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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft WLAN-(Wireless Local Area Network: drahtloses lokales Netz)Kommunikationsgeräte und entsprechende Verfahren und integrierte Schaltkreis-Chips und insbesondere die Backoff-Erzeugung in solchen WLAN-Kommunikationsgeräten.
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2. Beschreibung des Standes der Technik
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Ein drahtloses lokales Netz ist ein flexibles Datenkommunikationssystem, das als Erweiterung oder als Alternative zu einem drahtgebundenen LAN implementiert sein kann. Indem sie Radiofrequenz- oder Infrarottechnologie benutzen, senden und empfangen WLAN-Systeme Daten über die Luft und minimieren so den Bedarf an drahtgebundenen Verbindungen. Somit kombinieren WLAN-Systeme Datenconnectivität mit Nutzermobilität.
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Heute benutzen die meisten WLAN-Systeme Spreizspektrumtechnologie, eine Breitband-Radiofrequenztechnik, die zur Benutzung in verlässlichen und sicheren Kommunikationssystemen entwickelt wurde. Die Spreizspektrumtechnologie wurde gestaltet, um einen Ausgleich zwischen Effizienz, Verlässlichkeit, Integrität und Sicherheit zu schaffen. Zwei Arten von Spreizspektrumradiosystemen werden häufig benutzt: Frequenz-Hopping- und Direktsequenzsysteme.
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Der Standard, der drahtlose lokale Netze definiert und beherrscht, die im 2,4 GHz-Spektrum arbeiten, ist der IEEE 802.11 Standard. Um Übertragungen bei höheren Datenraten zu erlauben, wurde der Standard auf 802.11b erweitert, der Datenraten von 5,5 und 11 Mbps im 2,4 GHz-Spektrum erlaubt. Wettere Erweiterungen existieren.
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Ein Beispiel dafür ist die 802.11e-Erweiterung, die auch als WME (Wireless Media Extensions: drahtlose Medienerweiterungen) bezeichnet wird und die gestaltet wurde, um QoS-(Quality of Service: Servicequalität)Probleme der vorhergehenden 802.11-Versionen zu adressieren. Zu diesem Zweck stellt die 802.11e-Spezifikation MAC-(Medium Access Control: Medienzugangssteuerung)Verbesserungen bereit, um die QoS-Erfordernisse von Multimedia-Anwendungen wie Internettelefonie oder Audio/Video-Streaming zu erfüllen.
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Die vorangehende 802.11 MAC-Schicht hatte keine Einrichtungen, um Verkehrsströme oder Quellen zu differenzieren. Im Ergebnis konnten die Serviceerfordernisse des Verkehrs auf dem Kanal nicht berücksichtigt werden. Die 802.11e-Spezifikation führt zwei neue MAC-Modi, EDCF (Enhanced Distributed Coordination Function: verbesserte verteilte Koordinationsfunktion) und HCF (Hybrid Coordination Function: Hybrid-Koordinationsfunktion) ein, welche bis zu acht Prioritätsverkehrsklassen (TCs: Traffic Classes) unterstützen.
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Wenn man sich nun auf die Figuren und insbesondere auf 1 bezieht, so ist ein WLAN-Kommunikationsgerät, d. h. ein Sender oder Sendeempfänger gezeigt, in welchem eine Anzahl n von Verkehrsklassen 105, 130, 155 implementiert ist. Für jede Verkehrsklasse 105, 130, 155 enthält das WLAN-Kommunikationsgerät einen FIFO-(First In First Out)Speicher 110, 135, 160, in welchem zu übertragende Pakete aufgereiht (queued) werden. Jede Verkehrsklasse, die Pakete zu übertragen hat, startet eine Backoff-Operation, nachdem ermittelt wurde, dass der Kanal während eines Arbitration Interframe Space (AIFS), welcher individuell für jede Verkehrsklasse gewählt werden kann und einen deterministischen Prioritätsmechanismus zwischen den Verkehrsklassen bereitstellt, frei (idle) war.
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Die folgende Backoff-Operation ist in sogenannte Zeit-Slots quantisiert. Auch ist das AIFS-Intervall gewöhnlich als eine ganze Zahl von Zeit-Slots angegeben. Ein Backoff-Zähler 125, 150, 175, der jeder Verkehrsklasse 105, 130, 155 zugeordnet ist, wird einmal in jedem Zeit-Slot vermindert. Wenn der Backoff-Zählerwert einer Verkehrsklasse Null erreicht, versucht die entsprechende Verkehrsklasse, ein Paket aus ihrer Queue (Warteschlage) 110, 135, 160 zu übertragen. Für die nächste Backoff-Operation wird der Backoff-Zähler 125, 150, 175 dann auf einen BC-(Backoff Counter: Backoff-Zähler)Startwert gesetzt, der zufällig durch den Backoff-Generator 120, 145, 170 aus einem Contention Window (CW) gewählt wird. Wenn jedoch der Backoff-Zählerwert Null nicht erreicht hat, bevor der Kanal wieder belegt (busy) wird, wird der Backoff-Zählerwert eingefroren, und die nächste Backoff-Operation wird mit diesem Wert gestartet.
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Der minimale Anfangswert des Contention Windows, der mit CWmin bezeichnet wird, kann auf einer Pro-TC-Basis gewählt werden. Wenn Kollisionen auftauchen, wird das Contention Window in den CW-Adaptoren 115, 140, 165 mit einem Persistence-Faktor (PF) multipliziert, der individuell für jede Verkehrsklasse 105, 130, 155 gewählt werden kann, wodurch somit ein probabilistischer Prioritätsmechanismus zwischen den Verkehrsklassen 105, 130, 155 bereitgestellt wird. Optional kann ein maximal möglicher Wert CWmax für das Contention Window ebenfalls individuell für die Verkehrsklassen 105, 130, 155 gewählt werden.
