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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Kommunikation per Funk, bei
dem Nachrichten über
einen Pfad von einer ersten zu einer zweiten Funkstation über eine
oder mehrere die Nachrichten weiterleitende Funkstationen übertragen
werden. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Funkstation zur Durchführung des
Verfahrens.
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In
Funkkommunikationssystemen werden Nachrichten, beispielsweise mit
Sprachinformation, Bildinformation, Videoinformation, SMS (Short
Message Service), MMS (Multimedia Messaging Service) oder anderen
Daten, mit Hilfe von elektromagnetischen Wellen über eine Funkschnittstelle
zwischen sendender und empfangender Funkstation übertragen. Bei den Funkstationen
kann es sich hierbei je nach konkreter Ausgestaltung des Funkkommunikationssystems
um verschiedenartige teilnehmerseitige Funkstationen, Repeater,
Funkzugangspunkte oder Basisstationen handeln. In einem Mobilfunkkommunikationssystem
handelt es sich bei zumindest einem Teil der teilnehmerseitigen
Funkstationen um mobile Funkstationen. Das Abstrahlen der elektromagnetischen
Wellen erfolgt mit Trägerfrequenzen,
die in dem für
das jeweilige System vorgesehenen Frequenzband liegen.
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Mobilfunkkommunikationssysteme
sind oftmals als zellulare Systeme z.B. nach dem Standard GSM (Global
System for Mobile Communication) oder UMTS (Universal Mobile Telecommunications System)
mit einer Netzinfrastruktur bestehend z.B. aus Basisstationen, Einrichtungen
zur Kontrolle und Steuerung der Basisstationen und weiteren netzseitigen
Einrichtungen ausgebildet. Außer
diesen weiträumig
organisierten (supralokalen) zellularen, hierarchischen Funknetzen
gibt es auch drahtlose lokale Netze (WLANs, Wireless Local Area
Networks) mit einem
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In
der Regel räumlich
deutlich stärker
begrenzten Funkabdeckungsbereich. Die von den Funkzugangspunkten
(AP: Access Point) der WLANs abgedeckten Zellen sind mit einem Durchmesser
vn in der Regel bis zu einigen hundert Metern im Vergleich zu üblichen
Mobilfunkzellen klein. Beispiele verschiedener Standards für WLANs
sind HiperLAN, DECT, IEEE 802.11, Bluetooth und WATM.
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Das
Dokument
US 6,424,624
B1 beschreibt ein System zur Überlastungs-Detektion in einem Netzwerk
zur Paketübertragung.
Die Pakete werden mit einem die Überlastung
anzeigenden Bit versehen. Die Anzahl dieser Bits wird gezählt, und
abhängig
vom Zählerstand
werden Maßnahmen
ergriffen.
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Funkstationen
können
nur dann direkt miteinander kommunizieren, wenn sie sich beide im Funkabdeckungsbereich
der jeweils anderen Funkstation befinden. Ist eine direkte Kommunikation nicht
möglich,
so können
Nachrichten zwischen diesen Funkstationen über andere Funkstationen, welche – indem
sie die Nachrichten weiterleiten – als Relaisfunkstationen fungieren, übertragen
werden. Eine derartige Nachrichtenweiterleitung kann, abhängig von
der konkreten Ausgestaltung des Funkkommunikationssystems, sowohl
von Teilnehmerfunkstationen als auch von netzseitigen Funkstationen
durchgeführt
werden. Nachrichten können
beispielsweise in einem WLAN zwischen einem Funkzugangspunkt und
weit von dem Funkzugangspunkt entfernten Teilnehmerfunkstationen
weitergeleitet werden. Über
die WLAN Funkzugangspunkte kann eine Anbindung von Teilnehmerfunkstationen
an andere Kommunikationssysteme, so z.B. an das Internet, erfolgen.
Auch in einem Adhoc-Modus eines Funkkommunikationssystems können Teilnehmerfunkstationen über einen oder
mehrere Sprünge
(Hop bzw. Multihop) miteinander kommunizieren, ohne dass vermittelnde
Einrichtungen wie z.B. Basisstationen oder Funkzugangspunkte zwischengeschaltet
werden. In diesem Fall werden bei einer Nachrichtenübertragung
von einer Teilnehmerfunkstation an eine andere Teilnehmerfunkstation
außerhalb
ihres Funkabdeckungsbereiches die Nachrichten von anderen Teilnehmerfunkstationen
weitergeleitet, welche somit als Relaisfunkstationen fungieren.
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Existiert
in einem derartigen Funkkommunikationssystem, bei dem Funkübertragungen
auf einer Weiterleitung von Nachrichten durch Funkstationen beruhen,
keine zentrale Instanz, welche Funkressourcen zur Nachrichtenversendung
bzw. -weiterleitung an einzelne Funkstationen zuweist, so kann es
durch eine Überzahl
an versendeten Nachrichten oder durch unkoordiniertes Versenden
der Nachrichten zu einer Verstopfung bzw. Überlastung des Systems kommen,
so dass letztendlich Nachrichten, welche weiterzuleiten sind, verworfen
werden.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren
zur Funkkommunikation aufzuzeigen, welches das beschriebene Problem umgeht.
