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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung der Kommunikation mit mobilen Stationen über ein drahtloses Netzwerk, vorzugsweise einem WLAN (Wireless Local Area Network) nach dem IEEE 802.11 Standard, wobei das Netzwerk mindestens einen Access Point aufweist, über den die mobilen Stationen mit dem Netzwerk assoziiert sind, wobei die mobilen Stationen in einen Energiesparmodus versetzbar sind, und wobei Daten-Frames durch eine in einem Energiesparmodus befindliche Station zu bestimmten Service-Zeitpunkten empfangbar sind.
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Im Bereich der drahtlosen Netzwerke findet das WLAN (Wireless Local Area Network) nach IEEE 802.11 Standard mittlerweile die stärkste Verbreitung und wird nicht nur im privaten Bereich zur Anbindung von Laptops oder anderen Rechnern an einen DSL-Zugang eingesetzt sondern wird darüber hinaus auch als Hot-Spot-Zugangstechnologie zum Internet innerhalb zellulärer 3GPP-Systeme oder als Zugangstechnologie zum IP-Multimedia-Subsystem (IMS) in Betracht gezogen. Da relativ häufig mobile Stationen an ein WLAN angebunden werden, die lediglich über sehr beschränkte Energiereserven beispielsweise in Form von Batterien, Akkus oder Brennstoffzellen verfügen, sind leistungsfähige Mechanismen zum Einsparen der beschränkt zur Verfügung stehenden Energie notwendig.
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Mit dem IEEE 802.118 Standard wurde durch das APSD (Automatic Power Save Delivery) ein Verfahren zur Energieeinsparung definiert, das in Infrastrukturnetzwerken, d. h. in Netzwerken mit einem oder mehreren Access Points, und in Ad-Hoc/Mesh-Netzwerken eingesetzt werden kann. Der IEEE 802.11e Standard unterscheidet dabei zwei Betriebsmodi: Unscheduled APSD (U-APSD) und Scheduled APSD (S-APSD). Bei beiden Verfahren teilt eine Station dem Access Point mit, wenn sie in einen APSD-Energiesparmodus übergehen möchte. Danach betritt die mobile Station einen Schlafzustand, in dem sie keine ankommenden Daten-Frames annehmen kann. Lediglich zu bestimmten Zeitpunkten verlässt die mobile Station den Schlafzustand und kann Daten-Frames empfangen. Deshalb leitet der Access Point ab dem Zeitpunkt, an dem die mobile Station den Schlafzustand betritt, keine Daten-Frames mehr direkt an die mobile Station weiter, sondern legt alle ankommenden Daten-Frames für die in einem Energiesparmodus befindliche mobile Station in einem Zwischenspeicher ab.
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Bei der Weiterbehandlung der zwischengespeicherten Daten-Frames unterscheiden sich die beiden Betriebsmodi. Beim U-APSD verlässt die mobile Station zu unbestimmten Zeitpunkten den Schlafzustand und informiert den Access Point über die Zustandsänderung. Darauf leitet der Access Point die eventuell zwischengespeicherten Daten-Frames an die entsprechende Station weiter.
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S-APSD verfolgt bei der Übermittlung der beim Access Point zwischengespeicherten Daten-Frames einen anderen Ansatz. Beim S-APSD werden in regelmäßigen Zeitabständen Daten vom Access Point an die mobile Station weitergeleitet. Dazu wird nach der Mitteilung der mobilen Station, dass der APSD-Energiesparmodus betreten werden soll, zwischen der mobilen Station und dem Access Point vereinbart, zu welchen Zeitpunkten eine Auslieferung von Daten-Frames erfolgen kann. Zu diesen festgelegten Service-Zeitpunkten verlässt die mobile Station den Schlafzustand und empfängt durch den Access Point gesendete Daten-Frames.