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In dem WLAN-Kommunikationsgerät haben die Verkehrsklassen unabhängige Übertragungs-Queues 110, 135, 160. Diese verhalten sich wie virtuelle Geräte (Stations) innerhalb der oben erwähnten Parameter AIFS, CWmin, CWmax und PF, die ihre Übertragungsfähigkeit bestimmen. Wenn der Backoff-Zähler von zwei oder mehreren parallelen Verkehrsklassen 105, 130, 155 in einem einzigen WLAN-Kommunikationsgerät gleichzeitig Null erreicht, behandelt ein Paket-Planer (Packet scheduler) 180 in dem WLAN-Kommunikationsgerät das Ereignis als eine virtuelle Kollision ohne jede Übertragung aufzuzeichnen. Eine Übertragungsmöglichkeit wird der Verkehrsklasse 105, 130, 155 mit der höchsten Priorität unter den kollidierenden Verkehrsklassen eingeräumt, und die anderen führen die Backoff-Operation durch (back off) als ob eine Kollision im Medium aufgetreten wäre.
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Wie aus 1 zu sehen ist, hat jede Verkehrsklasse 105, 130, 155 ihren eigenen zugeordneten Backoff-Generator 120, 145, 170. Dies verursacht, dass die konventionelle Architektur unnötig hardwareaufwändig ist. Traditionelle WLAN-Kommunikationsgeräte leiden daher häufig unter dem Problem erhöhter Herstellungskosten. Ferner ist dieses Layout des Standes der Technik weniger für die Geräteminiaturisierung geeignet, z. B. wenn WLAN-kompatible Mobiltelefone oder PDAs (Personal Digital Assistants) bereitgestellt werden sollen.
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EP 1 333 620 A2 betrifft die Implementierung einer Vielzahl virtueller Backoff-Zähler (VBOCs) auf einem einzigen Hardware-Backoff-Zähler (HWBOC) zur Benutzung bei der Implementierung eines priorisierten Nachrichtübertragungsnetzwerks. Der HWBOC ist ein Backoff-Zähler mit voller Funktionalität. Er verringert seinen Wert automatisch, sobald das Kommunikationsmedium über einen Netzwerkzyklus frei ist. Wenn er 0 erreicht, signalisiert der HWBOC die Freigabe der Übertragung in einer Queue gespeicherter Informationen. Im Gegensatz dazu sind die VBOCs Backoff-Zähler, die nicht mit voller Funktionalität ausgestattet sind. Es wird ein Speicher benutzt, um eine Vielzahl von Gruppierungen eines VBOC, AIFS und einer Queue mit jeweils einer Gruppierung pro Verkehrskategorie zu speichern. Anstatt den in ihm gespeicherten Wert nach jedem freien Netzwerkzyklus zu verringern, hält ein VBOC den ursprünglich in ihm gespeicherten Wert aufrecht. Die VBOCs werden durch den Prozessor der Netzwerkstation nur dann aktualisiert, wenn das Kommunikationsmedium belegt wird.
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Gemäß
EP 0 723 351 A2 wird die Übertragung einer Nachricht über ein lokales Netz um einen Verzögerungswert verzögert, der auf Basis eines Backoff-Wertes in einem Backoff-Zähler und einer erzeugten Zufallszahl berechnet wird. Die Übertragung der Nachricht wird hinausgezögert, wenn ein anderer Knoten des lokalen Netzwerks die Übertragung einer anderen Nachricht beginnt, während die Übertragung der Nachricht um den Verzögerungswert verzögert wird. Der Backoff-Wert in dem Backoff-Zähler wird erhöht, wenn die Übertragung der Nachricht hinausgezögert wird oder wenn die Übertragung der Nachricht mit der Übertragung einer anderen Nachricht durch einen anderen Knoten des lokalen Netzwerks kollidiert. Der Backoff-Wert in dem Backoff-Zähler wird verringert, wenn die Nachricht übertragen wird, ohne hinausgezögert zu werden und ohne mit der Übertragung einer anderen Nachricht zu kollidieren. Die Zufallszahl wird benutzt, um dem Backoff-Schema ein Zufallselement zu verleihen, und wird gleich dem aktuellen Wert der zwei niedrigsten Bits des Systemtakts gesetzt.
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EP 0 125 095 B1 beschreibt ein Kommunikationssystem, das zwei Prioritätsniveaus für Datenpakete unterstützt. Ein Backoff-Controller bestimmt selektiv die Spanne für die Backoff-Zeit in Erwiderung auf ein Kollisionsdetektionssignal oder jedes Mal, wenn über eine vorbestimmte Zeitdauer kein Trägersignal auf dem Datenkanal detektiert wird, setzt eine Backoff-Zeit zufällig und innerhalb der Spanne für die Backoff-Zeit, beginnt in Erwiderung auf ein Backoff-Anforderungssignal die Backoff-Zeit zu zählen und liefert ein Datenübertragungsanforderungssignal, wenn die Backoff-Zeit abgelaufen ist. Der Backoff-Controller enthält zwei Schaltkreise zum Setzen der Backoff-Spanne, welche die Spanne für die Backoff-Zeit bestimmen. Diese Schaltkreise zum Setzen der Backoff-Spanne empfangen Zufallszahldaten von einem Zufallszahlgenerator und liefern die Zufallszahldaten innerhalb der gesetzten Backoff-Spanne an zwei Zeitzähler. Wenn diese Zeitzähler das Herunterzählen der den gesetzten Zufallszahldaten entsprechenden Zeit beendet haben, erzeugen sie jeweils eine Datenübertragungsanforderung.
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US 2003/0189948 A1 betrifft ein prioritätsbasiertes Datenübertragungsverfahren, welches bei einer Zufallszugangskontrolle wie CSMA/CD oder ICMA/PE abschätzt, ob kollidierende Pakete Prioritätsdaten sind, und, wenn dies der Fall ist, die Backoff-Zeit des Pakets auf Basis der Priorität berechnet und dieses Paket bevorzugt sendet.
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ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Arbeitsbelastung des Prozessors einer Netzwerkstation zu verringern.
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Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
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Ausgestaltungen sind in den abhängigen Ansprüchen gegeben.