Außerdem
soll eine Funkstation zur Durchführung
des Verfahrens aufgezeigt werden.
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Diese
Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Kommunikation per Funk mit
den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch eine Funkstation mit
den Merkmalen des nebengeordneten Vorrichtungsanspruchs gelöst.
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Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand von Unteransprüchen.
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Bei
dem erfindungsgemäßen Verfahren
zur Kommunikation per Funk werden Nachrichten über einen Pfad von einer ersten
zu einer zweiten Funkstation über
eine oder mehrere die Nachrichten weiterleitende Funkstationen übertragen.
Erfindungsgemäß sendet
mindestens eine Funkstation des Pfades eine erste Signalisierungsnachricht
an die ihr in Richtung der ersten Funkstation entlang dem Pfad benachbarte
Funkstation. Diese erste Signalisierungsnachricht enthält Informationen über eine
für die Nachrichtenversendung
an die mindestens eine Funkstation maximal einzusetzende Zugriffsrate
auf Übertragungsressourcen.
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Bei
zumindest einem Teil der Funkstationen kann es sich insbesondere
um mobile Teilnehmerfunkstationen handeln. Diese können z.B.
als Bestandteil eines WLAN mit einem Funkzugangspunkt des WLAN,
oder auch im Rahmen eines Adhoc-Modus eines zellularen Systems oder
eines WLAN untereinander ohne Mitwir kung von netzseitigen Einrichtungen
bei der Nachrichtenweiterleitung kommunizieren.
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Nachrichten
werden über
einen Pfad zwischen einer ersten und einer zweiten Funkstation übertragen.
Bei den Funkstationen des Pfades handelt es sich somit um die erste
Funkstation, die weiterleitenden Funkstationen, und die zweite Funkstation.
Die Nachrichtenübertragung über den
Pfad erfolgt jeweils zwischen benachbarten Funkstationen, wobei
zwei Funkstationen benachbart sind, wenn sie sich beide im Funkabdeckungsbereich
der jeweils anderen Funkstation befinden. Jede Funkstation des Pfades,
mit Ausnahme der ersten und der zweiten Funkstation, haben somit
zwei benachbarte Funkstationen auf dem Pfad, eine in Richtung der
ersten Funkstation und eine in Richtung der zweiten Funkstation.
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Mindestens
eine Funkstation des Pfades sendet eine erste Signalisierungsnachricht
an eine ihr benachbarte Funkstation, welche sich aus Sicht der mindestens
einen Funkstation auf dem Teilpfad in Richtung der ersten Funkstation
befindet. Bei dieser benachbarten Funkstation kann sich gegebenenfalls auch
um die erste Funkstation handeln. Die erste Signalisierungsnachricht
betrifft eine maximal einzusetzende Zugriffsrate auf Funkressourcen.
Eine Zugriffsrate auf Übertragungsressourcen
gibt an, wie oft eine Funkstation pro Zeiteinheit auf das Übertragungsmedium
zugreift. Eine maximal einzusetzende Zugriffsrate zeigt der adressierten
Funkstation an, wie oft sie höchstens
pro Zeiteinheit auf das Übertragungsmedium
zugreifen darf. Die Funkstation, welche die erste Signalisierungsnachricht
empfängt, kann
dann ihre Zugriffsrate so einstellen, dass diese der maximal einzusetzenden
Zugriffsrate entspricht oder diese unterschreitet bzw. nicht überschreitet. Für die Einstellung
der Zugriffsrate können
an sich bekannte Verfahren verwendet werden.
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Vorteilhaft
ist es, wenn das beschriebene Verfahren der Versendung der ersten
Signalisierungsnachricht nicht nur von einer Funkstation des Pfades
durchgeführt
wird, sondern von mehreren oder allen Funkstationen des Pfades mit
Ausnahme der ersten Funkstation, welche keine benachbarte Funkstation
auf Seiten der ersten Funkstation aufweist.
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In
Weiterbildung der Erfindung empfängt
die mindestens eine Funkstation vor der Versendung der ersten Signalisierungsnachricht
von der ihr in Richtung der ersten Funkstation entlang dem Pfad
benachbarten Funkstation eine zweite Signalisierungsnachricht mit
Informationen über
eine von der ihr in Richtung der ersten Funkstation entlang dem
Pfad benachbarten Funkstation für
die Nachrichtenversendung an die mindestens eine Funkstation aktuell eingesetzte
Zugriffsrate auf Übertragungsressourcen.
