-
Ausführungsformen
der Erfindung betreffen allgemein ein Verfahren zur Datenverkehrsgestaltung,
eine Einrichtung und eine Drahtlos-Einrichtung.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert.
-
Es
zeigen
-
1 ein
Verfahren zur Datenverkehrsgestaltung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung; und
-
2 ein
Blockschaltbild einer Einrichtung gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung.
-
In
der nachfolgenden ausführlichen
Beschreibung werden beispielhafte Ausführungsformen der vorliegenden
Erfindung erläutert.
Die Beschreibung soll nicht in einem begrenzenden Sinn aufgefasst
werden, sondern wird nur zwecks Darstellung der allgemeinen Grundsätze der
Erfindung bereitgestellt. Der Umfang der Erfindung wird jedoch nur durch
die Ansprüche
definiert und soll nicht durch die unten beschriebenen beispielhaften
Ausführungsformen
beschränkt
sein. Wo zutreffend soll die Beschreibung einer Verfahrensausführungsform
auch die Funktionsweise einer entsprechenden Vorrichtungsausführungsform
beschreiben und umgekehrt.
-
In
der 1 ist ein Verfahren zur Datenverkehrsgestaltung
gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung gezeigt.
-
Datenverkehrsgestaltung
bedeutet gewöhnlich,
dass der Datenfluss über
eine Datenverbindung (der „Verkehr”) bewusst
beeinflusst wird. So kann ein Verhalten der Datenverbindung oder
des Datenflusses selbst verbessert werden.
-
Bei 100 wird
eine Übertragungsrate
von Bestätigungen
gesteuert, wobei die Bestätigungen
in einer Hochgeschwindigkeitsrichtung einer Datenverbindung übertragen
werden und einen Empfang von in einer Niedergeschwindigkeitsrichtung
der Datenverbindung übertragenen
Daten bestätigen.
-
Eine
zum Übertragen
von Daten benutzte Datenverbindung kann zum gleichzeitigen Übertragen
von Daten in entgegengesetzten Richtungen benutzt werden. Die Daten
können
in jeder Richtung über
getrennte Übertragungskanäle übertragen
werden oder können
unter Verwendung eines einzigen Übertragungskanals
in einer Zeitmultiplexweise übertragen
werden. In jedem solchen Fall ist es allgemein wünschenswert, dass eine Datenübertragung
in einer Richtung nicht eine gleichzeitige Datenübertragung in der anderen Richtung
stört.
-
Eine
zweiseitig gerichtete Datenverbindung kann eine Hochgeschwindigkeitsrichtung
und eine Niedergeschwindigkeitsrichtung aufweisen. Man kann auch
sagen, dass es einen Hochgeschwindigkeitsweg und einen Niedergeschwindigkeitsweg
aufweisen kann. Eine solche Datenverbindung wird eine unsymmetrische
Datenverbindung genannt. Beispielsweise sind ADSL (Asymmetrical
Digital Subscriber Line), die eine Drahtleitungsdatenverbindung ist,
und HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), das eine drahtlose
Datenverbindung ist, stark unsymmetrische Datenverbindungen. Eine
unsymmetrische Datenverbindung stellt gewöhnlich eine hohe Übertragungsgeschwindigkeit
auf der Abwärtsstrecke
bereit (die gewöhnlich
die Richtung von einem Netz oder einem Server zu einem Endgerät oder einem
Benutzer ist) und stellt gewöhnlich
eine niedrige Übertragungsgeschwindigkeit
auf der Aufwärtsstrecke
bereit (die gewöhnlich
die Richtung von einem Endgerät
oder einem Benutzer zu einem Netz oder einem Server ist).
