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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Steuereinheit und ein Verfahren
zum Steuern einer Empfangseinheit für drahtlose Datenübertragung
sowie eine Kommunikationseinheit zur drahtlosen Kommunikation.
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Aus
US 5,224,152 A ist
ein Empfänger
eines Mobiltelefons bekannt, der vor der Verarbeitung eines Datenpakets
einen Vergleich einer empfangenen Zieladresse mit einer im Speicher
des Empfängers vorher
gespeicherten Adresse des Empfängers
vornimmt. Dabei wird die Adresse vollständig empfangen und zwischengespeichert.
Ergibt ein Vergleich, dass die miteinander verglichenen Adressen
nicht übereinstimmen,
wird ein zweiter Vergleich vorgenommen, ob es sich bei dem empfangenen
Datenpaket um eine globale Nachricht handelt, die für alle Mobiltelefone
bestimmt ist. Ist auch dies nicht der Fall, dann erfolgt keine Weiterverarbeitung
des empfangenen Datenpakets, und eine Steuereinheit reduziert den
Stromverbrauch von Teilen des Empfängers oder schaltet sie ganz
ab.
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Die
drahtlose Übertragung
von Datenpaketen richtet sich darüber hinaus häufig nach
Standardprotokollen, wie beispielsweise der IEEE 802.11a-Standard.
Diese Protokolle bestehen in der Regel aus verschiedenen Protokollschichten,
wobei jede Schicht eine bestimmte Aufgabe bei der Datenübertragung übernimmt.
So sind beispielsweise im IEEE 802.11a-Standard die untersten beiden
Protokollschichten die physikalische Schicht zur Festlegung der
Hardware-Parameter der Übertragung
und die MAC-Schicht (Medium Access Control) zur Steuerung des Zugriffs
auf das Übertragungsmedium.
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Die
physikalische Schicht legt die Hardware-Parameter der Übertragung
fest, z. B. die Übertragungsgeschwindigkeit,
die Sendeleistung, das Über tragungsmedium,
die Schnittstellen, etc. Dazu umfasst die Sende-/Empfangseinheit neben dem Sender/Empfänger weitere
Komponenten, beispielsweise einen Viterbi-Dekoder und eine Einrichtung
zur schnellen Fouriertransformation, im Folgenden kurz FFT-Einrichtung
(Fast Fourier Transformation) genannt.
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Die
MAC-Einheit 3 stellt die im IEEE 802.11a-Standard auf die
physikalische Schicht folgende, nächst höhere Schicht dar. Sie ist eine
Protokollschicht, die dafür
verantwortlich ist, dass die Ordnung beim Verwenden des gemeinsamen Übertragungsmediums
gewahrt bleibt. Dazu umfasst sie eine Einrichtung zum Ausführen des
sog. Protokolls für
den Vielfachzugriff mit Kollisionsverhinderung, kurz CSMA/CA-Protokoll
(carrier sense multiple access with collision avoidance), sowie
eine Einrichtung zur Durchführung
einer zyklischen Blockprüfung,
kurz CRC (cyclic redundancy check) – einer Prozedur zum Prüfen von
Datenpaketen auf Übertragungsfehler.
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Beim
Empfang eines Datenpakets werden zuerst die Aufgaben der physikalischen
Schicht und der MAC-Schicht ausgeführt, bevor die weitere Bearbeitung
des empfangenen Datenpakets erfolgt. Das Ausführen dieser Aufgaben erfordert
bei Kommunikationseinheiten nach Stand der Technik Leistungsaufnahmen
von 1–2
W. Da drahtlose Kommunikationseinheiten oft mobile Kommunikationseinheiten mit
begrenzten Energiereserven sind, ist es wünschenswert, die Leistungsaufnahme
der Kommunikationseinheiten zu senken.
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Ein
Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine Steuereinheit
und ein Verfahren zum Steuern einer Empfangseinheit für drahtlose
Datenübertragung
zur Verfügung
zu stellen, mit denen sich die Leistungsaufnahme der Kommunikationseinheit verringern
lässt.
Außerdem
ist es Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Kommunikationseinheit
zur drahtlosen Kommunikation zu schaffen, die eine gegenüber Kommunikationseinheiten
nach Stand der Technik verringerte Leistungsaufnahme aufweist.
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Das
erste Ziel wird durch eine Steuereinheit nach Anspruch 1 sowie ein
Verfahren nach Anspruch 15 erreicht. Das zweite Ziel wird durch
eine Kommunikationseinheit nach Anspruch 10 erreicht. Die abhängigen Ansprüche enthalten
weitere Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung.
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Die
Erfindung beruht auf der folgenden Überlegung:
Ein übertragenes
Datenpaket enthält
mindestens eine Adresse, welche diejenige Kommunikationseinheit
bezeichnet, für
welche das Datenpaket bestimmt ist. Diese Adresse wird im Folgenden
Zieladresse genannt. Ist das Datenpaket an mehrere Kommunikationseinheiten
gerichtet, so kann es auch mehrere Zieladressen enthalten. Im IEEE
802.11a-Standard (wie auch in anderen Standards) prüft die empfangende
Kommunikationseinheit, ob die Zieladresse des empfangenen Datenpaketes
mit der eigenen Adresse übereinstimmt,
also ob sie überhaupt
als Empfänger
des Datenpaketes vorgesehen ist. Diese Überprüfung erfolgt erst in der MAC-Schicht, nachdem
das Datenpaket vollständig
von der Empfangseinheit verarbeitet worden ist. D. h., alle Datenpakete,
die innerhalb des Empfangsbereichs einer drahtlosen Kommunikationseinheit
verschickt werden, werden unabhängig
von ihrer Adressierung von der Kommunikationseinheit zuerst vollständig empfangen
und beispielsweise von einem Viterbi-Dekoder verarbeitet, bevor
die Kommunikationseinheit in der MAC-Schicht des Protokolls überprüft, ob das
Datenpaket überhaupt
für sie
bestimmt ist. Ist dies nicht der Fall, so wird das Datenpaket verworfen,
d. h. wieder gelöscht – der Empfang
des Datenpaketes war umsonst. In Netzwerken mit mehreren drahtlosen
Kommunikationseinheiten kommt es jedoch häufig vor, dass eine Kommunikationseinheit
ein Datenpaket empfängt,
das gar nicht für
sie bestimmt ist und das dementsprechend nach dem vollständigen Empfang wieder
verworfen wird. Besonders gravierend ist diese Tatsache bei Netzwerken
mit vielen Kommunikationseinheiten.
