischen wenigstens zwei Terminals im Funkübertragungsmedium, für die Resourcenverwaltung und für die Zugriffssteuerung im Funkübertragungsmedium zuständig. So erhält beispielsweise ein Terminal eines Sub-Netzwerks nach der Regi­ strierung und nach der Anmeldung eines Übertragungswunsches vom Controller Über­ tragungskapazität für Daten (Paketeinheiten) zugewiesen.
In dem Adhoc-Netzwerk können die Daten zwischen den Terminals nach einem TDMA-, FDMA- oder CDMA-Verfahren (TDMA = Time Division Multiplex Access, FDMA = Frequency Division Multiplex Access, CDMA = Code Division Multiplex Access) ausge­ tauscht werden. Die Verfahren können auch kombiniert werden. Jedem Sub-Netzwerk 1 bis 3 des lokalen Netzwerks sind eine Anzahl von bestimmten Kanälen zugeordnet, die als Kanalbündel bezeichnet werden. Ein Kanal ist durch einen Frequenzbereich, einen Zeitbereich und z. B. beim CDMA-Verfahren durch einen Spreizungscode bestimmt. Beispielsweise kann jedem Sub-Netzwerk 1 bis 3 zum Datenaustausch ein bestimmter, jeweils unterschiedlicher Frequenzbereich mit einer Trägerfrequenz fi zur Verfügung stehen. In einem solchen Frequenzbereich können beispielsweise Daten mittels des TDMA-Verfahrens übertragen werden. Dabei kann dem Sub-Netzwerk 1 die Träger­ frequenz f1, dem Sub-Netzwerk 2 die Trägerfrequenz f2 und dem Sub-Netzwerk 3 die Trägerfrequenz f3 zugewiesen werden. Das Brücken-Terminal 4 arbeitet einerseits, um mit den anderen Terminals des Sub-Netzwerks 1 einen Datenaustausch durchführen zu können, mit der Trägerfrequenz f1 und andererseits, um mit den anderen Terminals des Sub-Netzwerks 2 einen Datenaustausch durchführen zu können, mit der Trägerfrequenz f2. Das zweite im lokalen Netzwerk enthaltene Brücken-Terminal 5, welches Daten zwischen den Sub-Netzwerken 1 und 3 überträgt, arbeitet mit den Trägerfrequenzen f1 und f3.
Wie oben erwähnt, hat der zentrale Controller beispielsweise die Funktion der Zugriffs­ steuerung. Das bedeutet, dass der zentrale Controller für die Bildung von Rahmen der MAC-Schicht (MAC-Rahmen) verantwortlich ist. Hierbei wird das TDMA-Verfahren angewendet. Ein solcher MAC-Rahmen weist verschiedene Kanäle für Steuerinformati­ onen und Nutzdaten auf.
Ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels eines Brücken-Terminals ist in Fig. 4 dargestellt. Die Funkschaltvorrichtung dieses Brücken-Terminals enthält jeweils eine Protokollvorrichtung 24, ein Modem 25 und eine Hochfrequenzschaltung 26 mit Antenne 27. Mit der Protokollvorrichtung 24 ist eine Funkschaltvorrichtung 28 verbunden, die des weiteren an eine Verbindungskontrollvorrichtung 29 und einer Zwischenspeichervor­ richtung 30 angeschlossen ist. Die Zwischenspeichervorrichtung 30 enthält in dieser Ausführungsform ein Speicherelement und dient zur Zwischenspeicherung von Daten und ist als FIFO-Baustein realisiert (First In First Out), d. h. die Daten werden in der Reihenfolge aus der Zwischenspeichervorrichtung 30 gelesen, in der sie eingeschrieben worden sind. Das in Fig. 4 dargestellte Terminal kann ebenfalls als normales Terminal arbeiten. An die Verbindungskontrollvorrichtung 29 angeschlossene Stationen, die nicht in Fig. 4 eingezeichnet sind, liefern dann über die Verbindungskontrollvorrichtung 29 Daten zur Funkschaltvorrichtung 28.