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Gemäß einer Ausgestaltung wird ein WLAN-Kommunikationsgerät bereitgestellt, welches einen ersten und zweiten Puffer, einen gemeinsamen Hardware-Backoff-Generator sowie einen ersten und zweiten Backoff-Zähler enthält. Die ersten und zweiten Puffer dienen dem Aufreihen erster bzw. zweiter Datenpakete, die durch das WLAN-Kommunikationsgerät übertragen werden sollen, nachdem der Übertragungskanal für mindestens eine erste bzw. zweite Backoff-Zeit frei war. Der gemeinsame Hardware-Backoff-Generator ist dazu angepasst, einen ersten und zweiten Backoff-Startwert zu erzeugen, der dazu benutzt wird, die erste bzw. zweite Backoff-Zeit zu bestimmen. Die ersten und Zweiten Backoff-Zähler sind dazu angepasst, das Ende der ersten bzw. zweiten Backoff-Zeit zu bestimmen, indem sie einmal in einem vorbestimmten Zeit-Slot einen ersten bzw. zweiten Backoff-Startwert vermindern und bei dem ersten bzw. zweiten Backoff-Startwert beginnen. Der gemeinsame Hardware-Backoff-Generator ist mit jedem des ersten und zweiten Backoff-Zählers verbunden, um dem ersten bzw. zweiten Backoff-Zähler den ersten bzw. zweiten Backoff-Startwert bereitzustellen. Der vorbestimmte Zeitslot ist in einen ersten und einen zweiten Backoff-Erzeugungszyklus unterteilt, der dem ersten bzw. zweiten Puffer zugeordnet ist. Der gemeinsame Hardware-Backoff-Generator ist ferner dazu angepasst, zu bestimmen, ob die Erzeugung eines Backoff-Startwerts für einen Puffer angefordert wird, welchem ein aktueller Backoff-Erzeugungszyklus zugeordnet ist, und den ersten bzw. zweiten Backoff-Startwert nur dann zu erzeugen, wenn der aktuelle Backoff-Erzeugungszyklus der erste bzw. zweite Backoff-Erzeugungszyklus ist und die Erzeugung eines Backoff-Startwerts für den ersten bzw. zweiten Puffer angefordert ist.
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Eine weitere Ausgestaltung betrifft einen integrierten Schaltkreischip zum Durchführen von WLAN-Kommunikation, welche einen ersten und zweiten Pufferschaltkreis, einen gemeinsamen Backoff-Erzeugungsschaltkreis sowie einen ersten und einen zweiten Backoff-Zählerschaltkreis enthält. Die ersten und zweiten Pufferschaltkreise dienen dem Aufreihen erster bzw. zweiter Datenpakete, die durch den integrierten Schaltkreischip übertragen werden sollen, nachdem ein Übertragungskanal für mindestens eine erste bzw. zweite Backoff-Zeit frei war. Der gemeinsame Backoff-Erzeugungsschaltkreis ist dazu angepasst, einen ersten und zweiten Backoff-Startwert zu erzeugen, der dazu benutzt wird, die erste bzw. zweite Backoff-Zeit zu bestimmen. Die ersten und zweiten Backoff-Zählerschaltkreise sind dazu angepasst, das Ende der ersten bzw. zweiten Backoff-Zeit zu bestimmen, indem sie einmal in einem vorbestimmten Zeitslot einen ersten bzw. zweiten Backoff-Zählerwert vermindern und bei dem ersten bzw. zweiten Backoff-Startwert beginnen. Der gemeinsame Backoff-Erzeugungsschaltkreis ist mit jedem des ersten und zweiten Backoff-Zählerschaltkreises verbunden, um dem ersten bzw. zweiten Backoff-Zählerschaltkreis den ersten bzw. zweiten Backoff-Startwert bereitzustellen. Der vorbestimmte Zeitslot ist in einen ersten und einen zweiten Backoff-Erzeugungszyklus unterteilt, der dem ersten, bzw. zweiten Puffer zugeordnet ist. Der gemeinsame Backoff-Erzeugungsschaltkreis ist ferner dazu angepasst, zu bestimmen, ob die Erzeugung eines Backoff-Startwerts für einen Pufferschaltkreis angefordert ist, welchem ein aktueller Backoff-Erzeugungszyklus zugeordnet ist und den ersten bzw. zweiten Backoff-Startwert nur dann zu erzeugen, wenn der aktuelle Backoff-Erzeugungszyklus der erste bzw. zweite Backoff-Erzeugungszyklus ist und die Erzeugung eines Backoff-Startwerts für den ersten bzw. zweiten Pufferschaltkreis angefordert ist.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltung wird ein Verfahren zum Betrieb eines WLAN-Kommunikationsgeräts bereitgestellt. Erste bzw. zweite Datenpakete, die durch das WLAN-Kommunikationsgerät übertragen werden sollen, nachdem ein Übertragungskanal für mindestens eine erste bzw. zweite Backoff-Zeit frei war, werden in einem ersten bzw. zweiten Puffer aufgereiht. Durch einen gemeinsamen Hardware-Backoff-Generator werden ein erster und ein zweiter Backoff-Startwert erzeugt, die dazu benutzt werden, die erste bzw. zweite Backoff-Zeit zu bestimmen. Durch einen ersten und einen zweiten Backoff-Zähler wird das Ende der ersten bzw. zweiten Backoff-Zeit bestimmt, indem einmal in einem vorbestimmten Zeitslot ein erster bzw. ein zweiter Backoff-Zählerwert vermindert wird, wobei bei dem ersten bzw. zweiten Backoff-Startwert begonnen wird. Der gemeinsame Hardware-Backoff-Generator, der mit dem ersten und zweiten Backoff-Zähler verbunden ist, stellt den ersten und zweiten Backoff-Startwert an den ersten bzw. zweiten Backoff-Zähler bereit. Der vorbestimmte Zeitslot ist in einen ersten und einen zweiten Backoff-Erzeugungszyklus unterteilt, der dem ersten bzw. zweiten Puffer zugeordnet ist. Der gemeinsame Hardware-Backoff-Generator bestimmt, ob die Erzeugung eines Backoff-Startwerts für einen Puffer angefordert ist, welchem ein aktueller Backoff-Erzeugungszyklus zugeordnet ist. Der erste bzw. zweite Backoff-Startwert wird nur dann erzeugt, wenn der aktuelle Backoff-Erzeugungszyklus der erste bzw. zweite Backoff-Erzeugungszyklus ist und die Erzeugung eines Backoff-Startwerts für den ersten bzw. zweiten Puffer angefordert ist.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die beigefügten Zeichnungen sind in die Beschreibung eingefügt und bilden einen Teil derselben zum Zwecke der Erläuterung der Prinzipien der Erfindung. Die Zeichnungen sind nicht als die Erfindung auf nur die veranschaulichten und beschriebenen Beispiele, wie die Erfindung gemacht und benutzt werden kann, beschränkend zu verstehen. Weitere Merkmale und Vorteile werden aus der folgenden und detaillierteren Beschreibung der Erfindung ersichtlich werden, wie in den beigefügten Zeichnungen veranschaulicht, wobei:
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1 ein Blockdiagramm ist, das Komponenten eines WLAN-Kommunikationsgeräts entsprechend dem Stand der Technik veranschaulicht;
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2 ein Blockdiagramm ist, das Komponenten eines WLAN-Kommunikationsgeräts entsprechend einer Ausgestaltung veranschaulicht;
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3 ein Flussdiagramm ist, das einen Übertragungssteuerungsprozess entsprechend einer Ausgestaltung veranschaulicht;
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4 ein Flussdiagramm ist, das den Schritt individueller Backoff-Steuerung der 3 entsprechend einer Ausgestaltung veranschaulicht;
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5A ein Blockdiagramm ist, das die Unterteilung eines Zeit-Slots in Backoff-Erzeugungszyklen entsprechend einer Ausgestaltung veranschaulicht;
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5B ein Blockdiagramm ist, das die Unterteilung eines Zeit-Slots in Backoff-Erzeugungszyklen entsprechend einer weiteren Ausgestaltung veranschaulicht;
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5C ein Blockdiagramm ist, das die Unterteilung eines Zeit-Slots in Backoff-Erzeugungszyklen entsprechend einer weiteren Ausgestaltung veranschaulicht;
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6 ein Flussdiagramm ist, das den Schritt gemeinsamer Backoff-Erzeugung der 3 entsprechend einer Ausgestaltung veranschaulicht;
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7 ein Flussdiagramm ist, das den Schritt gemeinsamer Backoff-Erzeugung der 3 entsprechend einer weiteren Ausgestaltung veranschaulicht;
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8 ein Flussdiagramm ist, das den Schritt der Paket-Planung der 3 entsprechend einer Ausgestaltung veranschaulicht; und
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9 ein Flussdiagramm ist, das den Schritt der individuellen Contention-Window-Anpassung der 3 entsprechend einer Ausgestaltung veranschaulicht.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die verdeutlichenden Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben werden, in denen ähnliche Elemente und Strukturen durch ähnliche Bezugszeichen angegeben sind.
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Wenn man sich nun auf 2 bezieht, so sind Komponenten eines WLAN-Kommunikationsgeräts entsprechend einer Ausgestaltung gezeigt. Um die 802.11e-Kompatibilität bereitzustellen, ist in dem abgebildeten WLAN-Kommunikationsgerät eine Anzahl n von Verkehrsklassen 205, 230, 255 implementiert. Die Anzahl n von Verkehrsklassen 205, 230, 255 kann z. B. 4 oder 8 oder eine beliebige andere ganze Zahl sein. Die Verkehrsklassen 205, 230, 255 können völlig unabhängig voneinander sein.
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Jede Verkehrsklasse 205, 230, 255 kann ihre eigene Queue 210, 235, 260 umfassen, die eine geordnete Sequenz zu übertragender Pakete enthält. Die Queues 210, 235, 260 können z. B. in Form von FIFO-Puffern realisiert sein. Jede Queue 210, 235, 260 kann mit einem Paket-Planer 280 verbunden sein, um die Pakete an den Übertragungskanal weiterzuleiten.
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Für Backoff-Operationen kann jede Verkehrsklasse 205, 230, 255 einen Backoff-Zähler 225, 250, 275 und einen Contention-Window-Adapter 215, 240, 265 umfassen.
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Jeder Backoff-Zähler 225, 250, 275 kann mit dem Paket-Planer 280 verbunden sein, um den Paket-Planer 280 zu informieren, ob die entsprechende Verkehrsklasse 205, 230, 255 ihre Backoff-Operation abgeschlossen hat, d. h. ob ihr Backoff-Zählerwert Null erreicht hat. In anderen Ausgestaltungen können die Backoff-Zähler 225, 250, 275 mit Zwischeneinheiten verbunden sein, die zwischen den Queues 210, 235, 260 und dem Paket-Planer 280 geschaltet sein können und die Pakete nur dann von den Queues 210, 235, 260 an den Paket-Planer 280 weiterleiten können, wenn der entsprechende Backoff-Zählerwert Null erreicht hat.
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Die Contention-Window-Adaptoren 215, 240, 265 können es erlauben, individuelle Contention Windows für jede der Verkehrsklassen 205, 230, 255 zu setzen und/oder anzupassen.
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Wenn man das WLAN-Kommunikationsgerät der 2 mit dem WLAN-Kommunikationsgerät vergleicht, das in 1 abgebildet ist, so sind die Backoff-Zähler 225, 250, 275 der vorliegenden Ausgestaltung mit einem einzigen Backoff-Generator 285 verbunden, der allen Verkehrsklassen 205, 230, 255 gemeinsam (shared) ist, anstatt individuelle Backoff-Generatoren 120, 145, 170 zu umfassen. In anderen Ausgestaltungen können die Backoff-Zähler 225, 250, 275 mancher der Verkehrsklassen 205, 230, 255 mit dem gemeinsamen Backoff-Generator 285 verbunden sein, während andere der Verkehrsklassen 205, 230, 255 ihre eigenen Backoff-Generatoren umfassen können. In weiteren Ausgestaltungen kann das WLAN-Kommunikationsgerät mehr als einen Backoff-Generator 185 umfassen, wobei jeder manchen der Verkehrsklassen 205, 230, 255 gemeinsam ist.
