-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Senden von Datenpaketen
von einem Server an Clients über
eine Datenverbindung, die eine gegebene Fehlerrate besitzt. Die
Erfindung findet zum Beispiel im Bereich von Video-auf-Anfrage Anwendung,
wo der Client die Daten, die er empfängt, zeitgleich anzeigt.
-
Die
vorliegende Patentanmeldung folgt auf eine französische, am 5. Januar 2007 unter
der Nummer 07/00059 eingereichte Anmeldung, im Folgenden als „vorherige
Anmeldung" bezeichnet.
Die vorliegende Erfindung bietet sich dazu an, die Effizienz der
in der vorherigen Anmeldung offenbarten Erfindung weiter zu verbessern.
Die beiden Erfindungen zielen darauf, ein vergleichbares, technisches
Problem durch völlig
verschiedene Ansätze
und Mittel zu lösen.
In Kombination angewandt vervollständigen sich die beiden Erfindungen
und erweisen sich als besonders effizient.
-
Neue
Dienste zur Unterhaltung und zur Kommunikation werden den Passagieren
von kommerziellen oder geschäftlichen
Flugzeugen heutzutage angeboten, wobei diese Dienste geläufig unter
der englischen Bezeichnung „In
Flight Entertainment" (im Folgenden
IFE-Dienste genannt) zusammengefasst werden. Es kann sich zum Beispiel
um einen Breitband-Zugang zum Internet oder um einen Dienst von Video-auf-Anfrage
für jeden
Passagier handeln. So kann jeder Passagier zum Beispiel wählen, individuell
einen beliebigen Video-Inhalt wie einen Film anzusehen. Über eine
geeignete Schnittstelle kann jeder Passagier auswählen, was
er ansehen möchte.
Der Film startet quasi augenblicklich, es ist nicht einmal notwendig,
das Herunterladen des Filmes abzuwarten, was eine relativ lange
Zeit bedeuten würde.
Anschließend
kann er die Anzeige vorübergehend
unterbrechen und dann wieder aufnehmen, oder zurücklaufen, um eine Sequenz erneut
zu sehen, oder ferner vorlaufen, um Sequenzen zu überspringen,
all dies immer mit der selben Augenblicklichkeit des Startens der
Anzeige. Für
den Passagier läuft
alles so ab, als wäre
er Zuhause vor einem Fernseher, der mit einem Lesegerät für Videoscheiben
verbunden ist.
-
Diese
Art von Dienst ist schon jetzt an Bord von zahlreichen Flugzeugen
verfügbar.
Die aktuellen Systeme verwenden insbesondere Anzeige-Module auf
Höhe der
Rückenlehnen
der Sitze, Eingabe-Module auf Höhe
der Armlehnen der Sitze, Lese- und Übertragungs-Module auf Höhe des Kopfes
der Kabine, wobei alle diese Module miteinander über leitungsgebundene Verbindungen
verbunden sind. Die IFE-Systeme haben folglich eine enorme Vergrößerung der
Verkabelungs-Menge für
jeden Sitz bewirkt, dies auch zum Nachteil der Konfigurierbarkeit
der Kabine.
-
Dabei
ist die Konfigurierbarkeit der Kabine ein wichtiges Marketing-Merkmal
für die
Flugzeugbauer, insbesondere die Möglichkeit für die Kunden, die Anzahl und
die Anordnung der Sitze zu wählen.
In der Tat sind die Flugbetreiber bis auf einige Sicherheitseinschränkungen
relativ frei bezüglich
der Innenanordnung der Kabine wenn sie ein Flugzeug bestellen. Dies
führt dazu,
dass sie die Kabine an die Art der Kundschaft auf der Linie, die
sie betreiben möchten,
anpassen können.
Die IFE-Verkabelung der Sitze ist also ein immer stärkeres Hemmnis
für die
Vielseitigkeit der Geräte
geworden. Aber in gleicher Weise ist ein komplettes und leistungsfähiges IFE-System
ebenso für
die Flugzeugbauer ein Haupt-Marketingmerkmal
geworden. Die gestiegene Konkurrenz im Bereich des Luft-Transports und die daraus
folgende Demokratisierung der Flugreisen haben bewirkt, dass IFE-Dienste,
die in ihren Anfängen
wie Extras aussehen konnten, unabdingbar geworden sind, um Marktanteile
zu gewinnen. Es galt also, die technischen Einschränkungen
der IFE-Systeme mit einer optimalen Konfigurierbarkeit der Kabine
zu vereinigen.
-
So
haben einige Flugzeugbauer in dem Wissen um die Entwicklung von
Technologien zur leitungslosen Informations-Übertragung im Einklang mit
den Fluggesellschaften und den Anbietern der IFE-Systeme schlicht
und einfach bestimmte IFE-Kabel, die bis zu den Sitzen gehen, mitunter
die bei der Konfigurierbarkeit der Kabine am meisten störenden, abgeschafft.
Es wurden lediglich Kabel beibehalten, die die Sitze in kleinen
Gruppen von zwei, drei oder vier Sitzen anbinden. Für die Anbieter
der IFE-Systeme gilt es, sich anzupassen, insbesondere unter maximaler
Ausnutzung der verbliebenen Verkabelung, was der Gegenstand der
vorliegenden Erfindung ist, und unter bester Ausnutzung der leitungslosen
Technologien, was der Gegenstand der Erfindung ist, die in der vorherigen
Anmeldung offenbart wurde.