Das Brücken-Terminal nach der Fig. 4 ist abwechselnd mit einem ersten und zweiten Sub- Netzwerk synchronisiert. Unter Synchronisation wird der gesamte Prozess der Einbindung eines Terminals im Sub-Netzwerks bis zum Austausch von Daten verstanden. Wenn das Brücken-Terminal mit dem ersten Sub-Netzwerk synchronisiert ist, kann es Daten mit allen Terminals und mit dem Controller dieses ersten Sub-Netzwerks austauschen. Werden von der Verbindungskontrollvorrichtung 29 Daten an die Funkschaltvorrichtung 28 geliefert, deren Bestimmungsort ein Terminal oder der Controller des ersten Sub- Netzwerks oder ein Terminal oder Controller eines anderen Sub-Netzwerks ist, die über das erste Sub-Netzwerk zu erreichen sind, leitet die Funkschaltvorrichtung diese Daten direkt an die Protokollvorrichtung 24 weiter. In der Protokollvorrichtung 24 werden die Daten solange zwischengespeichert, bis der vom Controller bestimmte Zeitabschnitt für die Übertragung erreicht ist. Wenn die von der Verbindungskontrollvorrichtung 29 ausgegebenen Daten zu einem Terminal oder dem Controller des zweiten Sub-Netzwerks oder zu einem anderen über das zweite Sub-Netzwerk zu erreichenden Sub-Netzwerk gesendet werden soll, muss die Funkübertragung bis zu dem Zeitabschnitt verzögert werden, in dem das Brücken-Terminal mit dem zweiten Sub-Netzwerk synchronisiert ist. Daher leitet die Funkschaltvorrichtung die Daten, deren Bestimmungsort im zweiten Sub- Netzwerk liegt oder deren Bestimmungsort über das zweite Sub-Netzwerk zu erreichen ist, zu der Zwischenspeichervorrichtung 30, welche die Daten solange zwischenspeichert, bis das Brücken-Terminal mit dem zweiten Sub-Netzwerk synchronisiert ist.
Wenn Daten von einem Terminal oder dem Controller des ersten Sub-Netzwerks vom Brücken-Terminal empfangen werden und deren Bestimmungsort ein Terminal oder der Controller des zweiten Sub-Netzwerks oder ein Terminal oder Controller eines anderen über das zweite Sub-Netzwerk zu erreichenden Sub-Netzwerks ist, werden diese Daten ebenfalls bis zur Synchronisation mit dem zweiten Sub-Netzwerk in der Zwischenspeicher­ vorrichtung 30 abgelegt. Daten, deren Bestimmungsort eine Station des Brücken- Terminals ist, werden direkt über die Funkschaltvorrichtung 28 zur Verbindungskontroll­ vorrichtung 29 gegeben, die dann die empfangenen Daten zu der gewünschten Station leitet. Daten, deren Bestimmungsort weder eine Station des Brücken-Terminals noch ein Terminal oder Controller des zweiten Sub-Netzwerks ist, werden beispielsweise zu einem weiteren Brücken-Terminal gesendet.
Nach dem Synchronisationswechsel des Brücken-Terminals vom ersten zum zweiten Sub- Netzwerk werden die in der Zwischenspeichervorrichtung 30 befindlichen Daten in der Einschreibreihenfolge wieder aus der Zwischenspeichervorrichtung 30 gelesen. Anschließend können während der Dauer der Synchronisation des Brücken-Terminals mit dem zweiten Sub-Netzwerk alle Daten, deren Bestimmungsort ein Terminal oder der Controller des zweiten Sub-Netzwerks oder ein anderes über das zweite Sub-Netzwerk zu erreichende Sub-Netzwerk ist, sofort von der Funkschaltvorrichtung 28 zur Protokoll­ vorrichtung 24 weitergegeben und nur die Daten, deren Bestimmungsort ein Terminal oder der Controller des ersten Sub-Netzwerks oder ein anderes über das erste Sub-Netz­ werk zu erreichende Sub-Netzwerk ist, in der Zwischenspeichervorrichtung 30 gespeichert werden.