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Bei Vereinbarung der Service-Zeitpunkte können diese relativ beliebig gewählt werden. Dabei können jedoch bereits bei wenigen parallelen S-APSD-Prozessen Überschneidungen der Service-Zeiträume auftreten, d. h. in die Zeiträume, in denen bereits beispielsweise zwischengespeicherte Daten-Frames an eine mobile Station weitergeleitet werden, fallen weitere Service-Zeitpunkte. Da der Funkkanal lediglich durch ein Gerät gleichzeitig genutzt werden kann, führen überschneidende Service-Zeiträume dazu, dass eine mobile Station nach dem Verlassen des Schlafzustands solange warten muss, bis bereits gestartete Datenübertragungen während eines Service-Zeitraums abgeschlossen sind. Durch diese unnötigen Wartezeiten wird wertvolle Energie aus dem Energiespeicher entnommen, wodurch sich die Betriebszeit einer mobilen Station reduziert.
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Aus der
US-2005/0152324 A1 ist für sich gesehen ein Verfahren zur Realisierung eines effizienten Powermanagements in einem WLAN bekannt. Die Servicezeitpunkte werden auf der Basis einer Anpassung eines Basic Service Intervalls an Service-Intervalle in der Traffic Specification (TSPEC) bestimmt.
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Aus der
WO 2004/075437 A1 ist ein Verfahren zur Signalübertragung in einem Funk-Kommunikationssystem mit mindestens zwei Frequenzkanälen zur Signalübertragung bekannt. Einer der Frequenzkanäle wird für eine Organisation von Funkressourcen und der andere Frequenzkanal für eine Signalübertragung zwischen Stationen genutzt, wobei die Signalübertragung von/zu Stationen auf den Frequenzkanälen gemäß einem vorgegebenen zeitlichen Muster erfolgt.
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Die
US 2004/0253996 A1 offenbart ein Verfahren zur Energieeinsparung in einem WLAN, wobei der Beacon Frame Body modifiziert wird oder der Schedule Information Frame gesendet wird. Das Zugangsverhalten der Stationen zum Medium kann dabei dynamisch re-programmiert werden.
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Aus der
WO 2004/082211 A1 ist für sich gesehen ein Verfahren zur Planung von Service-Zeitpunkten in einem WLAN bekannt, bei dem mindestens ein Hybrid-Koordinator (HC) und mindestens eine Quality of Service-Station (QSTA) durch Übermittlung eines Schedule Element Frames (SEF) synchronisiert werden.
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Der vorliegenden Erfindung liegt nunmehr die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Steuerung der Kommunikation mit mobilen Stationen der eingangs genannten Art derart auszugestalten und weiterzubilden, dass der Energieverbrauch der mobilen Stationen weiter reduziert wird.
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Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch die Merkmale des Patentanspruches 1 gelöst. Danach ist das in Rede stehende Verfahren derart ausgestaltet, dass die Service-Zeitpunkte unter Einbeziehen des Wissens über bestehende geplante Übertragungen zwischen mobilen Stationen und dem Access Point derart bestimmt werden, dass der zeitliche Abstand zwischen den geplanten Service-Zeitpunkten aller mit dem Access Point assoziierten mobilen Stationen maximal ist.
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In erfindungsgemäßer Weise ist zunächst erkannt worden, dass durch eine gezielte Planung bei der Vereinbarung der Service-Zeitpunkte Überschneidungen zwischen Service-Zeiträumen wirkungsvoll reduziert werden können. Erfindungsgemäß werden dabei Informationen über den Access Point und den mit diesem Access Point assoziierten mobilen Stationen, nämlich die bereits geplanten Service-Zeitpunkte einbezogen. Dadurch werden Überschneidungen von Service-Zeiträumen erheblich reduziert. Dies führt zu weniger Kollisionen mit anderen Daten-Frames und einer konstanteren und besser vorhersagbaren Qualität der Verbindungen. Dadurch können die mobilen Stationen wesentlich effektiver in einem Energiesparmodus betrieben werden, da Wartezeiten in Folge von überlappenden Service-Zeiträumen vollständig vermieden oder zumindest erheblich reduziert werden.
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Als möglichst einfaches und effektives Optimierungskriterium wird erfindungsgemäß eine Maximierung der zeitlichen Abstände zwischen den einzelnen geplanten Service-Zeitpunkten aller mit dem Access Point assoziierten und in einem S-APSD-Energiesparmodus befindlichen mobilen Stationen genutzt. Mit diesem Kriterium lassen sich auf sehr einfache Weise die Überlappungen reduzieren oder sogar komplett vermeiden.