Die zweite Signalisierungsnachricht kann Bestandteil eines Datenpaketes
sein, welches zum Beispiel Nutzdaten enthält, welche unabhängig von
der zweiten Signalisierungsnachricht von der jeweiligen Funkstation
zu versenden sind.
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Vorteilhaft
ist es, wenn die mindestens eine Funkstation die maximal einzusetzende
Zugriffsrate auf Übertragungsressourcen
aus den Informationen der zweiten Signalisierungsnachricht und aus
einer Anzahl an von ihr weiterzuleitenden Nachrichten und einer
Anzahl eigener zu versendender Nachrichten ermittelt. Die mindestens
eine Funkstation empfängt somit
die zweite Signalisierungsnachricht von einer ihr benachbarten Funkstation
und ermittelt unter Verwendung des Inhaltes der zweiten Signalisierungsnachricht
eine Zugriffsrate, welche diejenige Funkstation, welche die zweite
Signalisierungsnachricht gesendet hat, maximal einsetzen darf. In
die Ermittlung dieser maximal einzusetzenden Zugriffsrate geht weiterhin
die Anzahl eigener zu versendender Nachrichten der mindestens einen
Funkstation ein. Hierbei handelt es sich um Nachrichten, welche
nicht von der mindestens einen Funkstation zur Weiterleitung empfangen
wurden, sondern um Nachrichten, deren ursprünglicher Sender die mindestens
eine Funkstation ist.
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In
Ausgestaltung der Erfindung sendet die mindestens eine Funkstation
eine dritte Signalisierungsnachricht an die ihr in Richtung der
zweiten Funkstation entlang dem Pfad benachbarte Funkstation mit
Informationen über
eine von ihr für
die Nachrichtenversendung an die ihr in Richtung der zweiten Funkstation
entlang dem Pfad benachbarte Funkstation aktuell eingesetzte Zugriffsrate
auf Übertragungsressourcen.
In diesem Fall sendet die mindestens eine Funkstation in Richtung
der ersten Funkstation eine Nachricht an ihre benachbarte Funkstation über eine
maximal von dieser einzusetzenden Zugriffsrate in Form der ersten
Signalisierungsnachricht, und in Richtung der zweiten Funkstation
an die ihr benachbarte Funkstation Informationen über die von
ihr selber aktuell eingesetzte Zugriffsrate in Form der dritten
Signalisierungsnachricht. Vorteilhaft ist es, wenn die mindestens
eine Funkstation die von ihr für die
Nachrichtenversendung an die ihr in Richtung der zweiten Funkstation
entlang dem Pfad benachbarte Funkstation aktuell eingesetzte Zugriffsrate
auf Übertragungsressourcen
aus den Informationen der zweiten Signalisierungsnachricht und aus
einer Anzahl an von ihr weiterzuleitender Nachrichten und einer
Anzahl eigener zu versendender Nachrichten ermittelt.
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In
Ausgestaltung der Erfindung umfasst die erste Signalisierungsnachricht
eine Empfangsbestätigung
für eine
durch die mindestens eine Funkstation von der ihr in Richtung der
ersten Funkstation entlang dem Pfad benachbarten Funkstation empfangene Nachricht.
Eine Kombination der Informationen über die maximal einzusetzende
Zugriffsrate und der Empfangsbestätigung in einer Nachricht ist
vorteilhaft für
Systeme, in welchen empfangene Nachrichten grundsätzlich durch
Bestätigungsnachrichten
beantwortet werden. Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn die erste
Signalisierungsnachricht eine Empfangsbestätigung für die zweite Signalisierungsnachricht
beinhaltet.
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In
Ausgestaltung der Erfindung sendet die der mindestens einen Funkstation
in Richtung der ersten Funkstation entlang dem Pfad benachbarte Funkstation
nach dem Empfang der ersten Signalisierungsnachricht an die ihr
in Richtung der ersten Funkstation entlang dem Pfad benachbarte
Funkstation eine vierte Signalisierungsnachricht mit Informationen über eine
für die
Nachrichtenversendung maximal einzusetzende Zugriffsrate auf Übertragungsressourcen.
Insbesondere kann diese in der vierten Signalisierungsnachricht
enthaltene Zugriffsrate aus der in der ersten Signalisierungsnachricht
enthaltenen Zugriffsrate ermittelt werden. Auf diese Weise können Anweisungen über maximale
zu verwendende Zugriffsraten über
den vollständigen
Pfad von der zweiten Funkstation bis hin zur ersten Funkstation weitergegeben
werden.
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Die
erfindungsgemäße Funkstation
weist Mittel zum Weiterleiten von Nachrichten auf, welche über einen
Pfad von einer ersten zu einer zweiten Funkstation über die
Funkstation und gegebenenfalls über
eine oder mehrere weitere die Nachrichten weiterleitende Funkstationen übertragen
werden. Erfindungsgemäß umfasst
sie Mittel zum Erstellen und Versenden einer Signalisierungsnachricht
an die ihr in Richtung der ersten Funkstation entlang dem Pfad benachbarte
Funkstation mit Informationen über
eine für
die Nachrichtenversendung an die Funkstation maximal einzusetzende
Zugriffsrate auf Übertragungsressourcen.