Die MAC-Rahmen von zwei Sub-Netzwerken SN1 und SN2 sind in der Regel nicht synchronisiert. Daher ist ein Brücken-Terminal BT mit einem Sub-Netzwerk SN1 oder SN2 nicht nur während einer Umschaltzeit Ts sondern auch während einer Wartezeit Tw nicht verbunden. Dies lässt sich aus Fig. 5 entnehmen, welche eine Folge von MAC- Rahmen der Sub-Netzwerke SN1 und SN2 und die MAC-Rahmenstruktur des Brücken- Terminals BT zeigt. Die Umschaltzeit Ts ist diejenige Zeit, die erforderlich ist, damit das Brücken-Terminal sich mit einem Sub-Netzwerk synchronisieren kann. Die Wartezeit Tw gibt die Zeit zwischen dem Ende der Synchronisation mit dem Sub-Netzwerk und dem Beginn eines neuen MAC-Rahmens dieses Sub-Netzwerks an.
Unter der Annahme, dass das Brücken-Terminal BT nur jeweils für die Dauer eines MAC- Rahmens mit einem Sub-Netzwerk SN1 oder SN2 verbunden ist, weist das Brücken- Terminal BT nur eine Kanalkapazität von 1/4 der verfügbaren Kanalkapazität eines Sub- Netzwerks auf. In dem anderen extremen Fall, dass das Brücken-Terminal BT für eine längere Zeit mit einem Sub-Netzwerk verbunden ist, beträgt die Kanalkapazität die Hälfte der verfügbaren Kanalkapazität eines Sub-Netzwerks.
Ein Brücken-Terminal stellt somit immer einen Engpaß hinsichtlich der übertragbaren Datenmenge und der auftretenden Übertragungsverzögerung dar.
Um die Übertragungskapazität eines Brücken-Terminals optimal zu nutzen, werden erfindungsgemäß eine Reihe von Optimierungsmaßnahmen eingsetzt, die im folgenden erläutert werden.
Es wird zunächst der Ansatz behandelt, daß ein Brücken-Terminal für weiterzuleitende Daten den im HIPERLAN/2 System standardmäßig verwendeten Mechanismus der Ressourcen-Anfrage (Resource Request, RR) und darauffolgenden Ressourcen-Allokation (Resource Grant, RG) durch den Controller des jeweiligen Clusters nutzt. Dieser Mechanismus sieht vor, daß ein Terminal seinem Controller in einem sog. kurzen Zeitschlitz seinen Bedarf an langen Zeitschlitzen zur Datenübertragung mitteilt. Der Controller sammelt die Anfragen aller Terminals und teilt anschließend die verfügbare Kapazität eines MAC-Rahmens gemäß einem internen "Scheduling"-Mechanismus auf die einzelnen Verbindungen der Terminals auf. Das Ergebnis der Kapazitätsaufteilung eines Rahmens wird den Terminals in einer Rundsende ("Broadcast") Perdiode am Anfang eines jeden MAC-Rahmens mitgeteilt. Die einzelnen Informationselemente dieser Rundsendephase werden als "Resource Grants" bezeichnet.
Es sind zahlreiche "Scheduling"-Mechanismen zu Aufteilung der Kapazität auf die Terminals aus der Literatur bekannt. Ein sehr einfacher Mechanismus ist beispielsweise das sog. "Round-Robin"-Scheduling, das in zwei Varianten verwendet wird. Beim sog. "Non- Exhaustive-Round-Robin" wird zunächst allen Terminals bzw. Verbindungen, die eine Anfrage gestellt haben, der Reihe nach ein Zeitschlitz zugeteilt. Wenn die Kapazität des Rahmens noch nicht aufgebraucht ist, wird allen Verbindungen, die mehr als einen Zeitschlitz angefragt haben, ein weiterer Zeitschlitz zugeteilt usw. Beim sog. "Exhaustive- Round-Robin" werden den einzelnen Verbindungen der Reihe nach alle Zeitschlitze zugeteilt, die sie angefragt haben, solange bis die Kapazität des Rahmens aufgebraucht ist. Diesen beiden Mechanismen sowie den meisten anderen bekannten Algorithmen ist gemein, daß sie sich mit einer Priorisierung der Verbindungen kombinieren lassen. Es werden verschiedene Prioritätsklassen oder kurz Prioritäten definiert, in die einzelne Dienste eingeordnet werden. Anschließend wird die Priorität einer Verbindung beim Scheduling berücksichtigt. Beispielsweise ließe sich eine Priorisierung beim Round-Robin dadurch realisieren, daß zunächst alle Verbindungen mit der höchsten Priorität in vollem Umfang bedient werden, anschließend alle Verbindungen zweithöchster Priorität, usw. Da, wie erläutert, die Datenweiterleitung im betrachteten Netzwerk einen Engpaß darstellt, wird der durch das Brückenterminal weitergeleitete Verkehr erfindungsgemäß durch den Controller gegenüber reinem Intra-Sub-Netzwerk-Verkehr bevorzugt behandelt. Dies bedeutet jedoch nicht, daß eine dienstspezifische Priorisierung einzelner Verbindungen nicht mehr möglich wäre. Vielmehr erfährt jede einzelne Verbindung eine Höherstufung ihrer Priorität, falls es sich um eine Multihop-Verbindung handelt. Die Prioritäten der Verbindungen werden beim Verbindungsaufbau festgelegt.