-
Entwickeln
eines leitungslosen Kommunikations-Protokolls, das für Video-auf-Anfrage in einem IFE-System
bestimmt ist, hätte
vermutlich zu einer sehr leistungsfähigen Lösung geführt, aber dies wäre vermutlich
auch sehr teuer geworden. Deshalb wurde die Verwendung eines Kommunikations-Standards
vorgezogen. Leider entspricht keine der aktuellen Normen der Gesamtheit
der Problematik bei Video-auf-Anfrage in einem IFE-System. Allerdings scheinen,
unter Berücksichtigung
der Reife der verschiedenen Technologien, die Normen IEEE 802.11a,
IEEE 802.11b, IEEE 802.11g oder IEEE 802.11n, besser bekannt unter
der kommerziellen Bezeichnung der „WiFi-Verbindungen", am besten geeignet.
Sie wurden folglich ausgewählt.
In der Tat bringen WiFi-Verbindungen bei Video-Anwendungen für breites
Publikum absolut zufriedenstellende Ergebnisse, allerdings weder
mit dem Anspruch der Mehrfach-Verteilung, noch mit dem Anspruch
der sofortigen Anzeige. Im Folgenden werden sie gleichermaßen unter
dem Oberbegriff 802.11 zusammengefasst.
-
In
der Tat können
an Bord eines Langstreckenflugzeuges mehrere zehn bis mehrere hundert Passagiere
gleichzeitig unterschiedliche Filme ansehen, wobei jeder Passagier
auf seine Weise den Film, den er ansieht, unterbrechen, vor- oder
zurücklaufen
lassen kann. Folglich bildet jeder Film, der von einem Passagier
angesehen wird, eine separate Sitzung, wobei der Strom der entsprechenden
Videodaten ausschließlich
an den Anzeige-Bildschirm eines einzigen Passagiers gesendet werden
muss. Zum Beispiel kann ein IFE-System gleichzeitig 300 Sitzungen
verteilen. Eine solche Anforderung der Mehrfach-Verteilung über eine
WiFi-Verbindung existiert in keiner aktuellen Video-Anwendung mit
breitem Publikum. Ebenso bieten die aktuellen Video-Anwendungen über WiFi-Verbindungen, insbesondere
beim Starten des Filmes, keine Quasi-Augenblicklichkeit. Wartezeiten von
mehreren Sekunden, manchmal durch Werbe- oder Warnmeldungen verdeckt, sind nötig, bevor
ein Lese-Befehl tatsächlich
ausgeführt wird.
Auch bedienen sich die Anwendungen, die zu Hause eine WiFi-Verbindung verwenden,
allgemein der Normen IEEE 802.11b und IEEE 802.11g, die 3 Kanäle in der
Umgebung von 2,4 Gigahertz für
einen Gesamt-Durchsatz, der bis 20 Megabit pro Sekunde (Mbps) gehen
kann, bereitstellen. Eine kleine Anzahl (ein paar Einheiten) von
Video-Strömen
kann pro Kanal gleichzeitig versendet werden. Dies ist im Rahmen
von Video-auf-Anfrage in einem IFE-System nicht ausreichend, dafür scheint
die Norm IEEE 802.11a geeigneter. Diese letztere stellt 23 Kanäle zwischen
5 und 6 Gigahertz für
einen Gesamtdurchsatz, der bis zu 600 Mbps reichen kann, bereit.
Aber die Norm IEEE 802.11a ist dennoch nicht perfekt auf die Bedürfnisse
von Video-auf-Anfrage in einem IFE-System ausgelegt.
-
In
der Tat garantiert die Norm IEEE 802.11a nicht, dass ein Paket empfangen
wird, auch garantiert sie nicht, dass ein Paket mit vernünftigem
Aufwand empfangen wird. Denn die Normen 802.11 basieren auf einem
Empfangsbestätigungs-Mechanismus:
eine nach dem englischen Begriff „ACKnowledgement" ACK genannte Nachricht
wird für
jedes Datenpaket, das von einer WiFi-Empfangsstation empfangen wurde,
an eine WiFi-Sendestation gesendet. Die WiFi-Sendestation sendet
das Paket so oft an die WiFi-Empfangsstation,
bis sie die entsprechende ACK-Nachricht erhält. Nach einer bestimmten Anzahl
an Wiederholungs-Sendungen wird das Paket nicht mehr wiederholt
gesendet und es ist endgültig
für die
WiFi-Empfangsstation verloren. Über diesen
Mechanismus muss man, zusätzlich
zu der Tatsache, dass Übertragungsband
zum Versenden der ACK-Nachrichten verschwendet wird, anmerken, dass,
um ein erstes, verlorenes Paket wieder zu erlangen, eventuell in
Folge zahlreiche weitere Pakete verloren gehen können! So kann sich, wenn die
Fehlerrate groß ist,
das heißt,
wenn die Anzahl der verlorenen Pakete in Relation zur Anzahl der
gesendeten Pakete groß ist,
leicht Verzögerung
ansammeln, und Fehler können
auf dem Bildschirm erscheinen. Worauf die Normen 802.11 mit einer
Verringerung des Durchsatzes reagieren, was im Rahmen der mehrfachen
Videos-auf-Anfrage nicht akzeptabel ist. Es ist ein wesentliches
Merkmal der Standard-WiFi-Verbindungen, einen permanenten Kompromiss
zwischen der Fehlerrate und dem Durchsatz zu bieten. Wenn die Fehlerrate
steigt, sinkt der Durchsatz, und umgekehrt. Es ist daher anzumerken,
dass Datenpakete endgültig
verloren gehen können
und die dem Endverbraucher angezeigten Daten Fehler enthalten können, was
sich in den meisten Fällen
durch schwarze oder nicht aktualisierte Pixel bemerkbar macht. Manche
Anzeigegeräte
versuchen, die visuelle Unbequemlichkeit, die diese Restfehler auslösen können, zum
Beispiel durch Bildglättungs-Verfahren zu
lindern. Das Sichern eines konstanten Durchsatzes auf einer WiFi-Verbindung
ist eines der technischen Probleme, für die sich die in der vorherigen
Anmeldung offenbarte Erfindung als Lösung anbietet.
