DE102011077806A1

DE102011077806A1 - Reservierung eines Funkkanals

Info

Publication number: DE102011077806A1
Application number: DE201110077806
Authority: DE
Inventors: Alejandro Ramirez; Andreas Ziller
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 2011-06-20
Filing date: 2011-06-20
Publication date: 2012-12-20

Abstract

Es wird vorgeschlagen, einen Funkkanal eines WLANs mittels einer zentralisierten Planungsfunktion bzw. einer zentralisierten Planungseinheit (”Scheduling Unit”) zu reservieren. Dies hat den Vorteil, dass die drahtlosen Geräte des WLANs nicht mehr unkoordiniert um eine Belegung des Funkkanals wetteifern, sondern diese Belegung kontrolliert z. B. auch unter Berücksichtigung bestimmter Vorgaben oder Parameter erfolgen kann. Das ermöglicht die Verwendung sicherheits- oder echtzeitkritischer Kommunikation, da nun die Zuteilung einer Ressource über die Planungsfunktion garantiert werden kann. Vorzugsweise werden zur Kanalreservierung Management-Rahmen gemäß IEEE 802.11 verwendet; damit ist sichergestellt, dass für standardkompatible Geräte die vorgestellte Lösung funktioniert. Die Erfindung kann in bestehenden WLAN-Lösungen eingesetzt werden, insbesondere im Hinblick auf industrielle oder sicherheitsrelevante Anwendungen, für die eine garantierte Ressourcenzuteilung wichtig ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Reservierung eines Funkkanals in einem drahtlosen lokalen Netzwerk sowie ein System mit mindestens einer solchen Vorrichtung.
Ein WLAN (Wireless Local Area Network, zu Deutsch ”drahtloses lokales Netzwerk”) bezeichnet ein lokales Funknetz, meistens nach einem Standard der IEEE-802.11-Familie. Manchmal wird regional unterschiedlich anstatt WLAN auch der Begriff Wi-Fi verwendet.
Die Infrastruktur des WLAN ähnelt beispielsweise der eines Mobilfunknetzes. Ein drahtloser Router oder ein Access Point übernimmt die Koordination der anderen Netzknoten (Clients), indem in einstellbaren Intervallen (üblicherweise zehnmal pro Sekunde) kleine Datenpakete, sogenannte Beacons (”Leuchtfeuer”), an alle Stationen (auch bezeichnet als drahtlose Geräte) im Empfangsbereich gesendet werden. Die Beacons enthalten u. a. folgende Informationen:

– einen Netzwerknamen (Service Set Identifier, SSID),
– eine Liste unterstützter Übertragungsraten,
– eine Art der Verschlüsselung.

Die Beacons erleichtern den Verbindungsaufbau, da die Clients beispielsweise lediglich den Netzwerknamen und optional einige Parameter für die Verschlüsselung kennen müssen. Gleichzeitig ermöglicht der ständige Versand der Beacons eine Überwachung der Empfangsqualität – auch dann, wenn keine Nutzdaten gesendet oder empfangen werden.
Eine verteilte Koordinationsfunktion (DCF: ”Distributed Coordination Function”) ist eine Kanalzugangsfunktion von standardisierten WLAN-Geräten. Die verteilte Koordinationsfunktion nutzt eine CSMA/CA-Technologie (”Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance, zu Deutsch etwa ”Mehrfachzugriff mit Trägerprüfung und Kollisionserkennung”) mit einem als ”binary exponential backoff” bezeichneten Stauauflösungsmechanismus: Die Kanalzugangsfunktion ermöglicht es den Stationen, um einen Kanal zu wetteifern, wobei jede Station eine statistisch zufällige Chance hat, den Zugang zu dem Kanal zu erhalten. Hierbei ist es von Nachteil, dass den Stationen kein vorgegebener Datendurchsatz garantiert werden kann.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, den vorstehend genannten Nachteil zu vermeiden und insbesondere eine Lösung anzugeben, mit der auch eine Reservierung eines Funkkanals und damit zusammenhängender Ressourcen, insbesondere in einem WLAN, unter Verwendung handelsüblicher Geräte garantiert werden kann.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich auch aus den abhängigen Ansprüchen.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren angegeben zur Reservierung eines Funkkanals in einem drahtlosen lokalen Netzwerk,