Einen weiteren Teilaspekt der Weiterleitung stellt die Aufenthaltsdauer des Brücken- Terminals in jedem Sub-Netzwerk dar. Fig. 6 zeigt den maximalen Durchsatz einer Multihop Verbindung für das HIPERLAN/2-System in Abhängigkeit von der Aufenthaltsdauer in jedem der beiden verbundenen Teilnetze (die in Vielfachen von MAC-Rahmen gemessen wird). Es ist zu erkennen, daß der Durchsatz von einem Viertel der maximalen Nutzdatenrate von 45 Mbit/s, d. h. von etwa 11 Mbit/s, mit steigender Verweildauer auf knapp die Hälfte des maximalen Durchsatzes, d. h. auf etwa 22 Mbit/s steigt. Gleichzeitig steigt jedoch auch die durchschnittliche Paketverzögerung der weitergeleiteten Verbindungen, wie in Fig. 7 gezeigt. Es ist somit ein Kompromis zwischen maximalem Durchsatz und minimaler Verzögerung zu treffen.
Vorteilhaft richtet sich die Verweildauer des Brücken-Terminals in den betroffenen Sub- Netzwerken nach der Art der weitergeleiteten Verbindungen. Im Falle von Diensten mit strengen Anforderungen an die Verzögerung wird eine relativ kurze Verweildauer (in der Größenordnung von 2 bis 10 Rahmen) gewählt. Steht allein der Durchsatz im Vordergrund, wie bei beispielsweise bei Dateitransfer üblich, wird eine große Verweildauer (in der Größenordnung von 8 bis 30 Rahmen) festgelegt.
Vorzugsweise sollte die Verweildauer im Ziel-Sub-Netzwerk einer weitergeleiteten Verbindung immer mindestens zwei Rahmen betragen. Der Grund liegt darin, daß bei diesem Ansatz der Kapazitätsallokierung mittels RR und RG der erste Rahmen für die Übertragung der Ressourcenanfrage (RR) im Ziel-Subnetzwerk verwendet werden muß und erst der zweite Rahmen nach Erhalt eines RG zur eigentlichen Datenübertragung genutzt werden kann.
Letzteres ist auch der Grund, warum bei unidirektionalen Verbindungen und hoher Verhehrslast eine asymmetrische Verweildauer sinnvoll sein kann. Untersuchungen haben gezeigt, daß dies vor allem bei sehr kurzen Verweildauern (bis zu 3 Rahmen) der Fall ist. Bei Vorliegen eines derartigen Szenarios einer unidirektionalen Verbindung mit hoher Last und sehr kurzer Verweildauer bleibt das Brücken-Terminal vorteilhaft einen Rahmen länger im Ziel-Sub-Netzwerk als im Quell-Sub-Netzwerk.