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Die
erfindungsgemäße Funkstation
eignet sich insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
wobei dies auch auf die Ausgestaltungen und Weiterbildungen zutrifft.
Hierzu kann sie weitere geeignete Mittel aufweisen.
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Im
folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei
zeigen:
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1:
ein Ablaufdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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2:
schematisch den Aufbau einer erfindungsgemäßen Funkstation.
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Im
folgenden wird ein WLAN Funkkommunikationssystem betrachtet. Datenpakete
werden zwischen einem Funkzugangspunkt AP und den Funkstationen
K1, K2 und K3 übertragen,
indem die Datenpakete gegebenenfalls über Funkstationen weitergeleitet
werden. Im obersten Teil der 1 sind die
pro Zeiteinheit zu versendenden Datenpakete, jeweils durch einen
einfachen Pfeil gekennzeichnet, dargestellt. Bei einer Nachrichtenübertragung
von der Funkstation K1 zu dem Funkzugangspunkt AP fungieren die
Funkstationen K2 und K3 als Relaisstationen. Ein von der Funkstation
K1 erzeugtes Datenpaket, durch einen Pfeil in Richtung der Funkstation K1
gekennzeichnet, wird von der Funkstation K1 an die Funkstation K2
gesendet, von wo es an die Funkstation K3 und von dort an den Funkzugangspunkt AP
weitergeleitet wird. Es existiert somit ein Pfad zur Nachrichtenübertragung
zwischen der Funkstation K1 und dem Funkzugangspunkt AP, dessen
Bestandteile die Funkstationen K1, K2, K3 und AP sind. Bei der Funkstation
K1 kann es sich um eine Teilnehmerstation, bei den Funkstationen
K2 und K3 um Teilnehmerstationen oder um netzseitige Relaisstationen bzw.
Repeater handeln.
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Zusätzlich zur
Weiterleitung des von der Funkstation K1 stammenden Datenpaketes
versendet die Funkstation K2 ein eigenes Datenpaket, durch einen
Pfeil in Richtung der Funkstation K2 gekennzeichnet, welches an
den Funkzugangspunkt AP weitergeleitet werden soll. Daher sind durch
die Funkstation K2 zwei Datenpakete, gekennzeichnet durch zwei ausgehende
Pfeile, zu versenden. Durch die Funkstation K3 erfolgt die Weiterleitung
der beiden von der Funkstation K2 empfangenen Datenpakete. Zusätzlich versendet
die Funkstation K3 ein eigenes Datenpaket, durch einen Pfeil in
Richtung der Funkstation K1 gekennzeichnet, an den Funkzugangspunkt
AP, so dass von der Funkstation K3 drei Datenpakete, gekennzeichnet
durch drei ausge hende Pfeile, zu versenden sind. Da der Funkzugangspunkt
AP den Funkstationen K1, K2 und K3 den Zugang zu anderen Kommunikationsnetzen,
wie z.B. dem Internet, ermöglicht,
wird eine Vielzahl an Datenpaketen an den Funkzugangspunkt AP gerichtet, und
daher nimmt die Anzahl der von einer Funkstation zu versendenden
Datenpakete mit zunehmender Nähe
der Funkstation zum Funkzugangspunkt AP zu. Dies gilt prinzipiell
sowohl für
Nachrichtenübertragungen
vom Funkzugangspunkt AP weg als auch zum Funkzugangspunkt AP hin,
wobei in 1 nur die Nachrichtenübertragung
in Richtung des Funkzugangspunkt AP dargestellt ist. In Systemen
mit einer Vielzahl an Teilnehmerfunkstationen und einem Funkzugangspunkt
liegt in Bezug auf die Nachrichtenübertragungen somit eine sternförmige Netzwerktopologie
vor.
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Gemäß der obersten
Zeile der 1 sollen pro Zeiteinheit sechs
Nachrichtenübertragungen
erfolgen. Es wird hierbei davon ausgegangen, dass die Rate der Erzeugung
von eigenen Datenpaketen für die
Funkstationen K1, K2 und K3 etwa gleich groß ist. Pro Zeiteinheit der 1 erzeugt
jede der drei Funkstationen K1, K2 und K3 jeweils ein eigenes Datenpaket.
Pro Zeiteinheit muss somit die Funkstation K1 lediglich das eigene
Datenpaket versenden, während die
Funkstation K2 ein eigenes und ein weiterzuleitendes Datenpaket
zu versenden hat, und die Funkstation K3 ein eigenes und zwei weiterzuleitende
Datenpakete.
