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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren, eine Anordnung und eine Einrichtung
zur Übertragung
von Informationen.
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In
aktuellen Kommunikationsnetzen werden von den Nutzern zunehmend
höhere
Datenübertragungsraten
gewünscht. Übertragungsverfahren,
die hohe Übertragungsraten
auch in den Teilnehmeranschlussnetzen (Access-Networks) eines Kommunikationsnetzes
bereitstellen können,
sind beispielsweise Verfahren, die nach dem xDSL-Verfahren arbeiten.
Mit Hilfe dieser Übertragungsverfahren
können
die Betreiber von Kommunikationsnetzen ihren Kunden auch breitbandige
Anschlüsse
beispielsweise an das Internet anbieten, mittels derer die Teilnehmer
zahlreiche Anwendungen oder Applikationen zunehmend einfacher und
schneller nutzen können.
Ein Beispiel für
eine derartige datenintensive Anwendung, für die hohe Übertragungsraten benötigt werden,
ist etwa die Übertragung
von Video-Dateien über
das Internet.
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Wie
bei allen Datenübertragungsverfahren, so
können
auch bei der xDSL-Technik Übertragungsfehler
auftreten. Eine Art der auftretenden Übertragungsfehler sind Fehler
in einzelnen Zeichen oder Bits. Diese Einzelbitfehler können meistens
durch zusätzlich übertragene
Fehlerkorrekturinformationen am Empfänger entdeckt und korrigiert
werden. Dabei enthalten die Fehlerkorrekturinformationen beispielsweise
vom Sender hinzugefügte
Hinweise, wie die übertragene
Bitstruktur aussehen muss. Anhand dieser Hinweise können im
Empfänger
bei einer empfangenen Bit- oder Zeichenkette die dekodierte Bitkette überprüft und etwaige
darin enthalten fehlerhafte Einzelbits korrigiert werden.
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Weitere,
insbesondere auch bei xDSL-Übertragungsverfahren
auftretende Arten von Übertragungsfehlern
sind Fehler, bei denen eine ganze Reihe aufeinander folgender Bits
verloren geht bzw. fehlerhaft übermittelt
wird. Derartige Fehler mit einer stark gehäuften Anzahl an fehlerhaften
Bits werden auch als ""Burst-Fehler" ("burst" – Häufung) bezeichnet. Um auch
diese Arten von Fehlern, die mit herkömmlichen Fehlerkorrekturverfahren
nicht zu korrigieren sind, möglichst
weitgehend beheben zu können,
wurde das so genannte "Interleaving"-Verfahren eingeführt.
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Beim
Interleaving-Verfahren (auch als "Interleaving" bezeichnet) werden die zu übertragenden Daten
nicht in der ursprünglichen
Reihenfolge übermittelt.
Die zu übertragenden
Daten werden vielmehr bereits im Sender vor der Übermittlung "verschachtelt".
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Im
Folgenden wird ein Beispiel für
eine solche Verschachtelung sowie das Prinzip des Interleavings
erläutert.
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Es
wird angenommen, dass ein Datenpaket mit insgesamt 24 Bits (inklusive
der Fehlerkorrekturinformationen) übertragen werden soll. Dieses
Datenpaket wird beim Interleaving-Verfahren nunmehr in beispielsweise
6 Blöcke
mit je 4 Bits unterteilt. Die Zugehörigkeit der 24 Bits zu den
einzelnen Blöcken wird
durch die Ziffern 1 bis 6 dargestellt:
Gesendetes Datenpaket: "111122223333444455556666"
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Würde dieses
Datenpaket in einem Übertragungssystem
ohne Interleaving übertragen
werden, so würden
bei Auftreten eines Burst-Fehlers (der in diesem Beispiel vier aufeinander
folgende Bits verfälschen
würde)
beispielsweise folgende Daten den Empfänger erreichen:
Empfangenes
Datenpaket: "11112222333_455556666"
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Ein
derartiger Fehler könnte
mit herkömmlichen
Fehlerkorrekturverfahren nicht korrigiert werden.