Als eine zusätzliche Form der Priorisierung von Multihop-Verbindungen wird eine feste Kapazitätsallokierung genutzt. Im HIPERLAN/2 Standard sind zwei Mechanismen zur festen Kapazitätsallokierung vorgesehen, die als "Fixed Capacity Agreement" (FCA) und "Fixed Slot Allocation" (FSA) bezeichnet werden. Bei beiden Verfahren wird einer bestimmten Verbindung durch den Controller in jedem n-ten Rahmen dieselbe Anzahl an langen Zeitschlitzen zur Datenübertragung reserviert. Die Anzahl dieser Zeitschlitze wird beim Aufbau einer FCA- oder FSA-Verbindung zwischen Terminal und Controller ausgehandelt. Der Unterschied zwischen FSA und FCA besteht im wesentlichen darin, daß bei der FSA im Gegensatz zur FCA die reservierten Zeitschlitze in jedem Rahmen an derselben Stelle allokiert werden, so daß RGs völlig entfallen können.
Ein Brücken-Terminal richtet beim Verbindungsaufbau von Multihop-Verbindungen jeweils eine FCA (oder FSA) Verbindung in jedem der beiden Sub-Netzwerke ein. Die Kapazitätsallokierung wird dabei zwischen dem Brücken-Terminal und dem jeweiligen Controller derart ausgehandelt, daß die Kapazität periodisch mit der Periode der Anwesenheit des Brücken-Terminals im jeweiligen Cluster reserviert wird. Alternativ könnte der FCA bzw. FSA Mechanismus auch so modifiziert bzw. vom Controller interpretiert werden, daß nur bei Anwesenheit des Brücken-Terminals die pro Rahmen vereinbarte feste Kapazität reserviert wird. Die Anwesenheitszeiten des Brücken-Terminals sind dem Controller im Voraus bekannt. Auf diese Weise wird während der Phase der Abwesenheit des Brücken-Terminals keine Kapazität ungenutzt verschwendet. Gleichzeitig wird durch die feste Zeitschlitzvergabe die zusätzliche Verzögerung vermieden, die beim Scheduling aufgrund des RR und dem Warten auf den RG entsteht. Dieser Zeitgewinn ist insbesondere bei den aufgrund der Frequenzwechsel per-se schon stark verzögerten Multihop-Übertragungen von großem Nutzen. Da eine Minimierung der Verzögerung lediglich für zeitkritische Dienste von Interesse ist, sollte eine feste Kapazitätsallokierung nur für zeitkritische Dienste zu Anwendung kommen.
Vorteihaft werden alle zeitkritischen Multi-hop-Verbindungen einer Prioritätsklasse, die über dieselbe Teilstrecke übertragen werden, auf dieser Teilstrecke zu einer Verbindung auf der Ebene der Sicherungsschicht zusammengefaßt. Fig. 8 verdeutlicht diesen Zusammenhang anhand eines aus mehreren Sub-Netzwerken und zahlreichen Terminals bestehenden Netzes. In der Abbildung unterhalten die Terminals T1 und T10, die Terminals T2 und T11 sowie die Terminals T3 und T9 jeweils eine Ende zu Ende Verbindung, die durch eine gestrichelte, gepunktete bzw. durchgezogene Linie angedeutet sind. Es ist zu erkennen, daß auf den vier Teilstrecken zwischen T4 und T5, T5 und T6, T6 und T7 sowie T7 und T8 jeweils alle drei eingezeichneten, aktiven Verbindungen verlaufen. Würden beispielsweise die Ende-zu-Ende-Verbindung zwischen T1 und T10 sowie die Verbindung zwischen T2 und T11 derselben und die Verbindung zwischen T3 und T9 einer anderen Dienst- bzw. Prioritätsklasse angehören, würden die beiden Verbindungen T1-T10 sowie T2-T11 erfindungsgemäß auf den vier genannten Teilstrecken auf der Ebene der Sicherungsschicht (Data Link Control, DLC) zu einer DLC-Verbindung zusammengefaßt werden. Auf den vier Teilstrecken würden somit lediglich jeweils zwei DLC-Verbindungen mit unterschiedlicher Dienstklasse bzw. Priorität resultieren.