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Für die Versendung
und Weiterleitung von Nachrichten verwenden die Funkstationen K1,
K2, K3 und AP lediglich eine Funkfrequenz, so dass es bei gleichzeitiger
Nachrichtenversendung durch mehrere Funkstationen zu Interferenzen
kommen kann. So ist es nicht möglich,
dass die Funkstation K1 erfolgreich ein Datenpaket an die Funkstation
K2 sendet, während
die Funkstation K3 gleichzeitig ein Datenpaket an den Funkzugangspunkt
AP sendet. Die Funkwellen der gleichen Frequenz interferieren am
Ort der Funkstation K2, so dass diese das Datenpaket der Funkstation
K1 nicht erfolgreich empfangen kann.
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Gemäß dem Standard
IEEE 802.11b erfolgt der Zugriff auf die Übertragungsressourcen über ein CSMA/CA
(Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance) Verfahren.
Hierbei darf jede Funkstation dann, wenn sie nach einem vorgeschriebenen
Verfahren das Übertragungsmedium
als unbelegt einstuft, auf dieses zugreifen, indem sie eine Nachricht versendet.
Wird ein derartiges Verfahren auf die Nachrichtenübertragung
der 1 angewandt, so besteht das Problem, dass die
Funkstationen mit zunehmender Entfernung von dem Funkzugangspunkt AP
das Übertragungsmedium
aufgrund der sternförmigen
Topologie öfter
als unbelegt einstufen. Daher wird eine Vielzahl an Nachrichten
von diesen Funkstationen in Richtung des Funkzugangspunktes AP versendet.
Da die Funkstationen auf dem Pfad in Richtung des Funkzugangspunktes
AP jedoch nicht nur Datenpakete weiterleiten, sondern auch eigene Datenpakete
versenden, nimmt die Anzahl an zu versendenden Datenpakten wie oben
beschrieben mit zunehmender Nähe
zum Funkzugangspunkt AP zu, so dass die Funkstationen in der Nähe des Funkzugangspunktes
AP einen größeren Umfang
an Übertragungsressourcen
benötigen
als die Funkstationen mit größerer Entfernung
zum Funkzugangspunkt AP. Da dies bei Verwendung des reinen CSMA/CA
Verfahrens nicht realisiert werden kann, entsteht die Situation,
dass die Funkstationen in der Nähe
des Funkzugangspunktes AP nicht mehr alle empfangenen Datenpakete
weiterleiten können,
so dass es zum Verlust von Datenpaketen kommt. Weiter vom Funkzugangspunkt
AP entfernte Funkstationen versenden in diesem Fall eine größere Anzahl
an Nachrichten als von den Funkstationen in der Nähe des Funkzugangspunktes
AP weitergeleitet werden kann.
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Um
den Verlust von Datenpaketen zu vermeiden, informieren Funkstationen
auf dem Pfad erfindungsgemäß ihre Vorgänger, d.h.
diejenigen Funkstationen, von welchen sie Datenpakete empfangen, über eine
von diesen maximal einzusetzende Zugriffsrate auf die Übertragungsressourcen.
Diese maximale Zugriffsrate wird so bestimmt, dass eine möglichst
große
An zahl an Datenpakete zum Funkzugangspunkt AP übertragen werden kann, ohne
dass es zu Engpässen
bei den Funkstationen in der Nähe des
Funkzugangspunkt AP kommt.
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Unter
einer Zugriffsrate wird nicht die Datenrate, welche sich aus der
Rate der erfolgreichen Zugriffe ergibt, verstanden, sondern die
Rate, mit welcher eine Funkstation versucht bzw. versuchen darf, auf
die Übertragungsressourcen
zuzugreifen. Die Zugriffsrate unterscheidet sich von der Datenrate,
da es bei einem gleichzeitigen Zugriff durch mehrere Funkstationen
zu Kollisionen kommen kann, weshalb in diesem Fall nicht alle Zugriffe
erfolgreich sind. Eine bestimmte Zugriffsrate kann dadurch realisiert
werden, dass der Funkstation abhängig
von der bestimmten Zugriffsrate eine bestimmte Zeitspanne vorgegeben
ist, welche sie abwarten muss, bevor sie auf das Übertragungsmedium
zugreifen darf. Bei der maximalen Zugriffsrate von 1 bzw. 100 beispielsweise
ist diese Zeitspanne minimal. Die konkrete Bestimmung der Zeitspanne
und die Art des Zugreifens auf das Übertragungsmedium kann gemäß an sich bekannter
Verfahren erfolgen. So kann z.B. in das reine CSMA/CA Verfahren,
bei welchem alle Funkstationen die maximale Zugriffsrate verwenden,
eine geeignete Wartezeit vor der Überprüfung, ob das Übertragungsmedium
belegt ist, eingeführt
werden.