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Hinsichtlich einer möglichst einfachen Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Service-Zeitpunkte durch den Access Point bestimmt und an die jeweilige mobile Station übermittelt. Dies ist insbesondere daher sinnvoll, da beim Access Point bereits viele Informationen über bestehende Verbindungen und die dadurch notwendigen Übertragungen von Steuer-Frames oder Ähnlichem vorliegen. Dabei bietet es sich an, die Service-Zeitpunkte unmittelbar vor dem Übergang einer mobilen Station in einen Energiesparmodus zu bestimmen und an die mobile Station zu übermitteln. Zur Bestimmung möglichst adäquater Service-Zeitpunkte kann es vorgesehen sein, dass durch eine mobile Station gewünschte Service-Zeitpunkte angegeben werden.
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Zur möglichst einfachen Darstellung können die Service-Zeitpunkte durch einen Startzeitpunkt und ein Service-Intervall, mit dem eine periodische Wiederholung der Service-Zeitpunkte festgelegt ist, definiert sein. Dadurch kann auf einfache Weise aus einem beliebigen Service-Zeitpunkt der oder die folgenden Service-Zeitpunkte berechnet werden.
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Vorzugsweise besteht die Bestimmung der Service-Zeitpunkte im Wesentlichen darin, einen möglichst optimalen Startzeitpunkt zu finden. Insbesondere bei S-APSD-Prozessen, deren Service-Intervalle im Wesentlichen ein ganzzahliges Vielfaches zueinander betragen, lässt sich auf diese Weise bereits recht wirkungsvoll eine Überschneidung der Service-Zeitpunkte vermeiden oder zumindest erheblich reduzieren. In manchen Fällen kann es jedoch vorkommen, dass die Service-Intervalle in einem derart ungünstigen Verhältnis zueinander stehen, dass eine Reduzierung der Überlappungen der Service-Zeiträume bei einer vertretbaren Verschiebung des Startzeitpunkts nur in sehr geringem Ausmaß möglich ist. Hier kann es sinnvoll sein, das Service-Intervall von neu zu planenden Service-Zeitpunkten vorzugsweise geringfügig abzuändern und somit eine Reduzierung der Überlappungen zu erhalten.
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Bei der Bestimmung der Service-Zeitpunkte kann zusätzlich die Priorität der möglicherweise an die mobilen Stationen übertragenen Daten-Frames berücksichtigt werden. So kann beispielsweise bei einem mit dem WLAN verbundenem IP-Telefon, dem sehr wahrscheinlich lediglich kurze Signalisierungs-Frames oder mit einer hohen Priorität ausgestattete Sprach-Frames zugeleitet werden, solche Service-Zeitpunkte zugewiesen werden, bei denen es relativ sicher nicht zu einer Überlagerung mit bereits geplanten Service-Zeitpunkten kommt. Im Gegensatz dazu lassen sich die Service-Zeitpunkte für einen E-Mail-Terminal etwas freier planen, da Verzögerungen bei der Übertragung der Daten-Frames vergleichsweise unkritisch sind.
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Zusätzlich oder alternativ kann die vermutete Anzahl der während eines Service-Zeitraums an eine mobile Station übertragenen Daten-Frames bei der Bestimmung der Service-Zeitpunkte eine Rolle spielen. Bei einem IP-Telefon liegen beispielsweise die Service-Zeitpunkte zwar relativ dicht beieinander, allerdings werden pro Service-Zeitraum lediglich wenige Frames zu übertragen sein. Im Gegensatz dazu wird ein bereits erwähntes E-Mail-Terminal zwar in relativ großen Zeitabständen eventuell zwischengespeicherte Daten-Frames erhalten, dafür liegen dann sehr häufig Daten-Frames in größerer Anzahl vor. Diesem Sachverhalt kann insofern Rechnung getragen werden, dass beispielsweise bei IP-Telefonen in relativ kurzen Abständen nach einem beliebigen Service-Zeitpunkt ein weiterer Service-Zeitpunkt folgen kann, während beispielsweise bei einem E-Mail-Terminal – soweit möglich – darauf zu achten wäre, dass nach einem Service-Zeitpunkt ein vergleichsweise großer Abstand zu einem nächsten Service-Zeitpunkt eingeräumt wird.