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Die
Adresse der Kommunikationseinheit, für die das Datenpaket bestimmt
ist, d. h. die Zieladresse, befindet sich mindestens im fünften bis
zehnten Byte des empfangenen Datenpakets und eine weitere eventuell auszuwertende
Adresse im siebzehnten bis zweiundzwanzigsten Byte. Vergleicht die
Kommunikationseinheit nun die Zieladresse mit ihrer Adresse oder
gegebenenfalls mit einer Liste von für sie gültigen Adressen, weiß sie ab
der ersten Abweichung der Zieladresse von allen ihrer Adressen,
dass das Datenpaket nicht für
sie bestimmt ist, und sie kann die Verarbeitung des Datenpaketes,
beispielsweise im Viterbi-Dekoder, abbrechen. Besonders günstig ist
es, wenn nicht nur die Verarbeitung durch diejenigen Komponenten
der Empfangseinheit, die dem Empfänger nachgeschaltet sind, sondern
bereits der Empfang des Datenpaketes selbst, also die Verarbeitung
durch den Empfänger
abgebrochen wird. Wird das Datenpaket vor der Verarbeitung durch
die nachgeschalteten Komponenten in der Empfangseinheit zwischengespeichert,
so ist unter Abbruch der Verarbeitung auch zu verstehen, dass das
Datenpaket nach der Zwischenspeicherung gar nicht erst zur Verarbeitung
an weitere Komponenten der Empfangseinheit beispielsweise den Viterbi-Dekoder
weitergegeben wird.
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Erfindungsgemäß ist zum
Abbrechen der Verarbeitung eine Steuereinheit mit einer Vergleichseinrichtung
zum Vergleichen der Zieladresse mit mindestens einer vorgegebenen
Adresse vorgesehen. Die Steuereinheit steuert den Empfänger der
Kommunikationseinrichtung und bricht die Verarbeitung ab, indem
sie die Empfangseinheit mindestens teilweise ausschaltet, sobald
sie feststellt, dass die Zieladresse nicht mit der vorgegebenen
Adresse übereinstimmt.
Unter Ausschalten ist hierbei jede Form des leistungseinsparenden
Deaktivierens und unter teilweise Ausschalten das Ausschalten von
bzw. das Verhindern von Aktivität
in mindestens einer Komponente der Empfangseinheit, beispielsweise
des Viterbi-Dekoders, zu verstehen. Dies kann alles bereits erfolgen,
bevor das komplette Datenpaket von der Empfangseinheit verarbeitet
ist, insbesondere bevor es vollständig empfangen ist. Wird hingegen
die Übereinstimmung
beider Adressen festgestellt – d.
h. das Datenpaket ist für
die empfangende Kommunikationseinheit bestimmt – so bricht die Steuereinheit
die Verarbeitung nicht ab; das gesamte Datenpaket wird ordnungsgemäß von der
Empfangseinheit verarbeitet. Durch das Abbrechen der Verarbeitung
lässt sich eine
Leistungseinsparung für
die Kommunikationseinheit erzielen.
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Da
die Zieladresse in den meisten Fällen
mit Empfang des zehnten Bytes und spätestens mit Empfang des zweiundzwanzigsten
Bytes empfangen ist, ist die Steuereinheit nach Empfang des zehnten oder
spätestens
zweiundzwanzigsten Bytes in der Lage, die Verarbeitung abzubrechen,
falls die Zieladresse nicht mit der vorgegebenen Adresse übereinstimmt. Üblicherweise
ist die Länge
eines Datenpaketes deutlich größer als
10 Bytes und kann bis zu 2346 Bytes betragen. Es müssen also
nur die ersten 10 Bytes oder maximal 22 Bytes verarbeitet werden, um
entscheiden zu können,
ob die Verarbeitung fortgeführt
werden soll. Werden die empfangenen Daten des Datenpaketes vom Empfänger der
Empfangseinheit an eine Verarbeitungskomponente in der Empfangseinheit
weitergegeben ohne sie vorher zwischenzuspeichern, so müssen in
der Regel kaum mehr als die ersten 10 Bytes empfangen werden, bevor
die Entscheidung über
eine Abbruch der Verarbeitung getroffen werden kann. Falls abgebrochen wird,
d. h. falls Zieladresse und vorgegebene Adresse nicht übereinstimmen,
können
bis zur nächsten Übertragung
eine, mehrere oder alle Komponenten der Empfangseinheit ausgeschaltet
werden, Dadurch wird die Leistungsaufnahme der Empfangseinheit deutlich
vermindert.
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Der
Vergleich der Zieladresse mit der vorgegebenen Adresse kann entweder
anhand der vollständig
empfangenen Adresse oder bitweise z. B während des Empfangs geschehen.