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Beim
Interleaving-Verfahren wird der oben beschriebene Datenblock nun
vor der Übertragung verschachtelt:
dabei werden in diesem Beispiel zuerst jeweils die ersten Bits eines
Blocks, anschließend
die zweiten Bits eines Block usw. übertragen:
Datenblock
mit Interleaving: "123456123456123456123456"
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Sollte
bei einer Übertragung
dieses Datenpaket nun ein Burst-Fehler
auftreten (angenommen wird derselbe Fehler wie im obigen Beispiel
ohne Interleaving), so erreicht den Empfänger zwar folgendes Datenpaket:
Datenpaket
mit Burst-Fehler: "12345612345_456123456",
dieses wird
im Empfänger
mittels des Interleaving-Verfahrens jedoch zuerst rückgewandelt ("De-Interleaving"), d.h. in die ursprüngliche
Bitfolge vor der Verschachtelung durch den Sender gebracht. Es ergibt
sich somit im Empfänger
folgendes Datenpaket:
Datenpaket nach De-Interleaving: "11_122_233_3444455556_66".
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Der
Burst-Fehler hat sich nun auf Einzelbitfehler in den jeweiligen
Datenblöcken
aufgeteilt, welche mit den herkömmlichen,
anschließend
durchzuführenden
Fehlerkorrekturverfahren für
Einzelbitfehler behoben werden können.
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Neben
diesem Vorteil zur verbesserten Fehlerkorrektur besitzt das Interleaving-Verfahren
jedoch auch einen Nachteil. Da die Daten nicht in der ursprünglichen
Reihenfolge übermittelt
werden, wird für
die komplette Übertragung
eines Datenpakets mehr Zeit benötigt.
Die zu übermittelnden
Daten müssen
im Sender zwischengespeichert werden bis sich dort eine ausreichende
Datenmenge angesammelt hat, die verschachtelt werden kann. Die dafür benötigte Zeit
wird auch als "Interleaving-Zeit" bezeichnet. Entsprechendes
gilt im Empfänger:
dort kann das De-Interleaving erst begonnen werden, wenn (fast)
das gesamte Datenpaket empfangen wurde. Im obigen Beispiel etwa
kann der erste Datenblock ("1111") erst nach Eintreffen
der letzten "1" (also in diesem
Fall dem 19. Bit) komplett dekodiert werden.
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Diese
für das
Interleaving zusätzlich
benötigte
Zeit erhöht
die so genannte "Latenzzeit" bei Datenübertragungen.
Als Latenzzeit wird dabei im Allgemeinen die Zeitspanne bezeichnet,
die ein Datenpaket in einem Datenübermittlungssystem vom Sender zum
Empfänger
benötigt.
Sie besteht beispielsweise aus der Laufzeit im verwendeten Übertragungsmedium
und aus der Verarbeitungszeit in aktiven Komponenten innerhalb der Übertragungsstrecke.
Zusätzlich
wird auch die im Sender und im Empfänger benötigte Verarbeitungszeit zu
der Latenzzeit hinzu gerechnet.
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Dieser
durch das Interleaving weiter bedingte Anstieg der Latenzzeit wirkt
sich bei einigen zeitkritischen Anwendungen besonders nachteilig
aus. So ist es beispielsweise bei Online-Computerspielen wünschenswert,
die zu übertragenden
Daten mit einer möglichst
geringen Verzögerung
zwischen den Teilnehmern bzw. zwischen Teilnehmer und Spielserver
versenden zu können,
um so eine realistischere Darstellung der Spielereignisse zu erreichen.
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Insgesamt
lässt sich
also feststellen, dass die Art und Weise des Interleaving-Verfahrens
von der Art des durch den jeweiligen Teilnehmer genutzten Dienstes
abhängen
sollte. Während
z.B. bei Video- oder Fernsehübertragung über beispielsweise einen
xDSL-Anschluss zur Vermeidung auffälliger Fehler in den übertragenen
Bildinformationen eine bessere Fehlerkorrektur wünschenswert ist und größere Latenzzeiten
durch beispielsweise Interleaving in Kauf genommen werden können, verhält es sich bei
Anwendungen wie etwa Online-Spielen umgekehrt: Hier sind kürzere Latenzzeiten
wichtig, größere Bitfehler
oder Datenpaketfehler sind im Vergleich dazu weniger nachteilig.
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Aktuelle
Datennetze besitzen daher zumeist die Möglichkeit, das Interleaving-Verfahren
auf Wunsch eines Teilnehmers für
eben diesen Teilnehmer durch den Betreiber des Netzes abzuschalten ("FastPath"). Nachteilig an
einer derartigen Lösung ist
jedoch unter anderem, dass das Interleaving-Verfahren nur im Gesamten
ab- oder anschaltbar ist.
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Die
Aufgabe der Erfindung ist, die Übertragung
von Informationen insbesondere mit Hinblick auf Auswahl und Anwendung
eines Fehlererkennungs- und/oder Fehlerkorrekturverfahrens zu verbessern.