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Es
wird davon ausgegangen, dass zu Beginn alle Funkstationen mit maximaler
Zugriffsrate auf die Übertragungsressourcen
zugreifen. Weiterhin wird davon ausgegangen, dass die Funkstationen
K1, K2 und K3 mit einer solchen Rate Datenpakete erzeugen, dass
selbst bei Verwendung der maximalen Zugriffsrate zu jedem Zeitpunkt
eigene Datenpakete vorhanden sind, welche zu versenden sind.
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In
der zweiten Zeile der 1 versendet die Funkstation
K1 eine Nachricht RATE:1, mit der sie die Funkstation K2 darüber informiert,
dass sie aktuell die maximal mögliche
Zugriffsrate von 1 bzw. 100% zur Versendung von Datenpaketen verwendet.
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Die
Nachricht RATE:1 kann hierbei als eigenständige Nachricht ausgestaltet
sein oder Bestandteil eines anderen von der Funkstation K1 versendeten Datenpaketes
sein.
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Nach
dem Empfang der Nachricht RATE:1 bestimmt die Funkstation K2 die
von ihr zu verwendende Zugriffsrate zu 2/3, da sie ein Datenpaket
von der Funkstation K1 empfängt,
ein eigenes Datenpaket erzeugt, und somit insgesamt 2 Datenpakete
versendet. Es sollen entlang des Pfades bis zur Funkstation K2 pro
Zeiteinheit drei Nachrichtenversendungen erfolgen. Für eine der
Nachrichtenversendungen muss die Funkstation K1 auf das Übertragungsmedium
zugreifen, und für
zwei der drei Nachrichtenversendungen die Funkstation K2. Daher
sollte die Funkstation K1 vorteilhafterweise eine Zugriffsrate von
1/3 und die Funkstation K2 eine Zugriffsrate von 2/3 anwenden. Zur
Versendung der Datenpakete verwendet die Funkstation K2 daher nicht
mehr die maximale Zugriffsrate 1, sondern 2/3. Die Funkstation K2
versendet eine Nachricht RATE:2/3, mit der sie die Funkstation K3
darüber
informiert, dass sie aktuell die Zugriffsrate 2/3 zur Versendung
von Datenpaketen verwendet. Die Nachricht RATE:2/3 kann hierbei
als eigenständige
Nachricht ausgestaltet sein oder Bestandteil eines anderen von der
Funkstation K2 versendeten Datenpaketes sein.
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Die
Funkstation K2 bestimmt eine maximal von der Funkstation K1 einzusetzende
Zugriffsrate von 1/3 und informiert die Funkstation K1 mit einer Nachricht
MAXRATE:1/3 über
diese maximal von ihr einzusetzende Zugriffsrate. Die Nachricht
MAXRATE:1/3 kann als eigenständige
Nachricht ausgestaltet sein. Vorteilhafterweise ist die Nachricht
MAXRATE:1/3 jedoch in einer Bestätigungsnachricht
(ACK, Acknowledgement) enthalten, welche die Funkstation K2 auf
den Empfang eines Datenpaketes von der Funkstation K1 hin an die
Funkstation K1 sendet. Die Funkstation K1 reguliert daraufhin ihre
Zugriffsrate für
die Versendung von Datenpaketen an die Funkstation K2 so, dass sie
mit der maximal einzusetzenden Zugriffsrate von 1/3 übereinstimmt.
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Der
Funkstation K3 ist aufgrund des Inhaltes der Nachricht RATE:2/3
der Funkstation K2 bekannt, dass auf dem Pfad bis hin zur Funkstation
K3 drei Datenpaketversendungen erfolgen. Ein erstes Datenpaket wird
von der Funkstation K1 versendet, und zwei Datenpakete werden von
der Funkstation K2 versendet. Da die Funkstation K3 zusätzlich zu
den von der Funkstation K2 empfangenen Datenpaketen ein eigenes
Datenpaket versendet, erfolgen auf dem Pfad zwischen der Funkstation
K1 und dem Funkzugangspunkt AP insgesamt sechs Nachrichtenversendungen,
gekennzeichnet durch die sechs Pfeile des obersten Teils der 1.
Um Kollisionen zwischen diesen Nachrichtenversendungen, welche auf
der gleichen Frequenz erfolgen, zu vermeiden, sollten diese Nachrichtenversendungen
nicht gleichzeitig stattfinden. Da die Funkstation K3 drei der sechs
pro Zeiteinheit durchzuführenden
Nachrichtenversendungen übernimmt,
bestimmt sie ihre Zugriffsrate auf 3/6 und informiert den Funkzugangspunkt
AP darüber
mit einer Nachricht RATE:3/6.
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Da
der Funkzugangspunkt AP der Endpunkt des in 1 dargestellten
Pfades ist, muss nicht notwendigerweise eine Benachrichtigung des
Funkzugangspunktes AP über
die aktuell von der Funkstation K3 verwendete Zugriffsrate erfolgen.