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In besonders vorteilhafter Weise lässt sich durch das erfindungsgemäße Verfahren die Qualität der Verbindungen verbessern. Insbesondere kann durch eine gezielte Planung der Service-Zeitpunkte relativ genau vorhergesagt werden, wann ein Service-Zeitpunkt tatsächlich erfolgt. Eine Verzögerung von Service-Zeitpunkten in Folge von bereits gestarteten Service-Zeiträumen wird sich in den meisten Betriebssituationen in einem bestimmten Rahmen bewegen. Dadurch können gewisse maximale und sehr wahrscheinlich nicht überschrittene Abweichungen der tatsächlichen Service-Zeitpunkte von den vereinbarten Service-Zeitpunkten garantiert werden.
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Insbesondere bei Access Points, die nicht über einen leistungsfähigen Prozessor verfügen, kann es sinnvoll sein, für verschiedene Betriebssituationen die Service-Zeitpunkte offline zu berechnen und in berechneter Form in einem Speicher vorzugsweise bei dem Access Point abzulegen. Dabei kommen vorzugsweise Tabellen zum Einsatz. Bei der Bestimmung der Service-Zeitpunkte durch den Access Point kann dann auf einfache Weise auf den Speicher zurückgegriffen werden und die entsprechenden Service-Zeitpunkte aus dem Speicher ausgelesen werden. Dadurch wird der Prozessor des Access Points lediglich in sehr geringem Maße belastet.
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Bei ausreichend leistungsfähigen Prozessoren eines Access Points werden die Service-Zeitpunkte jedoch vorzugsweise in Echtzeit berechnet. Dazu kommt ein Algorithmus zum Einsatz, der auf verschiedenste aus der Praxis bekannten Verfahren aufbauen kann. Dabei können sowohl einfache Algorithmen, die lediglich mögliche Service-Zeitpunkte durch Probieren bestimmen, also auch hochkomplexe beispielsweise auf Max-Plus-Algebra basierte Algorithmen Verwendung finden. Die Wahl des jeweiligen Algorithmus wird wiederum von der zur Verfügung stehenden Leistungsfähigkeit der beim Access Point zur Verfügung stehenden Ressourcen abhängig sein.
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Hinsichtlich einer möglichst auf die aktuelle Betriebssituation anpassbaren Ausgestaltung des Verfahrens kann der Algorithmus und/oder die Tabelle austauschbar sein. Je nach Auslastung des Access Points kann dann ein entsprechend optimaler Algorithmus bzw. Tabelle ausgewählt werden. Zusätzlich kann es bei einer Bestimmung der Service-Zeitpunkte in Echtzeit zweckmäßig sein, bei einer kurzzeitig sehr starken Auslastung des Prozessors des Access Points temporär auf eine Bestimmung der Service-Zeitpunkte über eine Tabelle auszuweichen. Diese starke Auslastung könnte beispielsweise daraus resultieren, dass viele mobile Stationen gleichzeitig in einen S-APSD-Energiesparmodus übergehen möchten. Liegt wieder eine geringere Belastung des Prozessors des Access Points vor, könnte wieder auf eine Bestimmung der Service-Zeitpunkte in Echtzeit zurückgekehrt werden.
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Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die dem Patentanspruch 1 nachgeordneten Patentansprüche und andererseits auf die nachfolgende Erläuterung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläuterung des bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt die
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einzige Fig. in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens mit verschiedenen Startzeitpunkten.
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Die einzige Fig. zeigt in einer schematischen Darstellung ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei drei verschiedene Konstellationen mit unterschiedlichen Service-Zeitpunkten und Service-Intervallen dargestellt sind. In horizontaler Richtung verläuft die Zeitachse, die jeweiligen Service-Zeitpunkte sind durch senkrechte Pfeile dargestellt. Der oberste Teil der Fig. zeigt die bereits geplanten Zeitpunkte, zu denen der Funkkanal durch die Übertragung von Daten-Frames sicher belegt ist. Zu diesen Zeitpunkten werden in dem gewählten Ausführungsbeispiel die periodisch ausgesendeten Beacons 1, die zu Signalisierungszwecken durch den Access Point ausgesendet werden, und bereits durch den Access Point geplante Service-Zeitpunkte 2 für eine mobile Station MS1 übertragen. In den Abschnitten a), b) und c) sind verschiedene Möglichkeiten noch zu planender Service-Zeitpunkte 3 für eine weitere mobile Station MS2 dargestellt.