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Der gemeinsame Backoff-Generator 285 kann an die Contention-Window-Adaptoren 215, 240, 265 und die Backoff-Zähler 225, 250, 275 jeder Verkehrsklasse 205, 230, 255, die mit dem Backoff-Generator 285 verbunden sind, gekoppelt sein. In einer Ausgestaltung können die Contention-Window-Adaptoren 215, 240, 265 parallel mit dem Backoff-Generator 285 verbunden sein. In dieser Ausgestaltung können die Contention-Window-Adaptoren 215, 240, 265 dem Backoff-Generator 285 die aktuell gültigen Contention Windows für die Verkehrsklassen 205, 230, 255 zusammen mit einem Identifikator, der die Verkehrsklasse 205, 230, 255 angibt, zu der der entsprechende Contention-Window-Adapter 215, 240, 265 gehört, bereitstellen. Alternativ kann der Backoff-Generator 285 die Contention Windows für jede der Verkehrsklassen 205, 230, 255 individuell von dem entsprechenden Contention-Window-Adapter 215, 240, 265 anfordern. In wiederum weiteren Ausgestaltungen kann der Backoff-Generator 285 vielfache Eingänge haben, die jeweils mit einem der Contention-Window-Adaptoren 215, 240, 265 verbunden sind.
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Des Weiteren kann der Backoff-Generator 285 mit jedem der Backoff-Zähler 225, 250, 275 verbunden sein, um die Backoff-Zähler 225, 250, 275 mit den BC-Startwerten für die Backoff-Operation zu versorgen. Entsprechend der vorliegenden Ausgestaltung sind die Backoff-Zähler 225, 250, 275 parallel mit dem Backoff-Generator 285 verbunden, und der Backoff-Generator 285 liefert jeden der BC-Startwerte zusammen mit dem Identifikator, der einen der Backoff-Zähler 225, 250, 275 als Ziel-Backoff-Zähler angibt. Alternativ konnte der Backoff-Generator 285 eine Vielzahl von BC-Startwert-Ausgängen haben, die jeweils mit einem der Backoff-Zähler 225, 250, 275 verbunden sind.
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Wenn man nun zu 3 übergeht, so ist ein Flussdiagramm gezeigt, dass die Übertragungssteuerung veranschaulicht, die durch ein WLAN-Kommunikationsgerät entsprechend einer Ausgestaltung durchgeführt werden kann. Das WLAN-Kommunikationsgerät kann die oben in Bezug auf 2 beschriebenen Komponenten umfassen.
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In Schritt 310 können alle der Verkehrsklassen 205, 230, 255 parallel eine individuelle Backoff-Steueroperation durchführen. Der Backoff-Generator 285 kann in Schritt 320 eine gemeinsame Backoff-Erzeugung durchführen. Entsprechend der vorliegenden Ausgestaltung sind die individuelle Backoff-Steuerung 310 und die gemeinsame Backoff-Erzeugung 320 parallele verschachtelte Prozesse, wie unten detaillierter erklärt werden wird. Nach dem Abschluss der individuellen Backoff-Steuerung 310 in den Verkehrsklassen 205, 230, 255 kann in Schritt 330 durch den Paket-Planer 280 eine Paket-Planung durchgeführt werden. Dann können die Contention-Window-Adaptoren 215, 240, 265 einen Contention-Window-Anpassungsprozess 340 individuell in den Verkehrsklassen 205, 230, 255 durchführen.
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Die Schritte der individuellen Backoff-Steuerung 310 entsprechend der vorliegenden Ausgestaltung sind in 4 abgebildet. Die gemeinsame Backoff-Erzeugung 320 wird detaillierter in Bezug auf die 5A, 5B, 5C, 6 und 7 erklärt werden. Weitere Details der Paket-Planung 330 und der individuellen Contention-Window-Anpassung 340 werden in Bezug auf die 8 bzw. 9 gegeben werden.
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Wenn man sich nun auf 4 bezieht, so ist die Backoff-Steuerung 310, die parallel in jeder der Verkehrsklassen 205, 230, 255 durchgeführt wird, gezeigt. In Schritt 405 kann abgefragt werden, ob das WLAN-Kommunikationsgerät, das auch als Gerät (Station) bezeichnet wird, angeschalten wird (powered up), d. h. ob der aktuelle Übertragungssteuerprozess ein initialer Übertragungssteuerprozess ist. Wenn dies der Fall ist, kann das Contention Window in Schritt 410 auf den minimal erlaubten Wert CWmin gesetzt werden. Es ist anzumerken, dass der CWmin-Wert für jede der Verkehrsklassen 205, 230, 255 unterschiedlich sein kann und durch einen WLAN-Zugangsknoten bereitgestellt werden kann. Wenn der aktuelle Übertragungssteuerprozess kein initialer ist, kann Schritt 410 ausgelassen werden.
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In Schritt 415 kann abgefragt werden, ob es in der Queue 210, 235, 260 ein Paket gibt, das übertragen werden soll. Wenn dies nicht der Fall ist, kann die entsprechende Verkehrsklasse 205, 230, 255 in Schritt 420 bis zum Beginn des nächsten Zeit-Slots warten und dann die Abfrage 415 wiederholen. Sobald es ein zu übertragendes Paket gibt, kann die Verkehrsklasse 205, 230, 255 vom gemeinsamen Backoff-Generator 285 anfordern, einen BC-Startwert bereitzustellen. Dies kann erreicht werden, indem z. B. das aktuelle Contention Window vom Contention-Window-Adapter 215, 240, 265 an den Backoff-Generator 285 gesandt wird oder indem eine dedizierte Backoff-Erzeugungsanforderung dorthin gesandt wird. An diesem Punkt kann die Backoff-Erzeugung 320 zwischengeschoben werden. Der in diesem Prozess erzeugte BC-Startwert kann vom Backoff-Generator 285 an die anfordernde Verkehrsklasse 205, 230, 255 gesandt und in Schritt 430 empfangen werden.