-
In
der relativ beengten Kabine eines Flugzeuges, selbst bei einer von
Langstrecken-Größe, sind
die Fehler nicht von der Entfernung zwischen der WiFi-Sendestation und
der WiFi-Empfangsstation verusracht. Das Problem kommt von einem
klassischen Phänomen,
das unter der englischen Bezeichnung „micro- fading" bekannt ist: bei sehr hoher Frequenz
kann die Empfangsqualität
in Zeit und Raum variieren. Im vorliegenden Fall lässt sich
das „micro-fading" einerseits durch
ein Resonanz-Phänomen
der Wassermoleküle
bei der verwendeten Frequenz erklären, wobei Wasser sehr präsent ist
im Körper
eines jeden der zahlreichen Passagiere, die sich ständig in
Bewegung befinden, und andererseits durch ein Reflexions-Phänomen der
Wellen auf metallischen Objekten, wobei Metall in einer Flugzeugkabine
allgegenwärtig
ist.
-
Die
WiFi-Technologie, ursprünglich
dafür konzipiert,
zu Hause Internet zu bieten, e-Mails auszutauschen und Dateien ohne
wirkliche Zeit-Anforderungen herunterzuladen, wurde nicht dazu konzipiert, gegenüber dem
Phänomen
des „micro-fading" resistent zu sein
und einen konstanten Durchsatz zu bieten. Bestimmte, neuere 802.11-Normen
sehen vor, eine Dienst-Qualität
bezüglich
der Latenz, der Fehlerrate und des Durchsatzes zu bieten. Aber sie
werden auf einem Zwischenspeicherungs-Mechanismus mit einem Puffer
von mindestens etwa zehn Sekunden an Daten beruhen, was unvereinbar
mit der von einem IFE-System bei der Anzeige geforderten Quasi-Augenblicklichkeit
ist, insbesondere beim Starten. Die Anforderungen von Video-auf-Anfrage
in einem IFE-System entsprechen also definitiv nicht den Anforderungen
bei der Entwicklung der WiFi-Technologie. Dies ist einer der Gründe, weshalb
aktuell in keinem leitungslosen IFE-System mehrfaches Video-auf-Anfrage
existiert. Heutzutage ist ein Lesegerät am Kopf der Kabine immer über eine
leitungsgebundene Verbindung, die von Ende zu Ende durch die Sitze
verläuft,
mit den Bildschirmen verbunden. Die in der vorherigen Anmeldung
offenbarte Erfindung bietet sich dazu an, das Problem des nicht
konstanten Durchsatzes bei einer WiFi-Verbindung zu beheben, um
den Einsatz von Video-auf-Anfrage in einem leitungslosen IFE-System
zu ermöglichen.
-
Die
in der vorherigen Anmeldung offenbarte Erfindung ist besonders effizient,
wenn die nominelle Fehlerrate auf der Verbindung geringer ist als
10–2. Dies
ist in der Praxis sehr oft der Fall, insbesondere dank existierender
Mechanismen der Empfangs-Bestätigung,
die in den unteren OSI-Schichten implementiert sind. Auch gewährleistet
die in der vorherigen Anmeldung offenbarte Erfindung, dass die nominelle
Fehlerrate, wenn sie anfangs gleich oder kleiner als 10–3 ist,
im Anschluss dann unter 10–6 fällt. Im Rahmen einer Mehr-Client-Anwendung
wie Video-auf-Anfrage in einem IFE-System angewandt, ermöglicht sie
es ebenso zu vermeiden, dass die Verschlechterungen der Empfangsleistung,
denen ein einzelner Client begegnen kann, Auswirkungen auf die anderen
Clients haben. Sie verhindert, dass die Maßnahmen zur Wiederherstellung
der von einem Client verlorenen Daten die Verbindungen der anderen
Clients verlangsamt.
-
Leider
ist die in der vorherigen Anmeldung offenbarte Erfindung weniger
effizient sobald die nominelle Fehlerrate gleich oder größer als
10–2 ist.
In diesem extrem ungünstigen
Fall gelingt es der in der vorherigen Anmeldung offenbarten Erfindung
nicht mehr, die Fehler effizient zu korrigieren, da sie zu zahlreich
sind. Tests haben gezeigt, dass die Fehlerrate dann auf einem im
Wesentlichen identischen Wert verbleibt. Folglich bleibt die Fehlerrate
für einige,
besonders benachteiligte Clients erhöht. Allerdings ist ein Vorteil
der in der vorherigen Anmeldung offenbarten Erfindung, dass diese
benachteiligten Clients die anderen Clients nicht stören: eine schlechte
Empfangsleistung bleibt lokalisiert und pflanzt sich nicht fort.
-
Die
vorliegende Erfindung bietet sich dazu an, eine erste Korrektur
durchzuführen,
die dem Verfahren, das Gegenstand der in der vorherigen Anmeldung
offenbarten Erfindung ist, vorgelagert ist. In der Tat ist die in
der vorherigen Anmeldung offenbarte Erfindung nur dann voll effizient,
wenn man sicherstellen kann, dass die Fehlerrate in jedem Moment
und für
jeden Empfänger
nicht größer ist
als 10–3.