– bei dem von einer Planungsfunktion eine Übertragung mehrerer drahtloser Geräte, die in dem Netzwerk betrieben werden, koordiniert wird,
– bei dem entsprechend der koordinierten Übertragung eine Reservierung des Funkkanals für die drahtlosen Geräte durchgeführt wird.

Die hier genannten drahtlosen Geräte werden auch als Stationen bezeichnet. Das drahtlose Gerät ist vorzugsweise ein Zugangspunkt oder ein Endgerät des Netzwerks.
Somit kann die Planungsfunktion die Vergabe von Ressourcen koordinieren, indem nach einem vorgegebenen Muster bzw. einer entsprechenden Abfolge die einzelnen drahtlosen Geräte berechtigt werden, den Funkkanal für eine vorgegebene Zeitdauer zu nutzen. Die Zeitdauer kann für jedes drahtlose Gerät individuell bestimmt werden. Hiermit ist es möglich, dass nach vorgegebenen Kriterien z. B. eine Priorisierung der Funkkanal bestimmten drahtlosen Geräten zugewiesen wird und somit z. B. für hochpriorisierten deterministischen Verkehr sichergestellt werden kann, dass die notwendigen Ressourcen bereitstehen.
Es kann demnach eine garantierte Reservierung eines drahtlosen Kanals insbesondere in einem WLAN (z. B. gemäß dem oder basierend auf einem Standard der IEEE 802.11 Familie) auch mittels handelsüblicher Hardware erreicht werden. Die vorgeschlagene Kanalreservierung ermöglicht einer Station einen garantierten Zugang zu dem drahtlosen Netzwerk. Damit können dieser Station sowohl Datendurchsatz als auch Verzögerungsparameter (z. B. für eine vorgegebene Zeitdauer) fest zugesagt und eingehalten werden. Dies ist für viele Anwendungen nötig oder von Vorteil, die z. B. eine deterministische Datenübertragung benötigen, z. B. Videostreaming-Anwendungen, Sprache über Internet (VoIP: Voice over IP) und industrielle Echtzeitanwendungen, z. B. im Rahmen unterschiedlicher Steuer- und Regelungsaufgaben.
Vorteilhaft sind hierzu bei den Endgeräten keine besonderen Eingriffe notwendig, es können vielmehr beliebige handelsübliche Endgeräte verwendet werden.
Eine Weiterbildung ist es, dass von der Planungsfunktion ein Startzeitpunkt der Übertragung sowie eine Dauer der Übertragung für die drahtlosen Geräte bestimmt werden.
Insbesondere die Dauer der Übertragung kann an das drahtlose Gerät, für das der Funkkanal reserviert wurde, übermittelt werden.
Die Parameter, welches drahtlose Gerät und wie lange dieses drahtlose Gerät an der Kommunikation teilnehmen soll bzw. den Funkkanal (exklusiv) zugewiesen bekommt, kann dynamisch von der Planungsfunktion festgelegt werden.
Eine andere Weiterbildung ist es, dass die Planungsfunktion die Übertragung aller drahtlosen Geräte koordiniert.
Insbesondere können somit alle aktiven oder beteiligten drahtlosen Geräte einheitlich mittels der Planungsfunktion administriert werden, indem die Planungsfunktion die Reservierung exklusiv die Reservierung des Funkkanals übernimmt.
Insbesondere ist es eine Weiterbildung, dass die Planungsfunktion ein Programm oder eine Funktionalität ist, die in mindestens einer Komponente des Netzwerks angeordnet ist.
Die Planungsfunktion kann als eine separate Planungseinheit ausgeführt sein. Auch ist es möglich, dass die Planungseinheit Teil eines Knotens oder einer Komponente des Netzwerks ist. Auch ist es möglich, dass die Planungsfunktion (oder auch die Planungseinheit) verteilt auf mehreren Komponenten des Netzwerks ausgeführt ist.
Auch ist es eine Weiterbildung, dass anhand der Planungsfunktion die Übertragung der drahtlosen Geräte koordiniert wird in Abhängigkeit von mindestens einer der folgenden Parameter:

– einem Verkehrstyp,
– einer maximal zulässigen Verzögerung;
– einer minimalen Datenrate;
– einer durchschnittlichen Datenrate;
– einer Spitzen-Datenrate;
– einer Priorität;
– einer Verkehrsspezifikation,
– einem Verkehrsaufkommen.

Der Verkehrstyp kennzeichnet beispielsweise eine Art des Verkehrs, den das jeweilige drahtlose Gerät empfangen oder versenden möchte. Beispielsweise kann es sich um zeitkritischen, deterministischen Verkehr oder um zeitunkritischen Verkehr handeln. Beispiele für einen zeitkritischen Verkehr sind: Audio- und/oder Videostreaming-Anwendungen, Sprache über Internet (VoIP) oder Steuer- und Regelungsaufgaben.
Bei der Verkehrsspezifikation kann es sich um eine TSPEC-Nachricht gemäß dem IEEE 802.11e-Standard handeln. Alternativ kann es sich um ein Merkmal einer industriellen Punkt-Koordinationsfunktion (iPCF) handeln.
Ferner ist es eine Weiterbildung, dass die Reservierung des Funkkanals für jedes drahtlose Gerät mittels eines Management-Rahmens vorgegeben wird.
Der Management-Rahmen wird vorzugsweise von der Planungsfunktion vorgegeben und umfasst ein vorgegebenes Ziel sowie eine Zeitdauer. Somit erfährt das betroffene drahtlose Gerät, wie lange es den Funkkanal nutzen kann.
Im Rahmen einer zusätzlichen Weiterbildung werden Management-Rahmen basierend auf einem Standard der IEEE 802.11-Familie genutzt.
Eine nächste Weiterbildung besteht darin, dass die Reservierung des Funkkanals mittels eines RTS/CTS-Mechanismus erfolgt, wobei von der Planungsfunktion CTS-Nachrichten zu den drahtlosen Geräten übermittelt werden.
Die CTS-Nachricht enthält dabei vorzugsweise eine Zeitdauer oder einen Hinweis auf eine Zeitdauer, mit der das adressierte drahtlose Gerät erfährt, wie lange es den Funkkanal nutzen kann.
Bei dem RTS/CTS-Mechanismus wird eine Sendeanfrage (RTS: Request To Send) Nachricht übermittelt und ggf. mit einer Sendefreigabe (CTS: Clear To Send) Nachricht beantwortet.
Die standardkonforme Implementierung des IEEE 802.11-Standards verlangt von allen empfangenden Stationen, ihren Netzbelegungsvektor (NAV: Network Allocation Vector) zu aktualisieren und sich während dieser Zeit zurückzuhalten, also selbst während der Zeitdauer, die in dem CTS-Rahmen angegeben ist, keine Daten zu senden bzw. die Reservierung zu beachten.
Eine Ausgestaltung ist es, dass das drahtlose lokale Netzwerk ein Funknetzwerk ist, das auf einem Standard der IEEE 802.11-Familie basiert.
Die vorstehend genannte Aufgabe wird auch gelöst anhand einer Vorrichtung zur Reservierung eines Funkkanals in einem drahtlosen Netzwerk umfassend eine Verarbeitungseinheit, die derart eingerichtet ist, dass

– eine Übertragung mehrerer drahtloser Geräte, die in dem Netzwerk betrieben werden, bestimmbar ist,
– entsprechend der bestimmten Übertragung eine Reservierung des Funkkanals für die drahtlosen Geräte durchführbar ist.