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Als nächstes kann in Schritt 435 bestimmt werden, ob das Übertragungsmedium, d. h. der Kanal, auf dem das WLAN-Kommunikationsgerät das Paket zu übertragen beabsichtigt, belegt ist. Wenn dies der Fall ist, kann die Verkehrsklasse 205, 230, 255 in Schritt 440 bis zum Beginn des nächsten Zeit-Slots warten und dann die Abfrage 435 wiederholen. Wenn in Schritt 435 jedoch bestimmt wurde, dass das Übertragungsmedium frei ist, kann die Verkehrsklasse 205, 230, 255 in Schritt 445 bis zum letzten Slot ihres AIFS-Intervalls warten und dann den Backoff-Zählerwert in Schritt 450 um Eins vermindern. In anderen Ausgestaltungen kann die Verkehrsklasse 205, 230, 255 in Schritt 445 bis zum Ende des AIFS-Intervalls warten, bevor sie den Backoff-Zählerwert in Schritt 450 vermindert. Es ist anzumerken, dass das AIFS-Intervall für manche oder jede der Verkehrsklassen 205, 230, 255 unterschiedlich sein kann und durch den Zugangsknoten gesetzt werden kann.
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Nachdem sie in Schritt 455 bis zum Beginn des nächsten Zeit-Slots gewartet hat, kann die Verkehrsklasse 205, 230, 255 in Schritt 460 bestimmen, ob der Backoff-Zählerwert Null erreicht hat. Wenn dies noch nicht der Fall ist, kann in Schritt 465 bestimmt werden, ob das Übertragungsmedium noch frei ist. Wenn dies der Fall ist, kann die Verkehrsklasse 205, 230, 255 zu Schritt 450 zurückkehren, um den Backoff-Zählerwert nochmals zu vermindern. Wenn jedoch Schritt 465 ergibt, dass das Übertragungsmedium wieder belegt wurde, kann das individuelle Backoff-Steuerschema zu Schritt 440 zurückkehren, um bis zum Start des nächsten Zeit-Slots zu warten und dann in Schritt 435 wieder abzufragen, ob das Medium belegt ist.
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Wenn in Schritt 460 bestimmt wird, dass der Backoff-Zählerwert Null erreicht hat, kann die Verkehrsklasse 205, 230, 255 versuchen, ein Paket aus ihrer Queue 210, 235, 260 zu übertragen. Entsprechend der vorliegenden Ausgestaltung meldet die Verkehrsklasse 205, 230, 255 dem Paket-Planer 280 in Schritt 470, dass sie nun ein Paket übertragen will. In anderen Ausgestaltungen kann der Paket-Planer 280 durch den Backoff-Zähler 225, 250, 275 informiert werden, dass der Backoff-Zählerwert Null erreicht hat und kann dann von der entsprechenden Queue 210, 235, 260 anfordern, das zu übertragende Paket über den Paket-Planer 280 an den Übertragungskanal weiterzuleiten.
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Wenn man nun zu 5A bis 7 übergeht, so wird die gemeinsame Backoff-Erzeugung 320 der vorliegenden Ausgestaltung detaillierter beschrieben werden.
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Wie oben in Bezug auf 2 erklärt wurde, kann der Backoff-Generator 285 einer Anzahl n von Verkehrsklassen 205, 230, 255 gemeinsam sein. Somit kann es für den Backoff-Generator 285 erforderlich sein, bis zu n BC-Startwerte, einen für jede der Verkehrsklassen 205, 230, 255, die in Schritt 425 Backoff-Erzeugung anfordern, in einem Zeit-Slot zu erzeugen. Im vorliegenden Fall wird der BC-Startwert als ganze Zufallszahl aus dem Intervall [1; CW + 1] erzeugt. In anderen Ausgestaltungen kann für die Backoff-Erzeugung das Intervall [0; CW] oder jedes beliebige andere Intervall, das auf dem Contention Window basiert, benutzt werden.
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Die Zeit, die der Backoff-Generator 285 zur Erzeugung eines Zufalls-BC-Werts benötigt, kann als BC-Taktzyklus bezeichnet werden. Entsprechend der vorliegenden Ausgestaltung ist der BC-Taktzyklus etwa eine Mikrosekunde und somit sehr viel kürzer als ein typischer EDCF-Zeit-Slot.
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In 5A ist ein Zeit-Slot 510 gezeigt, der entsprechend der vorliegenden Ausgestaltung in Backoff-Erzeugungszyklen 520, 530, 540 unterteilt ist. Die Anzahl von Backoff-Erzeugungszyklen 520, 530, 540 kann der Anzahl n von Verkehrsklassen 205, 230, 255, die in dem WLAN-Kommunikationsgerät implementiert sind, entsprechen. Jeder Backoff-Erzeugungszyklus 520, 530, 540 kann einer der Verkehrsklassen 205, 230, 255 zugeordnet sein. Während eines Zyklus 520, 530, 540 kann der Backoff-Generator 285 einen BC-Startwert für die Verkehrsklasse 205, 230, 255 erzeugen, der der Backoff-Erzeugungszyklus 520, 530, 540 zugeordnet ist. Dies wird in Bezug auf 6 detaillierter erklärt werden.
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Alternativ kann der Backoff-Erzeugungszyklus 520, 530, 540 nicht einer bestimmten der Verkehrsklassen 205, 230, 255 zugeordnet sein. Der Backoff-Generator 285 kann dann BC-Startwerte entsprechend dem in 7 abgebildeten Backoff-Erzeugungsschema erzeugen.
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Entsprechend der vorliegenden Ausgestaltung sind die Backoff-Erzeugungszyklen 520, 530, 540 gleich lang. In anderen Ausgestaltungen können die Backoff-Erzeugungszyklen 520, 530, 540 unterschiedliche Längen haben. Ferner können die Backoff-Erzeugungszyklen 520, 530, 540 genauso lang oder länger als der oben eingeführte BC-Taktzyklus sein. Zum Beispiel können die Backoff-Erzeugungszyklen 520, 530, 540 ganzzahligen Vielfachen des BC-Taktzyklus entsprechen.
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Während 5A ein Backoff-Erzeugungszeitschema zeigt, in welchem die Backoff-Erzeugungszyklen 520, 530, 540 in Summe den Zeit-Slot 510 ergeben, zeigen die 5B und 5C Zeitschemata anderer Ausgestaltungen, in denen die Summe der Längen der Backoff-Erzeugungszyklen 520, 530, 540 weniger als die Länge des Zeit-Slots 510 ist. In der Ausgestaltung der 5B folgt auf die Backoff-Erzeugungszyklen 520, 530, 540 ein Intervall 550, während dessen der Backoff-Generator 285 untätig (idle) ist. 5C zeigt das Backoff-Erzeugungszeitschema einer Ausgestaltung, in welcher die Backoff-Erzeugungszyklen 520, 530, 540 mit untätigen Intervallen 525, 535, 550 des Backoff-Generators 185 verschachtelt sind.