Die vorliegende Erfindung beschränkt
die Anzahl der Clients, für
die die Fehlerrate gleich oder größer als 10–2 ist,
wobei dieser Fall bei der Gesamtheit der Passagiere eines Flugzeugs
relativ häufig
ist. Die in der vorherigen Anmeldung offenbarte Erfindung wird also
für eine
größere Anzahl
an Clients effizient. Es ist anzumerken, dass die vorliegende Erfindung
dazu in der Lage ist, in jedem Moment und für jeden Client eine erhöhte Fehlerrate,
gleich oder größer als
10–2,
zu korrigieren, aber dass sie nicht dazu in der Lage ist, diese
Fehlerrate bis auf einen mittleren Pegel der Größenordnung von 10–3 oder
10–4 abzusenken,
ein Pegel, der im Rahmen von Video-auf-Anfrage inakzeptabel ist.
Es ist die in der vorherigen Anmeldung offenbarte Erfindung, die
es in einem zweiten Durchlauf ermöglicht, die Fehlerrate weiter
bis auf einen sehr geringen Pegel der Größenordnung von 10–6 zu verringern,
ein Pegel, der im Rahmen von Video-auf-Anfrage akzeptabel ist.
-
Die
vorliegende Erfindung hat also insbesondere zum Ziel, eine sichere,
aber im Wesentlichen bei der Gesamtheit der Clients homogene, mittlere
Fehlerrate zu liefern. Sie stellt in jedem Fall sicher, bis auf extreme
Fälle,
dass kein Client eine dermaßen
katastrophale Fehlerrate hat, dass es unmöglich wäre, sie durch Mechanismen der
Wiederübertragung
zwischen dem Server und dem Client zu korrigieren. Dazu hat die
Erfindung ein Verfahren zum Senden von Datenpaketen von einem Server
an Clients über eine
erste Datenverbindung, die eine gegebene Fehlerrate hat, zum Gegenstand.
Die Clients sind miteinander über
eine zweite Datenverbindung verbunden, die eine weniger erhöhte Fehlerrate
besitzt als die erste Verbindung. Der Server sendet alle Pakete über die
erste Verbindung an alle Clients, unabhängig davon, für welchen
Client das jeweilige Paket ist. Ein Client, der feststellt, dass
er ein Paket, das auf der ersten Verbindung an ihn adressiert ist,
nicht empfangen hat, fordert die anderen Clients dazu auf, ihm das genannte
Paket über
die zweite Verbindung erneut zuzusenden.
-
Zum
Beispiel kann die erste Datenverbindung eine leitungslose Verbindung
wie eine WiFi-Verbindung sein, und die zweite Datenverbindung kann
eine leitungsgebundene Verbindung wie eine Ethernet-Verbindung sein.
-
Vorteilhafterweise
kann der Server ein gegebenes Paket nur ein Mal auf der ersten Verbindung senden,
wobei er das genannte Paket an alle Clients adressiert.
-
Ferner
können
hier vorteilhafterweise mindestens drei Clients über die zweite Verbindung miteinander
verbunden werden, wobei ein Client ein gegebenes Paket nur ein Mal über die
zweite Verbindung bei den anderen Clients anfordert, dadurch, dass
er die Anforderung an alle anderen Clients adressiert.
-
Der
Server kann die Pakete, die er an die Clients sendet, nummerieren,
wobei ein Client anhand der Nummerierung feststellt, dass er ein
Paket nicht erhalten hat.
-
In
einer Ausführungsform
können
die Clients miteinander über
ihre Empfänger
verbunden sein. Die Pakete können
zum Beispiel Audio- und/oder Video-Daten enthalten, die von Lesemodulen
verwendbar sind, die die Clients enthalten. Diese Audio- und/oder
Video-Daten können
zum Beispiel an die Passagiere eines Luftfahrzeugs verteilt werden.
-
Die
Erfindung hat des Weiteren zu Haupt-Vorteilen, dass die Wiederübertragungs-Anforderungen
auf der leitungslosen Verbindung beschränkt werden und somit ihre Bandbreite
gespart wird, was bei einer Verbindung, die schon ohne Wiederübertragungen
recht unzuverlässig
ist, nicht ohne Belang ist. Sie bietet ebenso einen sehr nutzbringenden
Mechanismus der Redundanz der Clients. In der Tat kann, im Falle
der Unterbrechung und dann der Wiederaufnahme der Funktion von einem
der Clients, dieser die Gesamtheit seiner Daten wiederherstellen,
ohne etwas über
die leitungslose Verbindung beim Server anzufordern. Er muss sie
nur über
die leitungsgebundene Verbindung bei den anderen Clients, deren
Funktion während
der Unterbrechung sehr wahrscheinlich aufrecht erhalten blieb, anfordern.
-
Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung werden mit Hilfe der folgenden
Beschreibung hervorgehen, die unter Bezugnahme auf die angehängten Zeichnungen
gemacht wurde, die folgendes wiedergeben:
-
die 1 mittels
eines Architektur-Diagramms eine Darstellung eines Beispiels der
Umsetzung der vorliegenden Erfindung in einem System von Video-auf-Anfrage
an Bord eines Luftfahrzeugs;
-
die 2 mittels
eines Architektur-Diagramms eine Darstellung eines Beispiels der
Umsetzung der vorliegenden Erfindung in einem Empfänger;
-
die 3 mittels
eines Architektur-Diagramms eine Darstellung eines Beispiels der
Umsetzung der vorliegenden Erfindung in Kombination mit der Erfindung,
die im vorherigen Antrag offenbart wurde.