Die Verarbeitungseinheit kann insbesondere eine Prozessoreinheit und/oder eine zumindest teilweise festverdrahtete oder logische Schaltungsanordnung sein, die beispielsweise derart eingerichtet ist, dass das Verfahren wie hierin beschrieben durchführbar ist. Besagte Verarbeitungseinheit kann jede Art von Prozessor oder Rechner oder Computer mit entsprechend notwendiger Peripherie (Speicher, Input/Output-Schnittstellen, Ein-Ausgabe-Geräte, etc.) sein oder umfassen.
Die vorstehenden Erläuterungen betreffend das Verfahren gelten für die Vorrichtung entsprechend. Die Vorrichtung kann in einer Komponente oder verteilt in mehreren Komponenten ausgeführt sein. Insbesondere kann auch ein Teil der Vorrichtung über das Netzwerk angebunden sein.
Die hierin vorgestellte Lösung umfasst ferner ein Computerprogrammprodukt, das direkt in einen Speicher eines digitalen Computers ladbar ist, umfassend Programmcodeteile die dazu geeignet sind, Schritte des hier beschriebenen Verfahrens durchzuführen.
Weiterhin wird das oben genannte Problem gelöst mittels eines computerlesbaren Speichermediums, z. B. eines beliebigen Speichers, umfassend von einem Computer ausführbare Anweisungen (z. B. in Form von Programmcode) die dazu geeignet sind, dass der Computer Schritte des hier beschriebenen Verfahrens durchführt.
Die Aufgabe wird weiterhin gelöst mittels eines Systems umfassend mindestens eine der hierin beschriebenen Vorrichtungen.
Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden klarer und deutlicher verständlich im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
Es zeigen:
1 ein schematisches Flussdiagramm mit Schritten eines Verfahrens zur Reservierung eines Funkkanals in einem drahtlosen lokalen Netzwerk;
2 schematisch eine Architektur eines Netzwerks mit einer Planungseinheit (z. B. realisiert als Planungsfunktion in einem Knoten des Netzwerks) und mehreren drahtlosen Geräten;
3 ein schematisches Diagramm einer Kommunikation zwischen mehreren drahtlosen Geräten.
Es wird insbesondere ein Ansatz zur Kanalreservierung vorgeschlagen, so dass ein System einem drahtlosen Gerät einen Zugang zu einem Kanal garantieren kann, ohne dass hierfür die Kompatibilität mit dem WLAN-Standard verletzt würde bzw. ohne dass hierfür ein spezielles Gerät notwendig wäre.
Eine derartige Reservierung wird beispielsweise mittels der folgenden Komponenten ermöglicht:

(1) Eine Planungseinheit (auch bezeichnet als eine ”Scheduling-Einheit”) kann als ein Programm oder als eine Funktionalität) (daher auch bezeichnet als ”Planungsfunktion”) ausgeführt sein und plant die Übertragung und insbesondere die Dauer jeder Übertragung für jedes drahtlose Gerät, das in dem Netzwerk (oder einem bestimmten Teil des Netzwerks) betrieben wird und/oder aktiv ist. Um eine optimierte Planung zu erreichen ist es nützlich, wenn die Planungseinheit den Typ des Verkehrs sowie weitere Parameter, die für diesen Verkehr, den jedes Gerät versenden und/oder empfangen möchte, von Bedeutung sind, kennt. Derartige Parameter umfassen z. B. eine maximal zulässige Verzögerung, eine durchschnittliche Datenrate, eine Spitzen-Datenrate, etc. Die Planungseinheit bzw. das dafür erforderliche Programm kann beispielsweise von einem Zugangspunkt oder in einem anderen Gerät des Netzwerks bereitgestellt werden oder auf diesem ablaufen.
(2) Mindestens ein drahtloses Gerät, das gemäß dem WLAN-Standard (oder basierend auf dem WLAN-Standard) betreibbar ist, wird mittels der Planungseinheit angesteuert: Die Planungseinheit gibt dabei dem Gerät standardkonforme Management-Rahmen vor, die ein vorgegebenes Ziel und eine Zeitdauer umfassen. Bei den erwähnten Geräten handelt es sich beispielsweise um Zugangspunkte oder um Endgeräte bzw. Repeater des Netzwerks.