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Wenn man nun zu 6 übergeht, so ist ein Flussdiagramm der gemeinsamen Backoff-Erzeugung 320 entsprechend einer Ausgestaltung gezeigt, in welcher jeder der Backoff-Erzeugungszyklen 520, 530, 540 einer individuellen Verkehrsklasse 205, 230, 255 zugeordnet ist.
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In Schritt 610 kann der Backoff-Generator 285 bestimmen, ob die Verkehrsklasse 205, 230, 255, der der aktuelle Backoff-Erzeugungszyklus 520, 530, 540 zugeordnet ist, Backoff-Erzeugung anfordert, d. h. Schritt 425 der 4 durchführt. Wenn dies nicht der Fall ist, kann der Backoff-Generator 285 in Schritt 640 bis zum Beginn des nächsten Backoff-Erzeugungszyklus 520, 530, 540 warten und dann das gemeinsame Backoff-Erzeugungsschema 320 wiederholen.
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Wenn Schritt 610 ergibt, dass die Verkehrsklasse 205, 230, 255, der der aktuelle Backoff-Erzeugungszyklus 520, 530, 540 zugeordnet ist, Backoff-Erzeugung anfordert, kann in Schritt 620 für die zugeordnete Verkehrsklasse 205, 230, 255 ein BC-Startwert erzeugt werden. Dabei kann der Backoff-Generator 285 eine Zufallszahl aus einem Intervall erzeugen, das auf dem Contention Window der zugeordneten Verkehrsklasse, beispielsweise wie oben erklärt [1; CW + 1], basiert. Dann kann der Backoff-Generator 285 in Schritt 630 den erzeugten BC-Startwert an die zugeordnete Verkehrsklasse 205, 230, 255 senden und daraufhin in Schritt 640 bis zum Beginn des nächsten Backoff-Erzeugungszyklus 520, 530, 550 warten.
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In einer weiteren Ausgestaltung, in welcher die individuellen Backoff-Erzeugungszyklen 520, 530, 540 nicht spezifischen Verkehrklassen 205, 230, 255 zugeordnet sind, kann der Backoff-Generator 285 die gemeinsame Backoff-Erzeugung 320 entsprechend dem in dem Flussdiagramm der 7 veranschaulichten Verfahren durchführen.
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In diesem Fall kann in Schritt 710 bestimmt werden, ob es eine oder mehrere Verkehrsklassen 205, 230, 255 des WLAN-Geräts gibt, die Backoff-Erzeugung anfordern, z. B. indem sie den in Bezug auf 4 erklärten Schritt 425 durchführen. Wenn keine der Verkehrsklassen 205, 230, 255 Backoff-Erzeugung anfordert, kann der Backoff-Generator 285 zu Schritt 760 übergehen, um bis zum Beginn des nächsten Zeit-Slots zu warten und dann das abgebildete gemeinsame Backoff-Erzeugungsschema zu wiederholen.
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Im Falle, dass es eine oder mehrere Verkehrsklassen 205, 230, 255 gibt, die Backoff-Erzeugung anfordern, kann der Backoff-Generator 285 in Schritt 715 eine der anfordernden Verkehrsklassen 205, 230, 255 auswählen. Wenn nur eine Verkehrsklasse 205, 230, 255 Backoff-Erzeugung anfordert, kann diese Verkehrsklasse 205, 230, 255 in Schritt 715 ausgewählt werden. Dann kann in Schritt 720 ein BC-Startwert für die ausgewählte Verkehrsklasse 205, 230, 255 auf Basis des Contention Windows der ausgewählten Verkehrsklasse 205, 230, 255 erzeugt werden. Daraufhin kann in Schritt 730 der erzeugte BC-Startwert an die ausgewählte Verkehrsklasse 205, 230, 255 gesandt werden.
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In Schritt 740 kann der Backoff-Generator 285 bis zum Beginn des nächsten Backoff-Erzeugungszyklus 520, 530, 540 warten und dann in Schritt 750 bestimmen, ob es noch Verkehrsklassen 205, 230, 255 gibt, die Backoff-Erzeugung anfordern und für welche während des aktuellen Zeit-Slots 510 noch kein BC-Startwert erzeugt wurde. Wenn dies der Fall ist, kann der Backoff-Generator 285 die Schritte 715 bis 750 wiederholen. Sobald Schritt 750 ergibt, dass es keine anfordernden Verkehrsklassen 205, 230, 255 mehr zu bedienen gibt, d. h., dass für alle Verkehrsklassen, die in dem aktuellen Zeit-Slot 510 Backoff-Erzeugung anfordern, BC-Startwerte erzeugt wurden, kann der Backoff-Generator 285 in Schritt 760 bis zum Beginn des nächsten Zeit-Slots 510 warten und dann zu Schritt 710 zurückkehren.
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Wenn man nun zu 8 übergeht, so ist die Paket-Planung 330, die durch den Paket-Planer 280 durchgeführt wird, entsprechend einer Ausgestaltung gezeigt. In Schritt 810 kann der Paket-Planer 280 bestimmen, ob es mehr als eine Verkehrsklasse 205, 230, 255 gibt, die versucht, ein Paket zu übertragen, d. h. die den oben in Bezug auf 4 erklärten Schritt 470 durchführt. In Ausgestaltungen, in denen die Backoff-Zähler 225, 250, 275 mit dem Paket-Planer 280 verbunden sind, kann dies eine Bestimmung umfassen, ob mehr als ein Backoff-Zähler 225, 250, 275 meldet, dass sein Backoff-Zählerwert Null erreicht hat. In anderen Ausgestaltungen, z. B. in denen die Backoff-Zähler 225, 250, 275 jeweils mit einer zwischen den Queues 210, 235, 260 und dem Paket-Planer 280 geschalteten Zwischeneinheit wie oben in Bezug auf 2 angegeben verbunden sind, kann Schritt 810 eine Bestimmung enthalten, ob Pakete von mehr als einer Queue 210, 235, 260 an den Paket-Planer 280 weitergeleitet werden.