-
Die 1 stellt
durch ein Architektur-Diagramm ein Beispiel der Umsetzung eines
Systems von Video-auf-Anfrage an Bord eines Luftfahrzeugs gemäß der vorliegenden
Erfindung dar. In der Ausführungsform
von 1 sendet ein Server 1 zum Beispiel Ströme von Audio-
und Videodaten über eine
WiFi-Sendestation 11 und eine WiFi-Verbindung 12 an
drei Clients 2, 3 und 4. Es ist anzumerken,
dass jede andere Art von Verbindung in Betracht gezogen werden kann,
mit oder ohne Leitung. Im vorliegenden Bereich von IFE sind die
Clients 2, 3 und 4 zum Beispiel Video-Anzeigemodule,
die beziehungsweise WiFi-Empfangsstationen 5, 6 und 7 und
Lesegeräte 8, 9 und 10 enthalten.
Die Clients könnten
ebenso Module sein, die die aktuelle geographische Position des
Luftfahrzeugs angeben. Vorteilhafterweise sind die Empfänger 5, 6 und 7 miteinander über eine Ethernet-Verbindung 13 verbunden,
die der Norm IEEE802.3 entspricht. Es ist anzumerken, dass jede andere
Art von Verbindung in Betracht gezogen werden kann. Es ist allerdings
wünschenswert,
dass die Verbindung zwischen den Clients 2, 3 und 4 zuverlässiger ist
als die Verbindung mit dem Server 1, um aus der vorliegenden
Erfindung vollen Nutzen zu ziehen. Auf diese Weise können die
Clients 2, 3 und 4 die Datenströme abhören, die
für die
anderen Clients in der Nähe
bestimmt sind.
-
Vorteilhafterweise
sendet der Server 1 alle Datenpakete für die Gesamtheit der Gruppe,
die von den drei Clients 2, 3 und 4 gebildet
wird, an eine einzelne und selbe Adresse. Diese Versandmethode wird üblicherweise
mit dem englischen Ausdruck von Versand „als Multicast" bezeichnet. Als
Erweiterung wird man im Folgenden von „Multicast-Strömen" und „Multicast-Paketen" sprechen, um diese „als Multicast" versandten Ströme und Pakete
zu bezeichnen, oder ferner von „Multicast-Adresse". Konkret werden die
verschiedenen Ströme
an verschiedene Anschlüsse
der Empfänger 5, 6 und 7 gesendet,
die sich die selbe Adresse teilen. Ein Client kann alle diese Anschlüsse abhören und
bis zu 4 Anschlüsse
für seine
eigene Verwendung beanspruchen. Die Tatsache, dass die Ströme „als Multicast" versendet werden,
ist sehr wichtig. Denn wenn die Datenpakete an eine Adresse für jeden
der Clients 2, 3 und 4 gesendet würden, wobei
diese Versand-Methode mit dem englischen Ausdruck von Versand „als Unicast" bezeichnet wird,
könnte
jeder Client nur seine eigenen Ströme und keine anderen sehen.
Das ist ganz insbesondere der Fall, wenn man die Verschlüsselungs-Verfahren
der Norm 802.11 verwendet. Es wäre
dann unmöglich,
die vorliegende Erfindung umzusetzen. Des Weiteren verhält sich
ein „als
Unicast" gesendeter
Strom in unvorhersehbarer Weise. Wenn ein Paket „als Unicast" gesendet wird, hängt die
von ihm verwendete Bandbreite ab vom Durchsatz, von der Anzahl der
Male, die es verloren geht, und von seiner Größe. Und es benötigt eine
Empfangsbestätigung. Dagegen
hängt die
Verwendung der Bandbreite durch ein „Multicast-Paket" von nichts anderem
als von seiner Größe ab. Die Übertragungsrate
ist festgelegt, die Anzahl der Übertragungen
beträgt
immer eins und es benötigt
keine Empfangsbestätigung. Obwohl
die Wahrscheinlichkeit, dass ein Empfänger ein Paket verliert, bei „als Multicast" größer ist
als bei „als
Unicast", aufgrund
der Tatsache, dass es keine Wiederübertragung mehr auf unterer
Schicht gibt, weist der Versand „als Multicast" dennoch den Vorteil auf,
dass die Gesamt-Nutzung
der Bandbreite mit Genauigkeit bekannt sein kann, was die Dimensionierung
des Systems vereinfacht. Folglich ist es unumgänglich, für den Einsatz der vorliegenden
Erfindung „Multicast-Ströme" zu verwenden, um
die Audio- und Video-Ströme
zu senden.
-
Der
normale Weg eines Pakets in einem Audio- und Video-Strom ist der
im Folgenden beschriebene. Zuerst wird das Paket vom Server 1 über den WiFi-Sender 11 an
eine „Multicast-Adresse" gesendet, zum Beispiel
239.255.1.1. Das Datenpaket ist ein RTP-Paket (Real-Time Transport
Protocol), es enthält
also einen RTP-Kopf mit einer Sequenz-Nummer. Als Beispiel kann
man den RTP-Kopf verwenden, der von der Norm RFC 3551 beschrieben
wird. Der WiFi-Sender 11 überträgt das Paket weiter beziehungsweise
an die drei WiFi-Empfänger 5, 6 und 7 der
drei Clients 2, 3 und 4. Ein einziger
der drei Clients 2, 3 oder 4 ist der
Adressat des Pakets, das heißt,
ein einziger der Clients wird das Paket effektiv für die Ausstrahlung
seines Audio- oder Video-Inhalts verwenden. Gehen wir davon aus,
dass es sich um den Client 3 handelt. Der Empfänger 6 des
Clients 3 lagert das Paket in einem Zwischenspeicher-Bereich und
sendet es an das Lesegerät 9.