Diese Benachrichtigung ist jedoch z.B. zur Regulierung der Zugriffsraten
von Interesse, wenn der Funkzugangspunkt die von der Funkstation
K3 empfangenen Nachrichten an eine andere Funkstation weiterleitet. In
diesem Fall stellt der in 1 dargestellte
Pfad zwischen der Funkstation K1 und dem Funkzugangspunkt AP nur
einen Teil eines längeren
Pfades dar. Weiterhin ist die Benachrichtigung des Funkzugangspunktes
AP über
die aktuell von der Funkstation K3 verwendete Zugriffsrate sinnvoll,
wenn der Funkzugangspunkt AP Bestandteil mehrerer Pfade ist. In diesem
Fall kann der Funkzugangspunkt AP bestimmen, welche Zugriffsraten
die ihm benachbarten Funkstationen der verschiedenen Pfade verwenden dürfen, ohne
dass es zu einer Überlastung
des Funkzugangspunktes AP bzw. zu Interferenzen der Nachrichten
der verschiedenen Pfade kommt. So kann der Funkzugangspunkt AP z.B.
die Funkstation K3 nach dem Empfang der Nachricht RATE:3/6 der Funkstation
K3 antworten, dass sie eine niedrigere Zugriffsrate als 3/6 verwenden
soll.
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Weiterhin
bestimmt die Funkstation K3 die maximal von der Funkstation K2 einzusetzende
Zugriffsrate zu 2/6, da die Funkstation K2 zwei der sechs pro Zeiteinheit
abzuwickelnden Nachrichtenversendungen durchzuführen hat, und informiert die Funkstation
K2 darüber
mit der Nachricht MAXRATE:2/6. Die Nachricht MAXRATE:2/6 wird wie
oben beschrieben vorteilhafterweise eingebunden in eine Bestätigungsnachricht
der Funkstation K3 an die Funkstation K2. Die Funkstation K2 reguliert
daraufhin ihre Zugriffsrate auf die Funkressourcen so, dass diese
den Wert 2/6 einnimmt.
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Nach
Empfang der Nachricht MAXRATE:2/6 bestimmt die Funkstation K2 die
maximal von der Funkstation K1 einzusetzende Zugriffsrate zu 1/6,
da durch die Funkstation K1 eine von sechs pro Zeiteinheit durchzuführenden
Nachrichtenversendungen erfolgt, und informiert die Funkstation
K1 darüber
mit einer Nachricht MAXRATE:1/6. Daraufhin wendet die Funkstation
K1 die Zugriffsrate 1/6 für
die Versendung ihrer Datenpakete an.
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In
dem untersten Teil der 1 sind die aus dem beschriebenen
Verfahren der iterativen Berechnung resultierenden Zugriffsraten
aufgezeigt. Die Funkstation K1 greift mit der Rate 1/6 auf die Übertragungsressourcen
zu, die Funkstation K2 mit der Rate 2/6, und die Funkstation K3
mit der Rate 3/6.
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Das
bislang geschilderte Beispiel betrifft den Fall, dass die Funkstationen
K1, K2 und K3 mit etwa gleicher Rate eigene Datenpakete erzeugen.
Das Verfahren ist jedoch analog auf den Fall anwendbar, dass die
Funkstationen K1, K2 und K3 unterschiedliche Erzeugungsraten für eigene
Datenpakete haben. Würde
die Funkstation K1 z.B. pro Zeiteinheit doppelt so viele Datenpakete
erzeugen wie die Funkstation K2, so würde die Funkstation K2 in der
dritten Zeile der 1 als eigene Zugriffsrate 3/5
bestimmen und als maximal einzusetzende Zugriffsrate für die Funkstation
K1 2/5. Entsprechend würde,
vorausgesetzt die Funkstation K3 erzeugt pro Zeiteinheit genauso viele
Datenpakete wie die Funkstation K2, die Funkstation K3 als eigene
Zugriffsrate 4/9 bestimmen und als maximal einsetzbare Zugriffsrate
für die
Funkstation K2 3/9. Für
die Funkstation K1 ergäbe
sich dann eine maximal einzusetzende Zugriffsrate von 2/9.
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Es
ist jedoch auch möglich,
dass das beschriebene Verfahren derart angewendet wird, dass davon
ausgegangen wird, dass alle Funkstationen des Pfades die gleiche
Rate für
die Erzeugung eigener Datenpakete haben. Den Funkstationen wird
in diesem Fall somit eine bestimmte Erzeugungsrate und gemäß dem beschriebenen
Verfahren dementsprechend eine bestimmte Zugriffsrate zugebilligt, unabhängig von
ihrer tatsächlichen
Erzeugungsrate. Dies führt
zu einer gerechten Aufteilung der Funkressourcen unter die Funkstationen.
Von jeder Funkstation K1, K2 und K3 des Pfades wird somit pro Zeiteinheit
die gleiche Anzahl an Nachrichten an den Funkzugangspunkt AP übermittelt.