Für den
Vergleich der vollständigen
Adressen, umfasst die Vergleichseinrichtung beispielsweise ein erstes
und ein zweites Register zum Speichern der Zieladresse bzw. der
vorgegebenen Adresse sowie einen Komparator zum Vergleichen der
Inhalte der beiden Register. Für
den bitweisen Vergleich umfasst die Vergleichseinrichtung beispielsweise
ein Ein-Bit-Register als erstes Register und als zusätzliche
Komponente eine Zugriffseinheit zum Zugreifen auf den Inhalt einzelner
Speicherzellen des zweiten Registers. Der bitweise Vergleich bietet
gegenüber
dem Vergleich der vollständigen
Adressen den Vorteil, dass die Verarbeitung häufig schon abgebrochen werden kann,
bevor die gesamte Adresse empfangen worden ist. Er erfordert dafür aber eine
etwas aufwendigere Konstruktion der Vergleichseinrichtung.
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Das
Wiedereinschalten (Reaktivieren) der ausgeschalteten (deaktivierten)
Komponenten kann durch den Empfänger
geschehen, sobald dieser den Eingang des nächsten Datenpaketes feststellt.
Diese Vorgehensweise ist allerdings nur dann möglich, wenn der Empfänger selbst
nicht ausgeschaltet wird.
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In
einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung kann auch der Empfänger ausgeschaltet
(deaktiviert) werden, wobei das Wiedereinschalten dann von der Steuereinheit
nach dem Verstreichen einer bestimmten Wartezeit vorgenommen wird.
Das Bestimmen der Wartezeit erfolgt unter Berücksichtigung der Übertragungsrate,
mit der das Datenpaket übertragen
wird, und der Länge
des Datenpakets. Außerdem
können
in das Bestimmen der Wartezeit auch gerätespezifische Parameter sowie
die Zeit zwischen dem Senden zweier aufeinander folgender Datenpakete
eingehen. Schaltet die Steuereinheit nach Ablauf der Wartezeit nur
den Empfänger
wieder ein, so werden die übrigen
Komponenten beim Empfang des nächsten
Datenpakets vom Empfänger
wieder eingeschaltet. Die Steuereinheit kann jedoch alternativ auch
alle ausgeschalteten Komponenten nach Ablauf der Wartezeit wieder
einschalten. Durch die Möglichkeit,
auch den Empfänger
auszuschalten, kann die Leistungsaufnahme der Empfangseinheit weiter
verringert werden.
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Anstatt
einer für
alle ausgeschalteten (deaktivierten) Komponenten gemeinsamen Wartezeit kann
auch für
jede Komponente eine individuelle Wartezeit, insbesondere unter
Berücksichtigung
der jeweiligen gerätespezifischen
Parameter, berechnet werden. Wenn die Steuereinheit das Einschalten (Reaktivieren)
aller Komponenten steuern soll, ermöglichen es die individuellen
Wartezeiten, die jeweilige Komponente so lange wie möglich ausgeschaltet zu
lassen, wodurch die Leistungsaufnahme der Empfangseinheit weiter
verringert werden kann.
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Das
Verfahren zum Steuern der Empfangseinheit ist so ausgestaltet, dass
es im IEEE 802.11a-Standard als Schicht zwischen der physikalischen
Protokollschlicht und der MAC-Schicht realisierbar ist. Es kann
aber alternativ auch in die physikalische Schicht oder die MAC-Schicht
integriert oder auf beide Schichten aufgeteilt werden.
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Nachfolgend
werden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben.
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1 zeigt
das Blockschaltbild eines Ausschnitts aus einer erfindungsgemäßen Kommunikationseinheit.
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2 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel für die in 1 gezeigte
Steuereinheit.
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3 zeigt
ein zweites Ausführungsbeispiel für die in 1 gezeigte
Steuereinheit.
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4 zeigt
ein drittes Ausführungsbeispiel für die in 1 gezeigte
Steuereinheit.
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1 zeigt
ausschnittsweise das Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Kommunikationseinheit
zum Kommunizieren in einem drahtlosen Netzwerk. Die Kommunikationseinheit,
die nachfolgend beispielhaft anhand des IEEE 802.11a-Standards beschrieben
aber nicht auf diesen beschränkt ist,
umfasst eine Empfangseinheit, die hier als Sende-/Empfangseinheit 1 ausgestaltet
ist, sowie eine Einheit für
den Zugriff auf das Übertragungsmedium 3,
kurz MAC-Einheit (Medium Access Control) genannt.
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Die
Sende-/Empfangeinrichtung stellt die physikalische Schicht, die
unterste Protokollschicht im IEEE 802.11a-Standard, dar. Sie entspricht
der physikalischen Schicht im ISO-Referenzmodell, einem Standardmodell
für Kommunikationsprotokollstapel.
Die physikalische Schicht legt die Hardware-Parameter der Übertragung
wie Übertragungsgeschwindigkeit,
Sendeleistung, Übertragungsmedium,
Schnittstellen, etc. fest. Dazu umfasst die Sende-/Empfangeinrichtung
neben dem Sender/Empfänger
unter anderem beispielsweise einen Viterbi-Dekoder und eine Einrichtung
zur schnellen Fouriertransformation, im Folgenden kurz FFT-Einrichtung (Fast
Fourier Transformation) genannt.