Somit können vorteilhaft bestimmte Management-Rahmen des IEEE 802.11-Standards genutzt werden. Diese Rahmen müssen gemäß der Vereinbarung des Standards von den standardkonformen Geräten berücksichtigt werden.
Es wird vorgeschlagen, einen sogenannten RTS/CTS-Mechanismus zu nutzen, der gemäß dem Standard zur Kollisionsverminderung eingesetzt wird. Hierbei wird eine Sendeanfrage (RTS: Request To Send) Nachricht übermittelt und ggf. mit einer Sendefreigabe (CTS: Clear To Send) Nachricht beantwortet. Die Unterstützung dieses Mechanismus ist ein notwendiger Bestandteil des Standards und entsprechend von allen WLAN-Geräten umzusetzen. Bei dem RTS/CTS-Mechanismus handelt es sich um einen Teil des Standards, der als ”verpflichtend” ausgewiesen ist, der also notwendigerweise (und nicht optional) zu implementieren ist.
So steht in Abschnitt 9.2. des IEEE 802.11-2077 Standards:
Alle Stationen innerhalb eines Empfangsbereichs entweder der Quell-Station (die die Sendeanfrage (RTS) übermittelt) oder der Zielstation (die die Sendefreigabe (CTS) übermittelt) sollen die Reservierung des Mediums erlernen. Somit ist es möglich, dass eine Station nicht in der Lage ist, von der Quell-Station zu empfangen und doch bereits weiß, dass ein Medium für die Datenübermittlung genutzt werden soll.
Eine Station, die konfiguriert ist, nicht den RTS/CTS-Mechanismus zu initiieren, soll dennoch ihren virtuellen CS-Mechanismus aktualisieren mit der Information der Zeitdauer, die in einem RTS- oder einem CTS-Rahmen empfangen wurde. Weiterhin soll die Station immer auf eine an sie gerichtete Sendeanfrage (RTS) antworten mit einer Sendefreigabe (CTS), falls dies aufgrund der Zugriffsregeln auf das Medium zulässig ist.
Der CS-Mechanismus (CS: ”Carrier Sense” – Detektion eines Trägers) erfordert, dass Signale auf einem Träger bzw. Kanal ausgewertet werden und abhängig von diesen Signalen bzw. von der Existenz bestimmter Signale von der Station selbst ein Signal ausgesendet wird. Hierdurch wird vermieden, dass eine bereits vorhandene Übertragung gestört wird.
In einer beispielhaften Realisierung übermittelt ein Zugangspunkt eine CTS-Nachricht an jede Station (Client), wobei für eine Station nach der anderen eine bestimmte Zeitdauer für den Zugriff auf den (gemeinsamen) Kanal zugewiesen wird; währenddessen können Daten ohne Eingriff anderer Stationen gesendet werden. Somit koordiniert der Zugangspunkt die Kanalvergabe unter den Stationen; dadurch ist es möglich, Ressourcen für die Stationen deterministisch zu vergeben bzw. zu garantieren, dass eine bestimmte Station exklusiven Zugang zu dem Kanal für eine vorgegebene Zeitdauer erhält.
3 zeigt beispielhaft ein schematisches Diagramm einer Kommunikation zwischen mehreren drahtlosen Geräten. Beispielhaft ist eine Planungseinheit z. B. als ein Zugangspunkt 301 ausgeführt, die die Koordination der Kanalvergabe durchführt. Weiterhin sind mehrere Stationen 302 bis 305 dargestellt, zwischen denen der Zugangspunkt 301 eine Koordination der Kommunikation wie folgt durchführen kann: Während einer Zeitdauer 308 wird der Zugang von dem Zugangspunkt 301 koordiniert und während einer Zeitdauer 309 kann optional eine solche Koordination durch den Zugangspunkt 301 erfolgen, d. h. während der Zeitdauer 309 wetteifern die einzelnen Stationen 302 bis 305 (ggf. auch der Zugangspunkt 301) um den Zugang zu dem Kanal.