-
Auf
einer unsymmetrischen Datenverbindung kann eine Datenübertragung
in der Hochgeschwindigkeitsrichtung (z. B. Abwärtsstrecke) stark durch jegliche
Datenübertragungen
in der Niedergeschwindigkeitsrichtung (z. B. Aufwärtsstrecke)
beeinflusst sein. Dies ist besonders dann der Fall, wenn die Datenverbindung
gemäß dem Übertragungssteuerungsprotokoll
TCP (Transmission Control Protocol) betrieben wird.
-
Durch
eine Datenübertragung
in der Niedergeschwindigkeitsrichtung kann die verfügbare Übertragungskapazität leicht überlastet
werden. Auf einer stark unsymmetrischen Datenverbindung ist die Übertragungskapazität der Niedergeschwindigkeitsrichtung
viel geringer als die der Hochgeschwindigkeitsrichtung. Anders gesagt
kann eine Sättigung
der Übertragungsbandbreite
in der Niedergeschwindigkeitsrichtung auftreten.
-
Zu
der gleichen Zeit werden Daten in der Hochgeschwindigkeitsrichtung
der Datenverbindung mit einer hohen Datenrate übertragen, die durch die hohe Übertragungskapazität der Hochgeschwindigkeitsrichtung
ermöglicht
wird. Einen Empfang dieser Hochgeschwindigkeitsdaten bestätigende
Bestätigungen
werden bei Empfang der Daten erzeugt. Die Bestätigungen sind unter Verwendung
der Niedergeschwindigkeitsrichtung zurück zum Sender der Hochgeschwindigkeitsdaten
zu übertragen.
-
Als
Folge einer Sättigung
der Übertragungsbandbreite
in der Niedergeschwindigkeitsrichtung können die einen Empfang der
in der Hochgeschwindigkeitsrichtung der Datenverbindung übertragenen Daten
bestätigenden
Bestätigungen
nicht richtig übertragen
werden. Beispielsweise bleiben sie in einer langen Warteschlange
aller anderen, in der Niedergeschwindigkeitsrichtung zu übertragenden
Daten stecken. Der Sender der Hochgeschwindigkeitsdaten empfängt Bestätigungen
für die
Hochgeschwindigkeitsdaten nicht rechtzeitig genug und verlangsamt
oder unterbricht sogar die Datenübertragung
in der Hochgeschwindigkeitsrichtung.
-
Wie
aus dem Obengesagten ersichtlich, kann eine Sättigung der Übertragungsbandbreite
in der Niedergeschwindigkeitsrichtung zum Verlangsamen der Hochgeschwindigkeitsdatenübertragung
in der anderen Richtung führen
und damit einen Großteil
der in der Hochgeschwindigkeitsrichtung verfügbaren Übertragungsbandbreite unbenutzt
lassen.
-
Zur
besseren Nutzung der Bandbreite in der Hochgeschwindigkeitsrichtung
kann ein Verfahren zur Verkehrsgestaltung benutzt werden.
-
Im
Folgenden wird die Verkehrsgestaltung weiter erläutert. Es wird eine Ausführungsform
der Erfindung in Betracht gezogen, in der ein Klientencomputer (Client) über eine
unsymmetrische Datenverbindung gemäß dem TCP (Transmission Control Protocol)
mit einem Servercomputer verbunden ist. Durch die unsymmetrische
Datenverbindung wird eine hohe Übertragungsgeschwindigkeit
auf der Abwärtsstrecke
(DL-Downlink) bereitgestellt,
die vom Server zum Klienten führt,
und eine niedrige Übertragungsgeschwindigkeit
auf der Aufwärtsstrecke (UL-Uplink)
bereitgestellt, die vom Klienten zum Server führt.
-
Ein
auf dem Klientencomputer oder auf einem der Datenverbindung zugeordneten
Router ablaufendes Computerprogramm, kann als Verkehrsgestalter
benutzt werden. Vom Verkehrsgestalter können die Anwendungen (beispielsweise
Anwendungs-Computerprogramme) auf dem Klientencomputer überwacht
und die Daten begrenzt werden, die sie auf der UL senden dürfen, wodurch
Sättigung
der auf der UL verfügbaren
Bandbreite (BW) vermieden wird. Die TCP-Bestätigungen (ACKs- Acknowledgements)
können
dann sofort auf der UL übertragen werden.