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Die
MAC-Einheit 3 stellt die im IEEE 802.11a-Standard auf die
physikalische Schicht folgende, nächst höhere Schicht dar. Im ISO-Referenzmodell
ist die MAC-Schicht Bestandteil der Datenübermittlungsschicht. Die MAC-Schicht
ist eine Protokollschicht, die dafür verantwortlich ist, dass
die Ordnung beim Verwenden des gemeinsamen Übertragungsmediums gewahrt
bleibt. Dazu umfasst sie eine Einrichtung zum Ausführen des
sog. Protokolls für
den Vielfachzugriff mit Kollisionsverhinderung, kurz CSMA/CA-Protokoll
(carrier sense multiple access with collision avoidance), sowie
eine Einrichtung zur Durchführung
einer zyklischen Blockprüfung,
kurz CRC (cyclic redundancy check) – einer Prozedur zum Prüfen von
Datenpaketen auf Übertragungsfehler.
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Die
von der Kommunikationseinheit zu sendenden Datenpakete werden von
der MAC-Einheit über
einen ersten Datenbus 7, den Sendedatenpfad, an die Sende-/Empfangseinheit 1 übergeben,
und von dieser gesendet. Von der Sende-/Empfangseinheit 1 empfangene
Datenpakete werden über
einen zweiten Datenbus 9a, 9b, den Empfangsdatenpfad, an
die MAC-Einheit 3 übertragen.
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In
allen Datenpaketen nach IEEE 802.11a-Standard haben die ersten 10
Bytes denselben Aufbau. Die ersten beiden Bytes enthalten Informationen über die
Art des Paketes, das dritte und das vierte Byte enthalten in den
allermeisten Fällen
Zeitangaben, die für
das Versenden des nächsten
Datenpaketes relevant sind. Die Adresse der Kommunikationseinheit,
für welche
die Daten bestimmt sind, also die Zieladresse, ist mindestens im
fünften
bis zehnten Byte enthalten.
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Erfindungsgemäß befindet
sich im Empfangsdatenpfad 9a, 9b eine Steuereinheit 5 zum
Einwirken auf die Sende-/Empfangseinheit 1, insbesondere
zum Unterbrechen der Verarbeitung des Datenpakets. Die Steuereinheit 5 empfängt über den
Datenbus 9a das von der Sende-/Empfangseinheit 1 empfangene
Signal und gibt es über
den Datenbus 9b an die MAC-Einheit 3 weiter. Die
Steuereinheit 5 ist außerdem über eine
Adresssignalleitung 11 mit der MAC-Einheit 3 und über eine
Steuersignalleitung 13 mit der Sende-/Empfangseinheit 1 verbunden.
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Die
Steuereinheit 5 dient dazu, die Verarbeitung eines Datenpakets
in der Sende-/Empfangseinheit 1 abzubrechen, wenn sie feststellt,
dass die Zieladresse im Datenpaket nicht mit der Adresse der empfangenden
Kommunikationseinheit übereinstimmt.
Dazu vergleicht die Steuereinheit 5 die Adresse der Kommunikationseinheit
(im Folgenden MAC-Adresse genannt), die sie von der MAC-Einheit 3 über die
Adresssignalleitung 11 empfängt, mit der über den
Datenbus 9a eingehenden Zieladresse. Die Steuereinheit 5 unterbricht
die Verarbeitung, indem sie Komponenten der Sende-/Empfangseinheit 1 ausschaltet
(deaktiviert), sobald sie feststellt, dass die MAC-Adresse nicht
mit der Zieladresse übereinstimmt.
Die ausgeschalteten Komponenten werden in einem Ausführungsbeispiel
der Erfindung vom Empfänger
der Sende-/Empfangseinheit 1 wieder eingeschaltet, sobald
dieser die Ankunft des nächsten
Datenpakete registriert. Somit können
in dieser Ausgestaltung der Erfindung alle Komponenten der Sende-/Empfangseinheit 1 außer dem
Empfänger ausgeschaltet
werden. Als Komponenten, die ausgeschaltet werden, kommen insbesondere
der Viterbi-Decoder oder die FFT-Einrichtung für die schnelle Fourier-Transformation
in Frage.
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In
einer alternativen Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Steuereinheit 5 wird
auch der Empfänger
ausgeschaltet (deaktiviert). Die Steuereinheit 5 schaltet
mindestens den Empfänger
und ggf. auch die anderen ausgeschalteten Komponenten der Sende-/Empfangseinheit 1 wieder
ein, nachdem eine bestimmte Wartezeit verstrichen ist. Diese Wartezeit wird
von der Steuereinheit 5 anhand der Länge des Datenpakets, der Übertragungsrate,
mit der die Übertragung
erfolgt, und ggf. einer vom verwendeten Übertragungsstandard vorgegebenen
Verzögerungszeit
zwischen dem Senden zweier aufeinanderfolgender Datenpakete so berechnet,
dass der Empfänger
wieder empfangsbereit ist, sobald ein neues Datenpaket eintreffen
kann. Die Übertragungsrate liegt
beispielsweise im IEEE 802.11a-Standard zwischen 6 und 54 Mbps (Megabit
pro Sekunde), wobei der Standard vorschreibt, dass die Kommunikationseinheiten
mindestens Übertragungsraten
von 6, 12 und 24 Mbps unterstützen
müssen.
Bei einer Übertragungsrate
von beispielsweise 6 Mbps und einer Länge des Datenpaketes von 750
Byte beträgt
die Übertragungsdauer
für das
Datenpaket 1 ms. Nach 1 ms, ggf. zuzüglich einer vom verwendeten Übertragungsstandard
vorgegebenen Verzögerungszeit
zwischen dem Senden zweier aufeinanderfolgender Datenpakete, muss
der Empfänger
im gewählten
Beispiel daher wieder empfangsbereit sein. In die Berechnung der
Wartezeit, nach der der Empfänger wieder
eingeschaltet werden muss, um beim Eintreffen des Datenpaketes wieder
empfangsbereit zu sein, können
außerdem
gerätespezifische
Parameter wie etwa die Dauer des Ein- bzw. Ausschaltvorgangs der
einzelnen Hardware-Komponenten
einfließen. Die
Berechnung der Wartezeit ist in Zusammenhang mit dem dritten Ausführungsbeispiel
(4) genauer beschrieben. Die gerätespezifischen
Parameter werden der Steuereinheit 5 von der MAC-Einheit 3 über eine
weitere Signalleitung (in 1 nicht
dargestellt) übermittelt.