Angenommen, die Dienstklassen beider DLC-Verbindungen wären zeitkritisch, dann könnte für beide DLC-Verbindungen auf jeder der vier genannten Teilstrecken eine feste Kapazität angefordert werden. Die Bündelung aller Verbindungen gleicher Prioritätsklasse sowie die Anforderung einer Verbindung mit fester Kapazität für die jeweilige Prioritätsklasse wird in der Netzschicht durchgeführt. Die Dimensionierung der angeforderten festen Kapazität einer DLC-Verbindung erfolgt in der Netzschicht entsprechend der Summe der durchschnittlichen Datenraten aller Ende-zu-Ende- Verbindungen, die auf diese DLC-Verbindung abgebildet werden, sowie außerdem bei Kapazitätsengpässen entsprechend der Priorität der DLC-Verbindung. Letzteres bedeutet beispielsweise, daß bei voller Auslastung des Netzes und einer Erhöhung der benötigten Kapazität einer bestimmten DLC-Verbindung, die feste Kapazität dieser Verbindung durch eine entsprechende Signalisierungprozedur auf Kosten einer niedriger priorisierten Verbindung erhöht werden kann.
Durch die Bündelung mehrerer Ende-zu-Ende-Verbindungen auf eine DLC-Verbindung fester Kapazität wird ein sog. Multiplexing-Gewinn erzielt, der in einer effizienteren Ausnutzung der fest reservierten Kapazität besteht. Auch das Zusammenfassen von Verbindungen nicht-zeitkritischer Verbindungen niedriger Priorität auf einzelnen Teilstrecken bedeutet einen Gewinn, der in einer Reduzierung des Signalisierungsaufwandes besteht.

Claims (9)

1. Netzwerk mit mehreren Sub-Netzwerken, die jeweils einen Controller zur Steuerung eines Sub-Netzwerkes enthalten, und die jeweils über Brücken-Terminals verbindbar sind, wobei vorgesehen ist, den Verbindungen zwischen den Sub-Netzwerken eine höhere Priorität zuzuweisen als den Verbindungen innerhalb eines Sub-Netzwerks.
2. Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vorgesehen ist, den Verbindungen eine Grundpriorität in Abhängigkeit der Art der über die jeweilige Verbindung zu übertragenden Daten zuzuweisen und daß vorgesehen ist, die Piorität der Verbindung gegenüber der Grundpriorität zu erhöhen, falls es sich um eine Verbindung zwischen zwei Sub- Netzwerken handelt.
3. Netzwerk nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vorgesehen ist, jeweils am Anfang der Anwesenheit eines Brücken-Terminals in einem Sub-Netzwerk Verbindungen von diesem Sub-Netzwerk zu einem anderen mit dem Brücken-Terminal verbundenen Sub-Netzwerk mit derselben oder einer ähnlichen Grundpriorität zusammenzufassen und den zusammengefaßten Verbindungen für die Dauer der Anwesenheit in dem Sub- Netzwerk eine feste gemeinsame Übertragungskapazität zuzuweisen.
4. Netzwerk mit mehreren Sub-Netzwerken, die jeweils einen Controller zur Steuerung eines Sub-Netzwerkes enthalten, und die jeweils über Brücken-Terminals verbindbar sind, wobei vorgesehen ist, den Verbindungen zwischen den Sub-Netzwerken eine feste Übertragungskapazität zuzuweisen.
5. Netzwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß für die Zuweisung der festen Übertragungskapazität die Mechanismen Fixed Capacity Agreement (FCA) oder Fixed Slot Allocation (FSA) vorgesehen sind.
6. Netzwerk nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß vorgesehen ist,
den Verbindungen eine Grundpriorität in Abhängigkeit der Art der über die jeweilige Verbindung zu übertragenden Daten zuzuweisen,
Verbindungen mit derselben oder einer ähnlichen Grundpriorität zusammenzufassen und den zusammengefaßten Verbindungen eine feste gemeinsame Übertragungskapazität zuzuweisen.
7. Netzwerk nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzwerk ein Netzwerk gemäß dem HIPERLAN/2 Standard ist.
8. Netzwerk nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Brücken-Terminal die Anwesenheitsdauer in den an einer Verbindung beteiligten Sub-Netzwerken in Abhängigkeit von der Art der zu übertragenden Daten wählt.
9. Netzwerk nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Brücken-Terminal immer mindestens zwei MAC(Medium Access Control)- Rahmen im Ziel-Sub-Netzwerk verweilt.
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