Vom Verkehrsgestalter können
die ACKs für die
DL-Datenpakete gefiltert
werden und ihnen eine höhere
Priorität
gegenüber
den anderen UL-Datenpaketen erteilt werden. So müssen die ACKs nicht in den
Warteschlangen warten und können
sofort auf der UL übertragen
werden, selbst wenn die Bandbreite auf der UL gesättigt ist.
-
Die
im vorhergehenden Absatz beschriebenen Ansätze können gut funktionieren, sind
aber nicht in allen Fällen
geeignet. Ein solcher Fall besteht, wenn der Klientencomputer unter
Verwendung eines Mobiltelefons oder eines drahtlosen Modems oder
dergleichen, allgemein im Folgenden als Drahtlos-Einrichtung bezeichnet, mit dem Netz
(dem Servercomputer) verbunden ist.
-
Selbst
wenn die TCP ACKs eine höhere
Priorität
erhalten würden
und damit nicht in den Warteschlangen der Drahtlos-Einrichtungen warten
müssten,
besteht geringer Gewinn, da diese Warteschlangen im Vergleich mit
den Puffern im Klientencomputer, der ein Personal Computer (PC)
oder dergleichen sein kann, ziemlich klein sind. Die Datenpuffer
in der Drahtlos-Einrichtung können
nur mit Daten, die eine Anwendung auf dem Klientencomputer auf der
UL senden möchte,
schnell aufgefüllt
werden. So ist im Datenpuffer (der Warteschlange) der Drahtlos-Einrichtung
keine auszufilternde und den anderen Daten voranzusetzende ACK vorhanden.
Ein Versuch, den TCP ACKs eine höhere
Priorität
bezüglich
der Warteschlangen der Drahtlos-Einrichtung zu erteilen, funktioniert
daher möglicherweise
nicht gut.
-
Steuern
des Teils der Bandbreite auf der UL, die von Anwendungen auf dem
Klientencomputer benutzt werden darf, würde bedeuten, dass der Benutzer
besondere Software installieren muss, was zusätzliche Kosten und möglicherweise
Konfigurationsarbeiten bedeutet.
-
Gemäß Ausführungsformen
der Erfindung werden die auf der DL übertragenen ACKs für die UL-Datenpakete,
welche ACK auf der DL übertragen werden,
manipuliert. Das Ziel dieser Manipulation ist, die benutzte BW auf
der UL auf einen Wert zu begrenzen, der den ACKs für die DL-Datenpakete ebenfalls
den benötigten
Anteil von BW bewilligt. So wird die UL-Bandbreite nicht gesättigt und die UL-Warteschlangen
im gesamten System werden sich nicht auffüllen. Dadurch werden die den
ACKs für
die DL-Datenpakete auferlegten Verzögerungen minimiert.
-
Gemäß Ausführungsformen
der Erfindung beruht die Verkehrsgestaltung auf Steuern der ACKs für die UL-Datenpakete. So wird
der Anteil der durch die UL-Datenpakete benutzten Bandbreite auf
der UL begrenzt und Sättigung
der Bandbreite auf der UL kann vermieden werden.
-
Ausführungsformen
der Erfindung weisen folgende Vorteile auf: Manipulieren der ACKs
für die UL-Datenpakete
kann vollständig
und transparent in der Drahtlos-Einrichtung oder dem Router oder
dergleichen implementiert werden. Der Klientencomputer und der Servercomputer
und die übrige
Datenverbindung (Datenweg) müssen
nicht geändert
werden. Der zur Bearbeitung und Zwischenspeicherung der ACKs für die UL-Datenpakete
benötigte
zusätzliche Speicherraum
ist sehr klein, da die ACK-Pakete gewöhnlich jeweils nur annähernd wenige
Zehntel Byte beanspruchen.