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Der
Sende- und der Empfangsdatenpfad sind in 1 als zwei
getrennte, unidirektionale Datenbusse 7 bzw. 9a, 9b dargestellt.
Sie können
jedoch auch durch einen einzigen, bidirektionalen Datenbus realisiert
sein, wobei sich die Steuereinheit dann in diesem bidirektionalen
Datenpfad befindet. Die MAC-Adresse und die gerätespezifischen Parameter können in
diesem Fall statt über
Signalleitungen auch über
den bidirektionalen Datenpfad übertragen
werden.
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In 2 ist
ein erstes Ausführungsbeispiel für die Steuereinheit 5 als
Blockschaltbild dargestellt. Die Steuereinheit 5 umfasst
in diesem Ausführungsbeispiel
einen Signaleingang 51, an welchen die empfangenen Daten über den
Datenbus 9a übermittelt
werden. Der Signaleingang 51 ist mit einem ersten Register 55 verbunden,
welches wiederum mit einem Komparator 59 verbunden ist.
Der Komparator 59 ist außerdem mit einem zweiten Register 57 verbunden,
an welches über
die Adresssignalleitung 11 die MAC-Adresse übertragbar
ist. Das erste Register 55, das zweite Register 57 und
der Komparator 59 bilden eine Vergleichseinrichtung zum
Vergleichen der Zieladresse mit der MAC-Adresse. Eine Ablaufsteuerung 53,
an welche die empfangenen Daten über
den Datenbus 9a ebenfalls übermittelt werden, ist über Steuerleitungen
mit dem Signaleingang 51, dem Komparator 59 sowie
einer Ausleseeinheit 63 verbunden. Die Ausleseeinheit 63 ist
weiter mit einem ersten Speicher 61 verbunden, in dem das
Stopsignal für
die Unterbrechung der Verarbeitung und das Ausschalten (Deaktivieren)
der Komponenten der Sende-/Empfangseinheit 1 gespeichert
ist, und kann auf ein von der Steuereinheit 53 gesendetes Auslösesignal
A2 hin das Stopsignal als Steuersignal ST über die Steuersignalleitung 13 an
die Sende-/Empfangseinheit 1 abgeben. Die Steuereinheit 53 gibt
das Auslösesignal
A2 aus, wenn der Komparator 59 feststellt, dass die im
ersten und im zweiten Register 55, 57 gespeicherten
Inhalte nicht übereinstimmen. Über eine
vorhandene, in 2 nicht dargestellte Verbindung
zwischen dem Datenbus 9a und dem Datenbus 9b wird
das empfangene Datenpaket außerdem
an die MAC-Einheit 3 weitergeleitet.
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Die
Arbeitsweise der in 2 dargestellten Steuereinheit 5 wird
nun näher
erläutert.
Zu Beginn befindet sich die Steuereinheit 5 im Wartezustand. Sobald
von der Ablaufsteuerung 53 der Eingang eines Datenpaketes
festgestellt wird, beginnt ein Zähler,
der zu Beginn des Wartezustands auf Null gestellt wurde, synchron
mit der Übertragungsrate
der Daten die eingehenden Bits zu zählen. Nachdem die ersten vier
Byte eines Datenpaketes, also die ersten 32 Bit des Paketes eingegangen
sind, gibt die Ablaufsteuerung 53 ein Freigabesignal E
an den Signaleingang 51 aus. Dabei ist zu beachten, dass
das Freigabesignal E an den Signaleingang angelegt wird, bevor das
33. Bit des Datenpakets in der Steuereinheit 5 eingeht.
Dies wird dadurch erreicht, dass die Steuereinheit 5 mit
einer Taktrate getaktet ist, die höher ist als die Übertragungsrate
der Daten. Vorteilhafterweise ist die Taktrate ein Mehrfaches der Übertragungsrate.
Das Freigabesignal E veranlasst den Signaleingang 51, die
nun folgenden Bits, also die eingehende Zieladresse (Bit 33 bis
80, d. h. Byte 5 bis 10) in das erste Register zu schreiben. Wenn
dann der Zähler den
Wert 80 erreicht, nimmt die Ablaufsteuerung 53 das Freigabesignal
E zurück,
sodass nach der Ankunft des 80 Bits aber noch vor Ankunft des 81 Bits der
Schreibvorgang in das erste Register 55 beendet ist. Gleichzeitig
gibt die Ablaufsteuerung 53 ein Auslösesignal A1 an den Komparator 59 aus.
Auf das Auslösesignal
A1 hin führt
der Komparator 59 einen Vergleich des Inhalts des ersten
Registers 55 mit dem Inhalt des zweiten Registers 57,
das die MAC-Adresse enthält,
durch und gibt ein Vergleichssignal V an die Ablaufsteuerung 53 aus.
Das Vergleichssignal V gibt an, ob die Inhalte der beiden Register 55, 57 übereinstimmen
oder nicht.
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Zeigt
das Vergleichssignal V an, dass die Zieladresse nicht mit der MAC-Adresse übereinstimmt,
so veranlasst die Ablaufsteuerung 53 die Ausleseeinheit 63 mittels
eines zweiten Auslösesignals
A2, das im ersten Speicher 61 gespeicherte Stopsignal als
Steuersignal ST über
die Steuersignalleitung 13 an die Sende-/Empfangseinheit 1 auszugeben.
