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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 verursacht. 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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Aus der
WO 2008/054390 A1 ist ein Verfahren zur Wiederherstellung von Multicast-Daten unter Verwendung eines Sekundär-Netzes bekannt. Dabei sind drahtlose Geräte mit einem Hauptnetz verbunden, um Multicast-Daten zu empfangen. Bei einer fehlerhaften Übermittlung, werden die fehlenden Multicast-Daten über das sekundäre Netzwerk von den Geräten, welche die Multicast-Daten fehlerfrei empfangen haben, wiederhergestellt.
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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. Dabei ist die erste Datenverbindung eine leitungslose Verbindung und die zweite Datenverbindung ist eine leitungsgebundene Verbindung.
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Somit kann die erste Datenverbindung beispielsweise eine WiFi-Verbindung sein, und die zweite Datenverbindung eine Ethernet-Verbindung.
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Vorteilhafterweise kann der Server ein gegebenes Paket nur ein Mal auf der ersten Verbindung senden, wobei er das genannte Paket an alle Clients adressiert.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 anfordern. Die Rest-Fehlerrate von jedem der Empfänger 5, 6 und 7 ermöglicht es, die Effizienz der vorliegenden Erfindung zu bewerten.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