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Diese
Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren gemäß den Merkmalen des Patentanspruchs
1 sowie von einer Einrichtung und einer Anordnung gemäß den Merkmalen
der Patentansprüche
8 und 11 gelöst.
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Im
Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens
zur Übertragung
von Informationen werden Übertragungseigenschaften
erfasst, abhängig
vom Erfassungsergebnis wird ein Fehlererkennungs- und/oder Fehlerkorrekturverfahren für die Übertragung
der Informationen ausgewählt,
und das ausgewählte
Fehlererkennungs- und/oder
Fehlerkorrekturverfahren wird bei der Übertragung der Informationen angewendet.
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Der
wesentliche Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin,
dass im Rahmen einer Informationsübermittlung eine dynamische,
dienst- bzw. anwendungsabhängige
Auswahl eines Fehlererkennungs- und/oder Fehlerkorrekturverfahrens
ermöglicht
wird.
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Vorteilhaft
wird im Rahmen der Erfassung der Übertragungseigenschaften eine
aktuelle, durch die zu übertragenden
Informationen verursachte Verkehrslast erfasst – Anspruch 2. An hand der erfassten Verkehrslast
kann beispielsweise auf die Art der genutzten Anwendung geschlossen
werden.
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Vorteilhaft
werden als Fehlererkennungs- und/oder Fehlerkorrekturverfahren Interleaving-Verfahren
verwendet, wobei bei jedem auswählbaren
Interleaving-Verfahren jeweils ein pro Interleaving-Schritt unterschiedlicher
Umfang an Informationen verschachtelt werden kann – Ansprüche 3 und
4. Hierdurch können
Fehleranfälligkeit
und Latenzzeit bei einem Verfahren zur Übertragung von Informationen
geregelt werden.
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Weitere
vorteilhafte Ausführungen
des erfindungsgemäßen Verfahrens
sowie eine Anordnung und eine Einrichtung zur Ausführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens
sind den Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Im
Folgenden wird die Erfindung mit Hilfe der beigefügten Zeichnung
(1) detaillierter erläutert. Diese stellt in Form
eines Blockschaltbilds ein Anordnungsszenario zum Anschluss mehrerer
Teilnehmer an ein Kommunikationsnetz dar.
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In 1 sind
drei Teilnehmer (TN1, TN2, TN3) mittels jeweils einer Teilnehmeranschlussleitung
(DSL1, DSL2, DSL2) mit einem so genannten DSLAM ("Digital Subscriber
Line Access Multiplexer"),
einer Multiplexer-Einrichtung, verbunden. Über den DSLAM wird eine Vielzahl
von Teilnehmern mit dem übergeordneten
Hauptnetz des Kommunikationsnetzes verbunden. während in aktuellen Kommunikationsnetzen
zwischen DSLAM und Hauptnetz zumeist weitere Vermittlungsknoten
(Aggregationsnetzwerk) angeordnet sind, ist in 1 zur
Vereinfachung das Hauptnetz (in diesem Fall als IP-Netz ausgeführt) als
direkt mit dem DSLAM verbunden eingezeichnet. Die Datenübertragung
zwischen den Teilnehmern (TN1, TN2, TN3) und dem DSLAM ist beispielsweise gemäß dem xDSL-Verfahren
ausgeführt.
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Des
Weiteren sind in 1 erfindungsgemäß Erfassungsmittel
(EM) eingezeichnet, durch welche die Verkehrslast auf den einzelnen
Teilnehmeranschlussleitungen (DSL1, DSL2, DSL3) bestimmt werden
kann. Diese Erfassungsmittel EM können auch als Teil des DSLAM
ausgeführt
sein und dessen Eigenschaften zur Messung von Verkehrslasten nutzen.
Ausgehend von diesen Erfassungsmitteln (EM) werden Informationen über die
Verkehrslasten und die aktiven Dienste an den DSLAM weitergeben
und ausgewertet. In diesem wird anschließend mit Hilfe der erfassten
Verkehrslasten z.B. dynamisch eine Konfiguration des Interleaving-Algorithmus
bzw. der Interleaving Verschachtelungstiefe vorgenommen.
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Eine
Konfiguration des Interleaving-Algorithmus bedeutet dabei nicht,
dass das Interleaving-Verfahren lediglich aus- und eingeschaltet
werden kann. Vielmehr kann das Interleaving erfindungsgemäß zusätzlich auf
unterschiedlichste Weise durchgeführt werden, d.h. es können beispielsweise
einige Parameter des Verschachtelungsalgorithmus verändert werden.