Nachdem das Stopsignal ausgegeben ist, versetzt die Ablaufsteuerung 53 die
Steuereinheit 5 wieder in den Wartezustand, wobei der Zähler auf Null
zurückgesetzt
wird.
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Zeigt
das Vergleichssignal V hingegen an, dass der Inhalt des ersten Registers 55 mit
dem des zweiten Registers 57 und somit die Zieladresse
mit der MAC-Adresse übereinstimmt,
so versetzt die Ablaufsteuerung 53 die Steuereinheit 5 wieder
in den Wartezustand, ohne die Ausgabe des Stopsignals zu veranlassen,
so dass die Empfangseinheit 1 das gesamte Datenpaket verarbeitet.
Außerdem
setzt sie den Zähler
auf Null zurück.
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Eine
abgewandelte Ausführungsform
der in 2 dargestellten Steuereinheit ist 3 dargestellt.
Die abgewandelte Ausführungsform
unterscheidet sich von der in 2 dargestellten
Ausführungsform
in der Ausgestaltung der Vergleichseinrichtung. In der abgewandelten
Vergleichseinrichtung ist das erste Register als Ein-Bit-Register 55A ausgebildet,
in welches der Signaleingang 51 jedes einzelne Bit der
eingehenden Zieladresse schreibt. Dabei wird bei jedem Schreibvorgang
das jeweils im vorangegangenen Schreibvorgang in das Ein-Bit-Register 55A geschriebene
Bit überschrieben.
Außerdem
ist in der abgewandelten Vergleichseinrichtung zwischen den zweiten
Register 57 und dem Komparator 59 eine Zugriffseinheit 65 vorhanden,
mit deren Hilfe auf den Inhalt jeder einzelnen Speicherzelle im
zweiten Register 57 zugegriffen werden kann. Diese Zugriffseinheit 65 ist
mit der Ablaufsteuerung 53 verbunden. Im Übrigen unterscheidet
sich die in 3 dargestellte Ausführungsform
nicht von der in 2 dargestellten.
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Wie
im ersten Ausführungsbeispiel
befindet sich die Steuereinheit 5 im Wartezustand, bis
die Ablaufsteuerung 53 den Eingang eines Datenpakets feststellt.
Bei Eingang eines Datenpakets beginnt wie im ersten Ausführungsbeispiel
die Zählung
der ankommenden Bits. Nach dem Eintreffen des 32. Bits gibt die
Ablaufsteuerung 53 ein Freigabesignal E an den Signaleingang 51 aus.
Daraufhin schreibt der Signaleingang 51 synchron mit der Übertragungsrate die
eingehenden Bits in das Ein-Bit-Register 55A, wobei
mit jedem Schreibvorgang der vorhergehende Inhalt des Ein-Bit-Registers 55A überschrieben
wird. Auch in diesem Ausführungsbeispiel
ist die Taktrate der Steuereinheit 5 höher als die Übertragungsrate. Außerdem beginnt
die Ablaufsteuerung 53 mit dem Eingang des 32. Bits damit,
für jedes
eingehende Bit der Zieladresse ein Zugriffs-Steuersignal ZS an die Zugriffseinheit 65 auszugeben.
Dieses Zugriffs-Steuersignal ZS veranlasst die Zugriffseinheit 65 jeweils auf
das im zweiten Registers 57 gespeicherte Bit der MAC-Adresse
zuzugreifen, welches in seiner Wertigkeit der Wertigkeit des Bits,
das gerade in das Ein-Bit-Register 50A geschrieben
wird, in der Zieladresse entspricht. Zusätzlich gibt die Ablaufsteuerung 53 für jedes
in das Ein-Bit-Register 50A geschriebene Bit der Zieladresse
ein Auslösesignal
A1 an den Komparator 59 aus. Daraufhin vergleicht der Komparator 59 den
Inhalt des Ein-Bit-Registers 50A, also
das dort gespeicherte Bit der Zieladresse, mit dem von der Zugriffseinheit 65 auf
das Zugriffs-Steuersignals ZS hin ausgewählten Bit des zweiten Registers.
Dies wird für
jedes eingehende Bit der Zieladresse wiederholt, bei einer Adresslänge von
48 Bit also 48 mal. Auf diese Weise wird die eingehende Zieladresse
bitweise mit der gespeicherten MAC-Adresse verglichen.
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Stellt
der Komparator bei einem der Vergleiche fest, dass das im Ein-Bit-Register 55A gespeicherte
Bit der Zieladresse nicht mit dem in seiner Wertigkeit entsprechenden
Bit der MAC-Adresse übereinstimmt,
so erkennt die Ablaufsteuerung 53 dies aus dem Wert des
Vergleichssignals V und löst den
Abbruch der Verarbeitung aus. Die Ablaufsteuerung 53 gibt
dazu ein Auslösesignal
A2 an die Ausleseeinheit 63 aus, woraufhin diese das im
ersten Speicher 61 gespeicherte Stopsignal ausliest und
als Steuersignal ST über
die Steuersignalleitung 13 an die Sende-/Empfangseinheit 1 ausgibt,
um die Verarbeitung abzubrechen und Komponenten der Sende-/Empfangseinheit 1 auszuschalten.
Danach versetzt die Ablaufsteuerung 53 die Steuereinheit 5 in den
Wartezustand zurück,
wobei der Zähler
für die eingehenden
Bits auf Null zurückgesetzt
wird.