-
In
der 2 ist ein Blockschaltbild einer Einrichtung gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung dargestellt. Die Einrichtung ist in einer Drahtlos-Einrichtung 200 enthalten,
die beispielsweise ein fest zugeordneter Drahtlos-Modem zur Datenübertragung
oder ein in einem Mobiltelefon oder PDA (Personal Digital Assistant)
integrierter Drahtlos-Modem ist.
-
Ein
Klientencomputer (Benutzercomputer) 205, der beispielsweise
ein Personal Computer (PC) ist, ist über eine unsymmetrische Datenverbindung 215, 220 gemäß dem Übertragungssteuerungsprotokoll
(TCP-Transmission Control Protocol) mit einem Servercomputer 210 verbunden.
Die unsymmetrische Datenverbindung weist eine lokale Verbindung 215 auf,
z. B. eine USB-(Universal Serial Bus)-Verbindung zwischen dem Klienten/Benutzer 205 und der
Drahtlos-Einrichtung 200 und
weist eine Verbindung über
die Luft 220 zwischen der Drahtlos-Einrichtung 200 und
dem Server 210 auf. Sie bietet eine hohe Übertragungsgeschwindigkeit
auf der Abwärtsstrecke
(DL-Downlink) 225, die die Richtung vom Server 210 zum
Klienten 205 ist, und bietet eine niedrige Übertragungsgeschwindigkeit
auf der Aufwärtsstrecke
(UL-Uplink) 230,
die die Richtung vom Klienten 205 zum Server 210 ist.
-
Die
Drahtlos-Einrichtung 200 enthält eine Steuereinheit („ACK Control
Logic”) 235 zum
Manipulieren von ACKs für
die UL-Datenpakete.
Diese ACKs werden auf der DL übertragen.
Der UL-Weg in der
Drahtlos-Einrichtung 200 ist als Datenleitungen 240 dargestellt
und der DL-Weg in der Drahtlos-Einrichtung 200 ist als
Datenleitungen 245 dargestellt.
-
Die
Manipulierung der ACKs für
die UL-Datenpakete, die auf der DL vom Server 210 empfangen
werden, geschieht durch Steuern und Begrenzen wo nötig der
Rate der ACKs, die zum Klienten 205 weitergeleitet werden.
Die empfangenen ACKs, die nicht sofort weitergeleitet werden, das
heißt,
die verzögert
werden, werden einige Zeit lang in einem Verzögerungspuffer 250 gespeichert.
Ein die Verzögerungszeit
bestimmender Steuerungsparameter „Verzögerung” 245 wird durch die
Steuereinheit 235 eingestellt und am Verzögerungspuffer 250 benutzt.
Der Steuerungsparameter „Verzögerung” 255 wird
nach Bedarf verändert.
-
Weiterhin
ist das Feld „Fenstergröße” in den ACKs,
die zum Klienten 205 weitergeleitet werden, auf einen niedrigen
oder sogar sehr niedrigen Wert eingestellt (bei dem nur wenige TCP-Segmente
aufgenommen werden), wodurch die Anzahl von Datenpaketen begrenzt
wird, die ohne Bestätigung
in der UL-Richtung
gesendet werden dürfen.
Der Parameter „Fenstergröße” zeigt
in der ACK an, wie viel Daten der Empfänger noch annehmen kann. Er
wird gewöhnlich
dafür benutzt,
sicherzustellen, dass der Sender nicht die Puffer des Empfängers zum Überlaufen
bringt. Der Fenstergrößenparameter
muss möglicherweise
von einem gegebenen hohen Wert (der eine große verfügbare Empfängerpuffergröße anzeigt)
auf den niedrigen Wert geändert
werden. Gemäß einer
Ausführungsform
ist der Wert des Fenstergrößenparameters
allgemein auf einen niedrigen Wert begrenzt. Dadurch wird sichergestellt, dass
nur eine begrenzte Anzahl von Datenpaketen „sich auf dem Weg befinden”. So reagiert
der Strom von UL-Datenpaketen schneller auf eine Verzögerung einer
ACK.