Ein Beispiel der Struktur des Zwischenspeichers des Empfängers 6 wird
im Folgenden gegeben. Die Empfänger 5 und 7 machen
nichts anderes, als das Paket in einem Zwischenspeicher-Bereich
zu lagern, sie senden es nicht an ihre entsprechenden Lesegeräte 8 und 10. Im
Normalfall, in dem der Empfänger 6 das
Paket nicht verpasst, das heißt,
wenn in der Zone des Empfängers 6 die
Effekte des Micro-Fading-Phänomens schwach
sind in dem Moment, der sofort auf das Senden durch den WiFi-Sender 11 folgte,
endet das Verfahren hier.
-
Ebenso
wird, wenn einer oder beide der Empfänger 5 und 7 das
Paket nicht empfangen hat oder haben, das heißt, wenn in den Bereichen der Empfänger 5 und 7 die
Effekte des Micro-Fading-Phänomens
erheblich sind in dem Moment, der sofort auf das Senden durch den
WiFi-Sender 11 folgte, dann geschieht nichts weiter und
das Verfahren endet hier ebenfalls. In der Tat verwenden die Clients 2 und 4 das
Paket nicht in effektiver Weise. Im äußersten Fall können sie
eine Spur der Tatsache behalten, dass das Paket verloren wurde,
was aufgrund der Sequenz-Nummern in den RTP-Köpfen der empfangenen Pakete
möglich
ist. Zum Beispiel muss, wenn ein Paket empfangen wird, dass die
Sequenz-Nummer k enthält,
wobei k eine ganze, natürliche
Zahl ist, dann das folgende Paket mit k + 1 nummeriert sein. Wenn
das folgende Paket mit k + 2 nummeriert ist, dann kann der Empfänger leicht
ableiten, dass das Paket k + 1 gesendet wurde, aber dass es nicht
empfangen wurde. Diese Erklärung
ist sehr schematisch, ein realistischeres Implementierungs-Beispiel
wird im Folgenden ausführlich
dargelegt.
-
Jedoch
muss das Paket, wenn der Empfänger 6 des
Clients 3 das Paket nicht empfangen hat, das heißt, wenn
im Bereich des Empfängers 6 die
Effekte des Micro-Fading-Phänomens
erheblich sind in dem Moment, der sofort auf das Senden durch den WiFi-Sender 11 folgte,
dann wiederhergestellt werden, da der Client 3 dieses Paket
in effektiver Weise für
die Ausstrahlung seines Audio- oder Video-Inhalts über das
Lesegerät 9 verwendet.
Der Empfänger 6 sendet
also eine Wiederübertragungs-Anforderung über die
Ethernet-Verbindung 13 an die Empfänger 5 und 7.
In der Tat ist es sehr wahrscheinlich, dass mindestens einer von
den beiden das Paket empfangen hat. Es ist anzumerken, dass die
Tatsache, dass keine Wiederübertragungs-Anforderungen
auf der WiFi-Verbindung 12 an den Server 1 gesendet
wird, was der im vorherigen Antrag offenbarten Erfindung entsprochen
hätte,
es ermöglicht,
die Bandbreite auf dieser im vorliegenden Fall bereits schwachen
Verbindung zu sparen. Vorteilhafterweise wird eine einzige, an den
Empfänger 5 und
an den Empfänger 7 adressierte
Anforderung „als
Broadcast" auf der Ethernet-Verbindung 13 gesendet.
Die üblicherweise mit
dem englischen Ausdruck von Versand „als Broadcast" bezeichnete Versand-Methode
ermöglicht
es, ein Paket an alle Clients eines Netzwerks zu senden. So hätten, falls
es andere Clients als die Clients 2 und 4 in dem
Ethernet-Netzwerk 13 gegeben hätte, diese auch die Wiederübertragungs-Anforderung
erhalten. Die Wiederübertragungs-Anforderung enthält die Sequenz-Nummer
des verlorenen Pakets und den Anschluss des betrachteten Stromes.
-
Wenn
die Empfänger 5 und 7 die
Anforderung empfangen, sehen sie jeder bei den Paketen nach, die
sie in ihren Zwischenspeichern gelagert haben, und suchen das Paket,
dessen Wiederübertragung
angefragt wurde. Wenn einer von ihnen es empfangen hat, dann sendet
er das besagte Paket erneut an den Empfänger 6. Ansonsten
antwortet er nicht auf die Anforderung. Folglich kann der Empfänger 6 keinerlei
Antwort auf seine Wiederübertragungs-Anforderung
erhalten oder eine Antwort auf seine Anforderung erhalten oder ferner
zwei Antworten auf seine Anforderung erhalten. In dem Fall, in dem
er mindestens eine Antwort auf seine Anforderung erhält, lagert
er diese Antwort in seinem Zwischenspeicher und sendet sie an sein
Lesegerät 9 zur
Ausstrahlung seines Inhalts. Es ist anzumerken, dass es kein Problem
ist, wenn mehrere Pakete, die die selbe RTP-Sequenznummer enthalten, gleichzeitig
auf der Ethernet-Verbindung 13 in Umlauf sind. In der Tat
ist das RTP-Protokoll dazu in der Lage, identische Pakete (Doppel)
aufzuspüren
und zu beseitigen. Es ist ebenso dazu fähig, die Pakete, die unsortiert
angekommen sind, wie es hier unvermeidbar der Fall ist, neu zu ordnen.