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Stellt
der Komparator 59 dagegen für jedes Bit der eingehenden
Zieladresse die Übereinstimmung
mit dem in seiner Wertigkeit entsprechenden Bit der MAC-Adresse
fest, so beendet die Ablaufsteuerung 53 den Vergleich,
nachdem das letzte Bit der Zieladresse (im IEEE 802.11a-Standard
ist dies das 80. Bit) eingegangen ist, ohne dass die Steuereinheit 5 ein
Stopsignal an die Sende-/Empfangseinheit 1 ausgibt, da
die Zieladresse und die MAC-Adresse übereinstimmen. Die Ablaufsteuerung
versetzt die Steuereinheit 5 daher in den Wartezustand
zurück ohne
die Verarbeitung abzubrechen und ermöglicht so, dass das gesamte
Datenpaket empfangen wird.
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In
den bisher dargestellten Ausführungsformen
wurde der Empfänger
beim Abbruch der Verarbeitung nicht ausgeschaltet, weil der Empfänger benötigt wurde,
um die ausgeschalteten Komponenten der Sende-/Empfangseinheit 1 wieder
einzuschalten.
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Eine
weitere Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Steuereinheit 5 ist
in 4 dargestellt. In dieser Ausführungsform schaltet die Steuereinheit 5 auch
der Empfänger
aus, wenn sie feststellt, dass die Zieladresse mit der MAC-Adresse
nicht übereinstimmt.
In diesem Fall muss sie den Empfänger
jedoch rechtzeitig für
den Empfang des nächsten Datenpaketes
wieder einschalten. Dies ist mit dem in 4 dargestellten
Ausführungsbeispiel
möglich. Neben
dem Empfänger
können
auch weitere Komponenten der Sende-/Empfangseinheit 1 ausgeschaltet werden.
Die Steuereinheit 5 schaltet dann entweder alle ausgeschalteten
Komponenten oder zunächst nur
den Empfänger
wieder ein. Im letzteren Fall werden die übrigen Komponenten vom Empfänger beim Empfang
des nächsten
Datenpakets wieder eingeschaltet. Die Information darüber, welche
Komponenten die Steuereinheit 5 ausschaltet und welche
sie wann wieder einschaltet, ist im Stopsignal bzw. in einem Startsignal
enthalten. Es können
auch für
verschiedene Komponenten jeweils eigene Stop- und insbesondere Startsignale
vorliegen.
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Das
in 4 dargestellte Ausführungsbeispiel unterscheidet
sich vom in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel
durch einen zweiten Speicher 62, der mit der Ausleseeinheit 63 verbunden
ist und ein Startsignal zum Einschalten des Empfängers speichert, sowie durch
eine Berechnungseinheit 67 zum Berechnen einer Wartezeit,
die verstreichen soll, bevor die Steuereinheit 5 den Empfänger der
Sende-/Empfangseinheit 1 wieder eingeschaltet. In die Berechnung
der Wartezeit fließen
auch gerätespezifische
Parameter der Sende-/Empfangseinheit 1, beispielsweise
die Dauer des Einschaltvorgangs des Empfängers, ein. Diese Parameter
erhält
die Ablaufsteuerung 53 im vorliegenden Ausführungsbeispiel über eine
zusätzliche
Signalleitung 12 von der MAC-Einheit 3. Sie können jedoch
auch in der Steuereinheit 5 gespeichert sein oder ggf. über den
Datenpfad übertragen
werden. Von der Ablaufsteuerung 53 werden die Parameter
an die Berechnungseinheit 67 weitergegeben.
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Die
Berechnungseinheit 67 berechnet die Wartezeit anhand der Übertragungsrate,
mit der die Daten eingehen, der Länge des eingehenden Datenpaketes,
der vom verwendeten Übertragungsstandard
vorgegebenen Verzögerungszeit
zwischen der Übertragung
zweier aufeinanderfolgender Datenpakete und ggf. gerätespezifischer
Parameter. Die entsprechenden Werte überträgt die Ablaufsteuerung 53 vor
Beginn des Vergleichs der Zieladresse mit der MAC-Adresse an die
Berechnungseinheit 67. Dadurch kann die Wartezeit bereits
nach Eingang der Information über
die Länge
des Datenpaketes berechnet werden. Die zur Berechnung benötigten Übertragungsparameter
sind in der Regel bereits vor dem Eintreffen der Zieladresse bekannt.
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Aus
der Multiplikation der Übertragungsrate mit
der Länge
des Datenpaketes ergibt sich die zur Übertragung des Datenpaketes
benötigte
Zeit, d. h. die Übertragungsdauer
des eingehenden Datenpakets. Zur Übertragungsdauer addiert die
Berechnungseinheit 67 noch die vom verwendeten Übertragungsstandard
vorgegebene Verzögerungszeit
zwischen der Übertragung
zweier aufeinanderfolgender Datenpakete. Die sich daraus ergebende
Zeitdauer gibt an, wie viel Zeit vergehen darf, bis der Empfänger wieder
empfangsbereit sein muss. Beim Ermitteln der Wartezeit ist auch
zu berücksichtigen,
dass das Einschalten des Empfängers
eine bestimmte Zeit benötigt.
Die Berechnungseinheit 67 subtrahiert daher beim Ermitteln
der Wartezeit mindestens die Zeit, die das Einschalten des Empfänger benötigt, von
der Zeit, die vergehen darf, bis der Empfänger wieder empfangsbereit
sein muss. Die so berechnete Wartezeit gibt die Berechnungseinheit 67 schließlich an
die Ablaufsteuerung 53 aus. Günstigerweise ist die Zeit, die
das einschalten des Empfängers
benötigt
als gerätespezifischer
Parameter vorgegeben. Dadurch kann die zu subtrahierende Zeitspanne
minimiert werden. Auch für
die übrigen
abgeschalteten Komponenten kann die Dauer des Einschaltvorgangs
als gerätespezifischer
Parameter vorgegeben sein.