So kann beispielsweise die Größe der in
einem Interleaving-Schritt verschachtelten Datenpakete variiert
werden. Je länger
die in einem Schritt zu verschachtelnden Datenpakete sind, d.h.
je größer die
Zeitspanne ("Interleaving-Zeit") ist, die zwischen zwei
Verschachtelungsvorgängen
vergeht, desto größer ist
auch die durch das Interleaving verursachte Latenzzeit. Im Umkehrschluss
gilt, dass bei kürzeren
Interleaving-Zeiten auch kürzere
Verzögerungen bei
der Übertragung
der Daten entstehen. Dabei kann im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens
die Interleaving-Zeit beispielsweise auch auf Null gesetzt werden.
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Wie
durch die Einleitung ersichtlich, ist die Fehlerkorrekturrate bei
höheren
Interleaving-Zeiten (also bei längeren
zu verschachtelnden Datenpaketen) größer als bei kürzeren Interleaving-Zeiten. Durch
kürzere
Interleaving-Zeiten werden also weniger Übertragungsfehler kompensiert.
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Es
gilt somit, ein für
jede Anwendung individuell geeignete Balance zischen möglichst
geringer Fehlerrate und möglichst
geringer Latenzzeit zu ermitteln.
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Im
Folgenden sind beispielhaft einige mögliche Szenarien angegeben,
die einen Zusammenhang zwischen aktueller Verkehrslast und entsprechender
Interleaving-Einstellungen aufzeigen. Dabei wird beispielhaft angenommen,
dass der Entscheidungsalgorithmus, d.h. welche Einstellungen für die Parameter
beim Interleaving verwendet werden sollen, durch einen festen Schwellenwert
(beispielsweise hinsichtlich der Verkehrslast) gegeben ist. So wird z.B.
die Verkehrslast (in diesem Fall beispielsweise die aktuelle Datenrate)
in Downstream-Richtung (d.h. zum Teilnehmer hin) in regulären Zeitabständen (z.B. alle
100 ms) erfasst. Ab dem Überschreiten
eines Schwellwerts von z.B. 300 kbit/s wird die Interleaving-Zeit
von beispielsweise 4 ms auf einen Wert von beispielsweise 20 ms
erhöht.
Beim erneuten Unterschreiten des Schwellenwerts wird die Interleaving-Zeit
wieder auf 4 ms zurückgesetzt.
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In
einem ersten Szenario wird ein Teilnehmer betrachtet, der sich einen
Video-Stream über
seinen DSL-Zugang ansieht. In einem solchen Fall wird von Beginn
des Streams bis zum Ende desselben eine durchgängig hohe Datenrate verwendet.
Da diese bei Video-Streams den Schwellenwert der Datenrate übersteigt,
wird im DSLAM eine längere
Interleaving-Zeit eingestellt. Es entstehen weniger Übertragungsfehler
und Paketverluste, das Video ist somit von besserer Qualität.
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Sollte
der Teilnehmer (TN1, TN2, TN3) nun beispielsweise an einem Online-Spiel
teilnehmen, so ändert
sich erfindungsgemäß die Interleaving-Zeit. Da
für Online-Spiele
eine im Durchschnitt relativ geringe Datenrate üblich ist, liegt die gemessene
Datenrate zumeist unter dem vorgegebenen Schwellenwert. Es wird
somit die kürzere
Interleaving-Zeit ausgewählt
und eingestellt, der Teilnehmer (TN1, TN2, TN3) erhält eine
Datenverbindung mit kürzeren
Latenzzeiten.
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Ein
weiteres Beispiel betrachtet das Verhalten des erfindungsgemäßen Verfahrens
beim Surfen eines Teilnehmers (TN1, TN2, TN3) im Internet.
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Bevor
der Teilnehmer (TN1, TN2, TN3) seinen Internet-Browser öffnet, ergibt
sich keine Last auf seiner DSL-Leitung (DSL1, DSL2, DSL3). Die Interleaving-Zeit
ist daher auf eine kurze Dauer eingestellt.
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Anschließend werden
jedoch durch den Browser Daten zum Anzeigen einer Internet-Seite (z.B.
www.siemens.com) angefordert, wobei das Laden einer solchen Seite
grundsätzlich
in vier Phasen eingeteilt werden kann.