Des Weiteren zählt
der Empfänger 6 die
wiedererlangten Pakete, was es ermöglicht, die restliche Fehlerrate
zu messen. Er zählt
eine Antwort auf Wiederübertragung
nur ein Mal, durch Nachsehen in seinem Zwischenspeicher, um zu wissen,
ob eine Antwort nicht einem bereits zuvor wiedererlangten Paket
entspricht. Die Empfänger 5 und 7 machen
das gleiche für
die Pakete, die sie verpassen, und für die sie die Wiederübertragung
anfordernn. Die Rest-Fehlerrate von jedem der Empfänger 5, 6 und 7 ermöglicht es,
die Effizienz der vorliegenden Erfindung zu bewerten.
-
Wenn
sowohl der Empfänger 5 als
auch der Empfänger 7 das
vom Empfänger 6 angefragte
Paket nicht empfangen haben, dann findet keinerlei Wiederübertragung
auf der Ethernet-Verbindung 13 statt. Folglich bleibt eine
Rest-Fehlerrate
ungleich Null selbst nach Einsatz der vorliegenden Erfindung. Glücklicherweise
ist diese Rest-Fehlerrate besser als die Fehlerrate vor dem Einsatz
der Erfindung. Von der Anmelderin durchgeführte Tests zeigen, dass die schlechteste
Fehlerrate nach Einsatz der Erfindung besser ist, als die beste
Fehlerrate davor. Und dies bleibt selbst dann wahr, wenn einer der
Empfänger 5, 6 oder 7 eine
sehr schlechte, nominelle Fehlerrate hat, zum Beispiel von der Größenordnung
von 10–2. Es
ist anzumerken, dass dies nicht zwangsweise der Fall der in der
vorherigen Anmeldung offenbarten Erfindung ist, die sich nur als
effizient erweist für
nominelle Fehlerraten kleiner als 10–2.
Folglich kann vernünftigerweise
gehofft werden, dass die vorliegende Erfindung die Fehlerrate bis
auf die des besten Empfängers
unter den Empfängern 5, 6 und 7 absenkt. Sie
verringert erheblich die Fehlerrate von mindestens einem oder von
mehreren Empfängern
in einer gegebenen Zone, die sehr schlechte Empfangsbedingungen
besitzt, dies ohne zusätzliche
Bandbreite unter Abhängigkeit
der anderen Empfänger
zu verwenden.
-
Es
ist wichtig zu verstehen, dass die bekannten Systeme, die mehrere
Antennen enthalten, nicht mit der vorliegenden Erfindung vergleichbar
sind. Unter diesen Systemen kann zum Beispiel die Yagi-Antenne angeführt werden,
die aus einer Mehrzahl von harkenförmig angeordneten Antennen
besteht, oder die MIMO-Technologie
(Multiple-Input Multiple-Output), die eine Mehrzahl von Antennen
und Empfangs-Schleifen im selben Empfänger ausnutzt. Einerseits handelt
es sich in diesen Systemen immer um einen einzigen Client, der mit
mehreren Antennen verbunden ist. Auf keinen Fall handelt es sich
um eine Gemeinschaft von vernetzten Clients, wobei jeder die Rolle
einer Antenne für
die Gemeinschaft spielt. Andererseits sind die Antennen in diesen
Systemen quasi nebeneinander angeordnet oder mit einer extrem beschränkten Distanz
getrennt: einige Zentimeter bei den betrachteten Frequenzen. Auf keinen
Fall handelt es sich um wirklich beabstandete und über eine
Datenverbindung verbundene Antennen und Empfänger. Schließlich entsprechen
diese Systeme mit mehreren Antennen nach wie vor einem anderen technischen
Problem als dem des Micro-Fadings. So ermöglicht es die Mehrzahl von
Antennen, die eine Yagi-Antenne bilden, die Leistung der Signale
aufzusummieren (also in rein analoger Weise), um den Empfang eines
Signals zu verbessern. Die Mehrzahl der Antennen der MIMO- Technologie ermöglicht es
im Wesentlichen, den Durchsatz zu vervielfachen. In keinem bekannten
Fall geht es darum, der Variation oder der Diversität im Raum
der Empfangs-Ebene durch einen Austausch von fehlenden Informationen zwischen
mehreren, unabhängigen
und beabstandeten Empfängern
abzuhelfen.
-
Die 2 stellt
durch ein Architektur-Diagramm ein Beispiel des Einsatzes der vorliegenden Erfindung
im Empfänger 6 aus
dem Beispiel der 1 dar. Auf der WiFi-Verbindung 12 empfängt der Empfänger 6 n
Audio- und Video-Datenströme
fi, iε{1, ...,
n}. Zum Beispiel werden nur die Ströme f1, f2 und f3 effektiv vom
Client 3, dem der Empfänger 6 angehört, verwendet.
Der Empfänger 6 empfängt die
Ströme
f1, f2 und f3 „als
Multicast" über einen
dedizierten, SELF genannten Kommunikations-Punkt. Ein Kommunikations-Punkt
ist eine klassische Daten-Struktur,
sehr bekannt unter der englischen Bezeichnung „Socket", die es ermöglicht, das Kommunikations-Protokoll
zwischen einem Sender und einem Empfänger zu definieren. Der Empfänger 6 lagert
die Ströme
f1, f2 und f3 im Zwischenspeicher und sendet sie „als Unicast" über einen LOOP-„Socket” an das Lesegerät 9 zur
Ausstrahlung ihres Audio- oder Video-Inhalts. Die anderen Ströme von f4 bis fn werden über einen
PEER-„Socket” empfangen
und schlichtweg zwischengespeichert, sie werden nicht an das Lesegerät 9 gesendet.