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Die
Ablaufsteuerung 53 löst
die Berechnung der Zeitdauer durch ein drittes Auslösesignal
A3, welches sie an die Berechnungseinheit 67 gleichzeitig mit
der Ausgabe des zweiten, den Abbruch des Empfangs auslösenden Auslösesignals
A2 an die Ausleseeinheit 63 ausgibt, aus. Dadurch ist sichergestellt, dass
die Wartezeit nur berechnet wird, wenn der Empfang tatsächlich abgebrochen
wird. Alternativ kann die Wartezeit jedoch auch für jedes
eingehende Datenpaket berechnet werden, so dass die Wartezeit bereits
vor der Entscheidung über
einen Abbruch des Empfangs und damit möglichst frühzeitig bekannt ist. Nach ihrer
Berechnung gibt die Berechnungseinheit 67 die Wartezeit
an die Ablaufsteuerung 53 aus. Mit Ablauf der Wartezeit
gibt die Ablaufsteuerung 53 dann ein weiteres, viertes
Auslösesignal
A4 an die Ausleseeinheit 63 aus. Dieses vierte Auslösesignal A4
veranlasst die Ausleseeinheit 63, ein im zweiten Speicher 62 gespeichertes
Startsignal auszulesen und an die Sende-/Empfangseinheit 1 auszugeben, woraufhin
der Empfänger
und gegebenenfalls weitere Komponenten der Sende-/Empfangseinheit 1 wieder
eingeschaltet werden.
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Das
Aus- und Einschalten des Empfängers, wie
es mit Bezug auf das dritte Ausführungsbeispiel, in
dem der Vergleich der Adressen erst nach dem vollständigen Eingang
der Zieladresse erfolgt, beschrieben ist, ist ebenso möglich, wenn
die Adressen bitweise verglichen werden, wie dies mit Bezug auf das
zweite Ausführungsbeispiel
beschrieben worden ist.
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Die
dargestellten Ausführungsbeispiele
dienen lediglich der Beschreibung der Erfindung und nicht der Beschränkung. Im
Rahmen der beigefügten Ansprüche sind
zahlreiche Modifikationen möglich, von
denen nachfolgend einige beispielhaft dargestellt sind.
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In
allen Ausführungsbeispielen
wurde nur jeweils eine MAC-Adresse mit der Zieladresse verglichen.
Es können
jedoch auch mehrere Adressen, beispielsweise eine Adressenliste,
mit der Zieladresse verglichen werden. Dazu kann die Steuereinheit eine
speziell angepasste Struktur, beispielsweise mehrere parallele Register
oder ein Mehrkomponentenregister aufweisen. Die Verarbeitung des
Datenpakets wird dann nicht abgebrochen, wenn mindestens eine der
Adressen aus der Adressenliste mit der Zieladresse übereinstimmt.
Alternativ ist es auch denkbar, dass die Verarbeitung nur dann nicht
abgebrochen wird, wenn eine bestimmte Mindestanzahl an Adressen
der Adressenliste mit der Zieladresse übereinstimmen.
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Die
Steuereinheit, die in den Ausführungsbeispielen
zwischen dem Sender-/Empfänger, der die
physikalische Schicht des IEEE 802.11a-Protokolls realisiert, und
der die nächst
höhere
Protokollschicht realisierenden MAC-Einheit dargestellt ist, kann innerhalb
des Protokollstapels sowohl in der physikalischen Schicht als auch
in der MAC-Schicht realisiert werden, solange der Vergleich der
Zieladresse mit der MAC-Adresse erfolgt, bevor das Datenpaket vollständig verarbeitet
ist. Vorteilhafterweise erfolgt der Adressenvergleich so früh wie möglich im
Empfangsvorgang.
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Statt
dem bitweisen Vergleich der Zieladresse mit der MAC-Adresse und
dem Vergleich der kompletten Adressen sind auch alle Zwischenformen
wie beispielsweise ein Vergleich Byte für Byte möglich.
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Außer für den Empfänger können auch
für alle
anderen Komponenten des Sender-/Empfängers jeweils individuelle
Wartezeiten ermittelt werden, nach denen sie wieder eingeschaltet
werden. Wird nur die Wartezeit für
den Empfänger
ermittelt, so kann die Steuereinheit so gestaltet sein, dass sie
die übrigen
Komponenten entweder zusammen mit dem Empfänger oder nacheinander wieder
einschaltet. Schaltet die Steuereinheit nur den Empfänger wieder ein,
so werden die übrigen
Komponenten von diesem, z. B. bei Empfang eines neuen Datenpaketes, wieder
eingeschaltet.
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Statt
einer Sender-/Empfangseinheit können auch
voneinander unabhängige
Sende- und Empfangseinheiten vorhanden sein. In diesem Fall braucht
die Steuereinheit nur Signale an die Empfangseinheit abgeben zu
können.
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Das
Stopsignal und das Startsignal brauchen nicht in einem ersten bzw.
zweiten Speicher in der Steuereinheit gespeichert zu sein. Sie können alternativ
beispielsweise in der MAC-Einheit gespeichert sein und auf Veranlassung
der Ablaufsteuerung von der MAC-Einheit entweder über die
Steuereinheit oder direkt an die Sende-/Empfangseinheit ausgegeben
werden.
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Außer in Systemen
mit drahtloser Datenübertragung
kann die erfindungsgemäße Empfangssteuerung
auch in solchen Systemen zur drahtgebundenen Datenübertragung
Verwendung finden, in denen die Zieladresse erst im Empfänger überprüft wird.