-
Mit
diesen Steuerungsmaßnahmen
wird die Nutzung der Bandbreite auf der UL durch die maximale ACK-Übertragungsrate „ACK Max
Transfer Rate” (ACK-Pakete/SEC),
die „TCP
ACK-Frequenz” (Anzahl
von mit einer ACK bestätigten
TCP-Segmenten) und
die „Größe des TCP-Segmentes” bestimmt. Die
benutzte Bandbreite auf der UL sollte im Idealfall unter Berücksichtigung
der jeweiligen Betriebszustände
und Konfigurationen sehr nahe bei dem jeweiligen verfügbaren Maximum
liegen, aber das Maximum nicht überschreiten,
das heißt
eine Sättigung der
verfügbaren
Bandbreite auf der UL sollte vermieden werden.
-
Dies
kann durch Überprüfen der
Füllstände in beliebigen
der zum Puffern von Daten auf der UL benutzten Modempuffer und durch
entsprechendes Steuern der Übertragungsrate
auf der DL von ACKs für
die UL-Daten erreicht werden. An einem HSDPA-Modem besteht ein zweckdienlicher Weg
darin, den Füllstand
des PDCP-(Packet Data Convergence Protocol)-Puffers zu überprüfen. Der
PDCP-Puffer 260 ist auf dem UL-Weg 240 angeordnet.
Sein Füllstand
wird durch die Überwachungseinheit 265 überwacht.
Die Überwachungseinheit 265 kann
eine getrennte Einheit sein oder kann in der Steuereinheit 235 integriert
sein. Zur Benutzung an der Steuereinheit 235 wird ein Steuerungsparameter „Füllstand” 270 bereitgestellt.
Als Alternative oder zusätzlich kann
die Aktivierungsrate der UL-Datenflusssteuerung
(die die Häufigkeit
anzeigt, mit der die Puffer über
einen gewissen Schwellwert angefüllt
werden) zur Bereitstellung von Informationen über die Nutzung der verfügbaren Bandbreite
auf der UL überwacht
werden.
-
Die
anfängliche
ACK-Übertragungsrate
sollte diejenige sein, die nur durch eine UL-Übertragung gegeben wird. Durch Überwachen
der Stände
in dem PDCP-Puffer 260 (bzw. wie oft die UL-Flusssteuerung
aktiviert wird) erhält
die Steuerungseinheit 235 eine Eingabe der entsprechenden
Steuerung der ACK-Übertragungsrate.
Die Rate kann nach Bedarf erniedrigt oder wieder erhöht werden.
Dadurch wird sichergestellt, dass im Durchschnitt der PDCP-Puffer 260 nicht
voll ist, d. h. die UL nicht gesättigt
ist. Zum Vermeiden, dass der PDCP-Puffer 260 leer wird,
können
ACKs sofort ohne jede Verzögerung
gesendet werden. Dies führt
zum Senden von zusätzlichen
Datenpaketen auf der UL.
-
Eine
weitere Weise zum Optimieren des Datenverkehrs auf der Datenverbindung 215, 220 besteht
in der Überwachung
der benutzten Bandbreite auf der DL, d. h. in der Überwachung
des DL-Verkehrs und im Modulieren der ACK-Übertragungsrate auf der DL
(von ACKs für
UL-Datenpakete) zum Ermitteln des Maximums in der benutzten Bandbreite auf
der DL. Die Überwachungseinheit 265 kann
zum Überwachen
der benutzten Bandbreite auf der DL ausgelegt sein. Als Alternative
oder zusätzlich
zum Steuerungsparameter „Füllstand” 270 kann
ein Steuerungsparameter „DL-Verkehr” 275 zur
Verwendung an der Steuereinheit 235 bereitgestellt werden.