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In
der ersten Phase werden verschiedene so genannte Handshake-Dialoge
abgearbeitet, wie unter anderem das Nachschlagen der IP-Adresse
der angeforderten Seite ("DNS-Lookup"). Derartige Konfigurationsdialoge
erfordern keine hohe Bandbreite, die Verkehrslast bleibt somit unter
dem eingestellten Schwellenwert. Auch die Interleaving-Zeit bleibt
daher auf einen niedrigen Wert eingestellt, was zu einer kurzen
Latenzzeit bei der Datenübertragung
führt. Dies
wiederum sorgt für
eine bessere und schnellere Reaktion durch den Internet-Browser.
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In
der zweiten Phase werden kleine Dateien mittels einiger so genannter
TCP-Sitzungen (TCP: "Transmission
Control Protocol")
herunter geladen. Bei diesen Dateien kann es sich beispielsweise
um den HTML-Quellcode (HTML: "hypertext
markup language")
des ersten Seitenabschnitts handeln. Da das TC-Protokoll eine Übertragung immer mit relativ
kleinen Fenstergrößen beginnt,
ist auch die Bandbreite für
den Download gering. In der zweiten Phase wird daher der Schwellenwert
für die
Datenrate mit einer hohen Wahrscheinlichkeit nicht überschritten,
es bleibt somit bei der kurzen Interleaving-Zeit.
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Während der
dritten Phase werden die in Phase zwei herunter geladenen Informationen
durch den Browser interpretiert, um in der Seite eingebettete Objekte,
wie etwa Bilder oder beispielsweise Java-Applikationen nachzuladen.
Des Weiteren werden bei aufwändig
gestalteten Internet-Seiten mit zahlreichen Links auf weitere Server
(für z.B.
Werbebanner) erneut DNS-Lookups
initiiert und für
diese TCP-Sitzungen gestartet. Auch in dieser Phase profitiert der Browser
bzw. der Teilnehmer (TN1, TN2, TN3) von kurzen Latenzzeiten.
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Der
Download der in Phase drei beschriebenen zusätzlichen Objekte wird anschließend in
der vierten Phase vervollständigt.
Umfangreichere Objekte erhöhen
die aufkommende Verkehrslast auf der DSL-Leitung. Durch das TC-Protokoll
wird dabei versucht, die auf der DSL-Leitung vorhandene Bandbreite
möglichst
voll auszuschöpfen.
Der Schwellenwert für
die Datenrate wird in diesem Beispiel somit höchstwahrscheinlich überschritten.
Erfindungsgemäß wird daher
die Interleaving-Zeit beispielsweise durch den DSLAM erhöht, was
zwar zu einer längeren
Latenzzeit führt,
aber eine geringere Fehlerquote zur Folge hat. Eine Tatsache, die
speziell bei dem angewandten TCP von Vorteil ist: bei einer geringeren Fehlerrate,
also bei weniger fehlerhaften Datenpaketen, müssen demnach auch weniger Datenpakete wiederholt
gesendet werden, wie dies laut TCP für fehlerhafte bzw. nicht empfangene
Datenpakete vorgeschrieben ist. Insgesamt wird sich somit mit Hilfe des
erfindungsgemäßen Verfahrens
ein deutlicher Zeitvorteil einstellen. Die zu übertragenden Informationen
werden schneller übermittelt.
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Nach
Abschluss von Phase vier des Ladens einer Internet-Seite geht die
Verkehrslast auf der DSL-Leitung wieder zurück, der Schwellenwert für die Datenrate
wird unterschritten und die Interleaving-Zeit wird erneut auf einen
niedrigeren Wert gesetzt.
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Es
wird darauf hingewiesen, dass erfindungsgemäß verschiedene Algorithmen
zur Einstellung der Parameter des Interleaving-Verfahrens genutzt werden können. Während in
obigem Beispiel ein fester Schwellenwert verwendet wurde, können beispielhaft
eben so gut ein Hysterese-Verfahren, d.h. unterschiedliche Schwellenwerte
für das Über- und
das Unterschreiten der Datenrate, verwendet werden. Auch kann anstelle
eines Schwellenwerts eine mathematische Funktion, die eine Abhängigkeit von
Interleaving-Zeit zu Bandbreite darstellt, benutzt werden.
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Erfindungsgemäß können zudem
sowohl Upstream-, Downstreamals auch Upstream- und Downstreamrate
zusammen überwacht
werden. Auch kann das Zurückschalten
der Interleaving-Zeit auf einen kürzeren (oder höheren) Wert
erst nach einer gewissen Zeitspanne, also nach einem gewissen Zeitintervall,
in dem die Verkehrslast unter (bzw. über) einem Wert liegt, durchgeführt werden.
Der Wechsel in der Interleaving-Zeit könnte zudem beispielsweise nicht
als Stufe, sondern etwa als Rampe definiert werden.