Zum Beispiel enthält
der Zwischenspeicher des Empfängers 6 eine
Struktur der Lagerung nach Strom, wobei der Strom fi in
einer Struktur si gelagert wird für iε{1, ...,
n}. Vorteilhafterweise kann jede Struktur si 16
Datenpakete enthalten, die mit 0 bis 15 indiziert sind. In diesem
Beispiel der Ausführung
ist ein Paket mit der RTP-Sequenz-Nummer
gleich k am Platz mit dem Index N = k mod 16 gelagert. Unter der
Annahme, dass die Pakete in um 1 steigender Ordnung der RTP-Sequenz-Nummern empfangen
werden, muss N also normalerweise zyklisch in 1er-Schritten von 0 bis
15 variieren, dann zum Index 0 zurückkehren, und so weiter. Jedes
Mal wenn ein Paket in einer Struktur si mit
iε{1, 2,
3} gelagert wird, kann ein Kontroll-Modul 14 den neuen
Lagerungs-Index mit dem vorhergehenden Lagerungs-Index, den es gespeichert
hat, vergleichen. Wenn der neue Index nicht dem Index entspricht,
den die zyklische Variation der Lagerungs-Indizes anhand des vorherigen
Index vorherzusehen ermöglicht,
dann bedeutet dies, dass mindestens ein Paket verloren wurde. In
diesem Fall sendet ein Modul 15 zur räumlichen Entkopplung „als Broadcast" über einen RREQ-„Socket” auf der
Ethernet-Verbindung 13 ein Paket, das eine Anforderung zur
Wiederübertragung
des verlorenen Pakets enthält,
an die Empfänger 5 und 7,
die in der 2 nicht dargestellt sind. Sehr
wahrscheinlich wird eine Wiederübertragung
des verlorenen Paketes anschließend „als Unicast" durch ein Modul 16 zur
Behandlung der Wiederübertragungen
auf der Verbindung 13 empfangen, über einen RECV-„Socket". Das wiederübertragene Paket wird zur Ausstrahlung
seines Audio- oder Video-Inhalts an das Lesegerät 9 gesendet werden.
-
Es
ist anzumerken, dass das Modul 16 eventuell selber eine
Anforderung zur Wiederübertragung eines
Paketes empfangen kann, die vom Empfänger 5 oder vom Empfänger 7 über den
RECV-„Socket” kommt.
Wenn es in einer der Strukturen si, iε{4, ... n} vorliegt,
wird das angefragte Paket dann über
den RREQ-„Socket" wiederübertragen.
-
Die 3 stellt
durch ein Architektur-Diagramm ein Beispiel des Einsatzes der vorliegenden Erfindung
vor, das dem der 2 gleicht, aber dieses Mal in
Kombination mit der im vorherigen Antrag offenbarten Erfindung.
Der Empfänger
ist mit den selben Verbindungen von WiFi 12 und Ethernet 13 und mit
dem selben Lesegerät 9 verbunden.
Die selben Ströme
fi mit iε{1,
... n} werden empfangen und in den selben Strukturen si mit
iε{1, ...
n} gelagert. Die selben Module 14, 15 und 16 implementieren
die vorliegende Erfindung, die es ermöglicht, Wiederübertragungs-Anforderungn auf
der Ethernet-Verbindung 13 an die Empfänger 5 und 7,
die in der 3 nicht dargestellt sind, zu
senden und zu empfangen.
-
Module 17 und 18 implementieren
die im vorherigen Antrag offenbarte Erfindung. Das Kontroll-Modul 17 recherchiert
in den Strukturen si mit iε{1, 2, 3}
anhand der RTP-Sequenz-Nummern, ob Pakete verloren wurden und durch
die vorliegende Erfindung nicht wiedererlangt werden konnten. Gegebenenfalls
sendet das Modul 18 der zeitlichen Entkopplung dem Server 1,
in der 3 nicht dargestellt, eine Anforderung der Wiederübertragung
des genannten Pakets auf der WiFi-Verbindung 12 über einen
L5RQ-„Socket” zurück, wobei
dies der im vorherigen Antrag offenbarten Erfindung entspricht.
Es ist anzumerken, dass die Module 14, 15 und 16,
die die vorliegende Erfindung implementieren, Vorrang haben vor
den Modulen 17 und 18, die die im vorherigen Antrag
offenbarte Erfindung implementieren. Die Module 14, 15 und 16 arbeiten
vor den Modulen 17 und 18. Denn es gilt Wiederübertragungen
beim Server 1 über
die WiFi-Verbindung 12 nur
anzufordernn, wenn keiner der beiden Empfänger 5 oder 7 das
betreffende Paket empfangen hat. So ermöglicht die vorliegende Erfindung,
keine Bandbreite auf der WiFi-Verbindung 12 zu verschwenden.
-
Über Ihren
Mechanismus der versetzten Wiederübertragung bietet sich die
in der vorherigen Anmeldung offenbarte Erfindung dazu an, dem Problem
des Micro-Fading
unter dem zeitlichen Gesichtspunkt abzuhelfen. Was die vorliegende
Erfindung betrifft, so bietet sie sich dazu an, unter dem räumlichen
Gesichtspunkt abzuhelfen. In der Tat hat eine Senkung der Empfangsleistung
an einem gegebenen Ort des Flugzeugs stattgefunden, nicht überall im
Flugzeug: die Skala der Variation des Micro-Fading bei den in den
betrachteten Frequenzen in einem Flugzeug ist von nur wenigen Zentimetern.
In diesem Zeitpunkt kann bei mindestens einem der Clients erwartet
werden, dass er nicht von dem Micro-Fading gestört ist. Er kann also die Rolle
des Empfängers
für die
anderen Clients übernehmen.