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Dabei ist im Teil a) der Fig. bereits ein Startzeitpunkt derart gewählt, dass bei einem gegebenen Service-Intervall T2 ein maximaler zeitlicher Abstand zwischen den bereits geplanten Zeitpunkten und den periodischen Wiederholungen des Startzeitpunkts erreicht werden kann. Zur Bestimmung wurde der Startzeitpunkt verschoben und jeweils der minimale Abstand zwischen den einzelnen Service-Zeitpunkten – den möglichen Service-Zeitpunkten der mobilen Station MS2 und den bereits geplanten Zeitpunkten – betrachtet. Bei der Verschiebung des Startzeitpunkts stellen sich im Allgemeinen für einzelne Startzeitpunkte unterschiedliche minimale Abstände ein. Es wird der Startzeitpunkt gewählt, bei dem der minimale Abstand zwischen den Service-Zeitpunkten maximal wird. Werden mehrere Startzeitpunkte gefunden, so wird sinnvoller Weise der früheste Startzeitpunkt ausgewählt. Nachteilig an dem hier gewählten ersten Service-Zeitpunkt ist ein relativ später Start. Bei Anwendungen, die einen früheren Start fordern, sollte deshalb ein anderer erster Service-Zeitpunkt gewählt werden.
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Teil b) der Fig. zeigt deshalb einen früheren Startzeitpunkt, der beispielsweise durch die mobile Station vorgeschlagen wurde. Diese Wahl ist allerdings sehr ungünstig, da bei dem vierten abgebildeten Service-Zeitpunkt der zeitliche Abstand D7' sehr klein wird und es relativ leicht zu einer Überlagerung der Service-Zeiträume der mobilen Station MS1 und MS2 kommen kann.
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Soll der Startzeitpunkt tatsächlich derart gewählt werden, so bietet es sich an, das Service-Intervall entsprechend anzupassen. Während in den Teilen a) und b) jeweils Service-Zeitpunkte mit demselben Service-Intervall T2 dargestellt sind, wurde in Teil c) der Fig. das Service-Intervall geringfügig auf T2' reduziert. Trotz der geringen Änderung entsteht bereits ein Abstand D7'', der gleich groß ist wie die Abstände D1 bzw. D2 in Teil a) der Fig., d. h. es ergeben sich gleiche minimale Abstände der einzelnen Service-Zeitpunkte.
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Die Fig. zeigt deutlich, dass durch Verschieben des Startzeitpunktes Überlappungen von Service-Zeiträumen entstehen aber auch auf einfache Weise vermieden werden können. Dabei ist zu erkennen, dass sehr unterschiedliche zeitliche Abstände zu bereits geplanten Service-Zeitpunkten entstehen können.
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Im Allgemeinen, beispielsweise bei mobilen Stationen, deren Datenaufkommen und deren Typ von gesendeten Daten-Frames nicht bekannt sind, wäre die in Teil a) der Fig. dargestellte Möglichkeit mit einem maximalen Abstand zu den jeweiligen anderen Service-Zeitpunkten vorzusehen. Alternativ ließe sich auch die in Teil c) der Fig. dargestellte Lösung realisieren. Ist hingegen bekannt, dass beispielsweise die mobile Station MS2 ein IP-Telefon umfasst, so könnte sogar die in Teil b) dargestellte Möglichkeit genutzt werden, da der relativ kurze zur Verfügung stehende Zeitraum D7' hierbei noch ausreichend zum Übertragen der relativ wenigen Daten-Frames sein dürfte. So kann in Abhängigkeit der voraussichtlich gesendeten Daten-Frames der Startzeitpunkt festgelegt werden.
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Abschließend sei ganz besonders hervorgehoben, dass das zuvor rein willkürlich gewählte Ausführungsbeispiel lediglich zur Erörterung der erfindungsgemäßen Lehre dient, diese jedoch nicht auf das Ausführungsbeispiel einschränkt.