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Wenn Schritt 810 ergibt, dass es eine Vielzahl von Verkehrsklassen 205, 230, 255 gibt, die versuchen ein Paket zu überfragen, kann der Paketplaner 280 in Schritt 820 die Verkehrsklasse 205, 230, 255 identifizieren, die die höchste Priorität hat, und dann der Verkehrsklasse 205, 230, 255 mit der höchsten Priorität erlauben, ihr Paket zu übertragen, z. B. indem er das Paket der Verkehrsklasse 205, 230, 255 mit der höchsten Priorität an den Übertragungskanal weiterleitet. Im Falle, dass in Schritt 810 bestimmt wird, dass nur eine oder keine der Verkehrsklassen 205, 230, 255 versucht, ein Paket zu übertragen, kann der Paket-Planer 280 in Schritt 840 der versuchenden Verkehrsklasse 205, 230, 255, sofern es eine solche gibt, erlauben, ihr Paket über den Übertragungskanal zu übertragen.
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Sobald eine Verkehrsklasse 205, 230, 255 in Schritt 470 versucht hat, ein Paket zu übertragen, und die Paket-Planung 330 durchgeführt wurde, kann durch diejenigen Verkehrsklassen 205, 230, 255, die einen Versuch 470, ein Paket zu übertragen, unternommen haben, der individuelle Contention-Window-Anpassungsprozess 340 durchgeführt werden. Dies wird nun detaillierter in Bezug auf 9 erklärt werden.
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In Schritt 910 kann die Verkehrsklasse 205, 230, 255 auf eine Bestätigung (ACK: acknowledgement) warten, die angibt, dass ihr Paket am beabsichtigten Ziel empfangen wurde. In Schritt 920 kann bestimmt werden, ob ein entsprechendes ACK-Paket empfangen wurde. Es kann eine vorbestimmte ACK-Zeit geben, während der das ACK-Paket durch die Verkehrsklasse 205, 230, 255 empfangen werden muss.
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Wenn innerhalb dieser ACK-Zeit kein ACK-Paket empfangen wird, kann in Schritt 920 bestimmt werden, dass kein ACK-Paket empfangen wurde. Der Contention-Window-Adapter 215, 240, 265 der Verkehrsklasse 205, 230, 255, der die individuelle Contention-Window-Anpassung 340 durchführt, kann dann in Schritt 930 einen neuen Contention-Window-Wert berechnen. Dies kann z. B. erreicht werden, indem das Contention Window verdoppelt wird oder indem das Contention Window mit einem Persistence-Faktor (PF) multipliziert wird, der für die individuellen Verkehrsklassen 205, 230, 255 unterschiedlich sein kann. Alternativ kann das neue Contention Window in Schritt 930 als neues CW = ((CW + 1) × PF) – 1 berechnet werden. In anderen Ausgestaltungen können andere Algorithmen verwendet werden, um das neue Contention Window in Schritt 930 zu berechnen.
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Sobald ein neues Contention Window berechnet wurde, kann der Contention-Window-Adapter 215, 240, 265 in Schritt 940 bestimmen, ob das neue Contention Window einen maximal erlaubten Wert CWmax überschreitet. Wenn dies nicht der Fall ist, kann Schritt 960 durchgeführt werden, um das Contention Window auf den in Schritt 930 berechneten neuen Contention-Window-Wert zu setzen. Andernfalls kann das Contention Window in Schritt 950 auf den CWmax-Wert gesetzt werden. In anderen Ausgestaltungen kann das individuelle Contention-Window-Anpassungsschema 340 zu Schritt 930 zurückkehren, wenn in Schritt 940 bestimmt wurde, dass das neue Contention Window den maximal erlaubten Wert CWmax überschreitet. Der CWmax-Wert kann für die verschiedenen Verkehrsklassen 205, 230, 255 unterschiedlich sein und kann durch den WLAN-Zugangsknoten bereitgestellt werden.
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Wie aus der obigen Beschreibung von Ausgestaltungen ersichtlich, wird eine Technik der Teilung der Ressourcen zur Erzeugung einer QoS-Zufallszahl bereitgestellt, die es erlauben kann, die Herstellungs- und Hardwarekosten zu reduzieren. Ein Satz von Queues 205, 230, 255 kann entsprechend der 802.11e-/WME-Spezifikation definiert werden, wobei jede Queue 205, 230, 255 ihre eigene Kanalzugangsfunktion hat. Jede Kanalzugangsfunktion kann wiederum einen Satz primitiver Polynome enthalten, die zur Backoff-Erzeugung 320 benutzt werden.
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Um die Hardwarekosten zu reduzieren, kann die Backoff-Erzeugung 320 unter allen Queues 205, 230, 255 geteilt werden, indem Zeitintervalle 520, 530, 540 gleich der Anzahl n an Queues 205, 230, 255 definiert werden. Für Backoff-Aktualisierungen einer Queue 205, 230, 255 kann nur das Zeitintervall 520, 530, 540 benutzt werden, welches dieser Queue 205, 230, 255 zugeordnet ist.
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Während die Erfindung in Bezug auf die physikalischen Ausgestaltungen beschrieben wurde, die in Übereinstimmung damit konstruiert wurden, wird es Fachleuten ersichtlich sein, dass vielfältige Modifikationen, Variationen und Verbesserungen der vorliegenden Erfindung im Lichte der obigen Lehren und innerhalb des Umfangs der beigefügten Ansprüche gemacht werden können, ohne von dem Umfang der Erfindung abzuweichen. Zusätzlich wurden solche Bereiche, von denen angenommen wird, dass sich Fachleute auskennen, hierin nicht beschrieben, um die hier beschriebene Erfindung nicht unnötig zu verschleiern. Entsprechend ist zu verstehen, dass die Erfindung nicht durch die spezifischen veranschaulichenden Ausgestaltungen, sondern nur durch den Umfang der beigefügten Ansprüche beschränkt wird.