Der Tatsache, dass eine Funkstation eine höhere Erzeugungsrate für eigene
Datenpakte aufweist, kann z.B. dadurch Rechnung getragen werden,
dass der Besitzer einer Funkstation aufgrund eines QoS-Agreements
dafür zahlt, gemäß der höheren Erzeugungsrate
eine höhere
Zugriffsrate zugebilligt zu bekommen. Zusätzlich oder alternativ ist
es möglich,
nach Bestimmung der Zugriffsraten für alle Funkstationen des Pfades
die Zugriffsraten für
diejenigen Funkstationen, welche weniger Datenpakete erzeugen als
es ihrer bestimmten Zugriffsrate entspricht, zu erniedrigen und
entsprechend die bestimmten Zugriffsraten von Funkstationen, welche
mehr Datenpakete erzeugen als es ihrer bestimmten Zugriffsrate entspricht,
zu erhöhen.
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Auch
auf den Fall, dass eine Funkstation Datenpakete von mehreren anderen
Funkstationen empfängt,
welche an den Funkzu gangspunkt AP weiterzuleiten sind, ist das beschriebene
Verfahren analog anwendbar. Es wird der Fall betrachtet, dass die Funkstation
K2 Datenpakete von zwei Funkstationen K11 und K12 an den Funkzugangspunkt
AP weiterzuleiten hat. Weiterhin wird angenommen, dass die Funkstationen
K11, K12, K2 und K3 eigene Datenpakete mit gleicher Rate erzeugen.
In diesem Fall würde
die Funkstation K2 in der dritten Zeile der 1 als eigene
Zugriffsrate 3/5 bestimmen, da sie von den Funkstationen K11 und
K12 jeweils ein Datenpaket empfängt
und ein eigenes Datenpaket versendet, und als maximal einzusetzende
Zugriffsrate für
die Funkstationen K11 und K12 jeweils 1/5. Entsprechend würde die
Funkstation K3 als eigene Zugriffsrate 4/9 bestimmen und als maximal
einsetzbare Zugriffsrate für
die Funkstation K2 3/9. Für
die Funkstationen K11 und K12 ergäbe sich dann jeweils eine maximal
einzusetzende Zugriffsrate von 1/9.
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Die
in der untersten Zeile der 1 dargestellten
Zugriffsraten sind optimal in Bezug auf die Fairness der Ressourcenverteilung,
solange sich die Zusammensetzung des Pfades nicht ändert. Verläuft der
Pfad ausgelöst
durch die Mobilität
von Funkstationen über
andere Funkstationen, so findet eine Neubestimmung der Zugriffsraten
gemäß dem oben
beschriebenen Verfahren statt.
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Durch
das beschriebene Verfahren wird Fairness unter den Funkstationen
gewährleistet,
da die Datenpakete unterschiedlicher Funkstationen mit der gleichen
Erfolgswahrscheinlichkeit den Funkzugangspunkt AP erreichen, unabhängig von
dem Abstand der Funkstation von dem Funkzugangspunkt AP. Dadurch,
dass das beschriebene Verfahren das Verwerfen von Datenpaketen durch
Funkstationen in der Nähe
des Funkzugangspunktes vermeidet, steigt die Gesamtmenge an Datenpaketen,
welche durch Weiterleitung den Funkzugangspunkt erreichen, gegenüber dem
Fall an, dass jede Funkstation die maximale Zugriffsrate von 1 verwendet.
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Während in 1 der
betrachtete Pfad aus nur 4 Funkstationen besteht, kann das Verfahren analog
auch auf längere
Pfade angewandt werden. Das beschriebene Verfahren ist auf alle
IEEE 802.11 Standards anwendbar, wie z.B. auf das QoS (Quality of
Service) Protokoll IEEE 802.11e. Aber auch im Rahmen anderer Übertragungsverfahren
und -protokolle ist das erfindungsgemäße Verfahren einsetzbar.
-
2 zeigt
schematisch den Aufbau der Funkstation K3. Die Mittel TRANSMIT DATA
ermöglichen
es der Funkstation K3, eigene und weiterzuleitende Datenpakete zu
versenden. Informationen über
die eigene Zugriffsrate und über
maximal von anderen Funkstationen einzusetzenden Zugriffsraten können mit
den Mitteln TRANSMIT RATES in Datenpakete eingefügt und versendet werden. Informationen über von
anderen Funkstationen aktuell verwendete Zugriffsraten werden mit
den Mitteln RECEIVE RATES erkannt und an die Mittel CALCULATE RATES
weitergeleitet, welche die Ermittlung der eigenen zu verwendenden
Zugriffsraten und die von anderen Funkstationen zu verwendenden
Zugriffsraten durchführen.
Durch die Verbindung zu den Mitteln TRANSMIT RATES können Informationen über die ermittelten
Zugriffsraten an andere Funkstationen weitergegeben werden.