Die Zeitdauer 308 ist beispielhaft unterteilt in mehrere Rahmen gleicher oder unterschiedlicher Dauer, die durch eine Zeit 306 getrennt sind. Bei der Zeit 306 handelt es sich um einen zeitlichen Abstand zwischen Rahmen (auch bezeichnet als ”Interframe Spacing”), also eine Zeit die vor dem Senden eines Bestätigungsrahmens (ACKs), einer CTS-Nachricht oder einer Antwort auf eine Anfrage (Polling) vergangen sein muss. Die Zeit 306 wird auch als Short Interframe Spacing (SIFS) bezeichnet.
Die Zeitdauer 309 beginnt mit einer Zeit 306 und einer sich daran anschließenden Zeit 307 (auch bezeichnet als ”Distributed Coordination Function Interframe Spacing” (DIFS), also einer Zeit, die vor dem Senden eines regulären Datenrahmens vergangen sein muss.
In dem in 3 gezeigten Beispiel übermittelt der Zugangspunkt 301 eine CTS-Nachricht 310 an die Station 303. Die Station 303 sendet daraufhin Daten 311, die für die Station 302 bestimmt sind, an den Zugangspunkt 301. Der Zugangspunkt 301 übermittelt eine Bestätigungsnachricht 312 an die Station 303 und übermittelt die von der Station 303 erhaltenen Daten in einem Rahmen 313 an die Station 302. Die Station 302 bestätigt den Erhalt dieser Daten mit einer Nachricht 314.
Daraufhin sendet der Zugangspunkt 301 eine CTS-Nachricht 315 an die Station 304.
Die Station 304 sendet daraufhin Daten 316, die für die Station 303 bestimmt sind, an den Zugangspunkt 301. Der Zugangspunkt 301 übermittelt eine Bestätigungsnachricht 317 an die Station 304 und übermittelt die von der Station 304 erhaltenen Daten in einem Rahmen 318 an die Station 303. Die Station 303 bestätigt den Erhalt dieser Daten mit einer Nachricht 319.
Die standardkonforme Implementierung des IEEE 802.11-Standards verlangt von allen empfangenden Stationen, ihren Netzbelegungsvektor (NAV: Network Allocation Vector) zu aktualisieren und sich während dieser Zeit zurückzuhalten, also selbst während der Zeitdauer, die in dem CTS-Rahmen angegeben ist, keine Daten zu senden.
Ergänzend sei angemerkt, dass entsprechend dem Standard andere Stationen, die nicht Teil des aktuellen Netzwerks (identifiziert z. B. anhand des Namens des Netzwerks, SSID: Service Set Identifier) sind, ebenfalls keine Übertragung auf dem Kanal vornehmen dürfen.
Auch ist es eine Möglichkeit, dass die Planungseinheit eine Reihenfolge der Stationen bestimmt in Abhängigkeit von einem aktuellen Verkehrsaufkommen oder von sonstigen vorgegebenen oder vorgebbaren Größen.
So kann die Planungseinheit beispielsweise entscheiden, wie lange eine einzelne Station aktiv senden soll.
Die Parameter, welche Station und wie lange diese Station an der Kommunikation teilnehmen soll, kann dynamisch von der Planungseinheit festgelegt werden.
Somit kann eine Vergabe an Berechtigungen an die beteiligten bzw. aktiven Stationen auch gemäß einer (ggf. auch bekannten) Koordinationsfunktion erfolgen.
Optional kann folgender Mechanismus vorgesehen sein: Um die Vergabe der Berechtigungen an die Stationen zu optimieren, kann die Planungseinheit Verkehrsparameter und/oder Verkehrsanforderungen von den Stationen des Netzwerks (z. B. unaufgefordert oder auf Anforderung) erhalten.
Dies kann beispielsweise wie folgt geschehen:

(a) Entsprechend dem IEEE 802.11e Standard ist es möglich, Benachrichtigungen betreffend Verkehrsspezifikationen (TSPEC: Traffic Specifications) zu nutzen. Der diesbezügliche Management-Rahmen ist in dem IEEE 802.11e Standard zwingend vorgeschrieben und wird von nahezu allen verfügbaren Geräten implementiert.
(b) Weiterhin kann ein bereits vorhandenes Merkmal einer industriellen Punkt-Koordinationsfunktion (iPCF: industrielle Point Coordination Function) genutzt werden, um den Zugangspunkt über Verkehrsanforderungen zu informieren.

1 zeigt Schritte eines Verfahrens zur Reservierung eines Funkkanals in einem drahtlosen lokalen Netzwerk. In einem Schritt 101 wird von einer Planungsfunktion eine Übertragung mehrerer drahtloser Geräte, die in dem Netzwerk betrieben werden, koordiniert und in einem Schritt 102 wird entsprechend dieser ermittelten Koordination bzw. der koordinierten Übertragung eine Reservierung des Funkkanals für die drahtlosen Geräte durchgeführt.
Die Koordination umfasst hierbei insbesondere eine Reihenfolge (festlegbar z. B. anhand eines Startzeitpunkts) und Zeitdauer, in der die drahtlosen Geräte eine Berechtigung erhalten sollen, den Funkkanal zu nutzen. Die Reservierung des Funkkanals erfolgt entsprechend der ermittelten Reihenfolge bzw. Zeitdauer. Die Koordination der Reservierung und die Ermittlung der Zeitdauern für die Nutzung des Funkkanals liegen vorzugsweise bei der Planungsfunktion. Die Schritt 101 und 102 können einen Teil der drahtlosen Geräte des Netzwerks oder alle aktiven oder beteiligten drahtlosen Geräte des Netzwerks betreffen.
Der Schritt 101 kann unter Berücksichtigung unterschiedlicher Parameter (siehe obige Beschreibung) erfolgen, z. B. abhängig von

2 zeigt schematisch eine Architektur eines Netzwerks mit einer Planungseinheit 201 (z. B. realisiert als Planungsfunktion in einem Knoten des Netzwerks) und mehreren drahtlosen Geräten 202 bis 205. Die Planungseinheit 201 übernimmt die Koordination der Reservierung des Funkkanals für die drahtlosen Geräte 202 bis 205. Die Reservierung des Funkkanals kann beispielsweise mittels eines Management-Rahmens erfolgen, der vorzugsweise auf einem Standard der IEEE 802.11-Familie basiert. Die in 2 gezeigte Kommunikation von der Planungseinheit 201 zu den drahtlosen Geräten 202 bis 205 kann mittels eines RTS/CTS-Mechanismus erfolgen, wobei von der Planungseinheit 201 CTS-Nachrichten zu den drahtlosen Geräten 202 bis 205 übermittelt werden.
Das in 2 gezeigte Netzwerk ist insbesondere ein Funknetzwerk, das auf einem Standard der IEEE 802.11-Familie basiert.
Der vorgeschlagene Ansatz ermöglicht eine Reservierung von Zugangskanälen für Funknetze, die insbesondere konform mit dem IEEE 802.11 Standard sind oder auf einem solchen oder einem ähnlichen Standard basieren.
Hierbei ist es von Vorteil, dass die Lösung zusammen mit bereits vorhandenen standardkonformen Geräten funktioniert.
Die Reservierung des Kanals erfolgt insbesondere unter Nutzung von RTS/CTS-Management-Rahmen.
Die Lösung hat einen deutlichen Vorteil gegenüber der Punkt-Koordinationsfunktion (PCF), weil eine Implementierung im Zusammenspiel mit existierenden WLAN-Geräten möglich ist.
Auch hat die Lösung einen großen Vorteil gegenüber der industrielle Punkt-Koordinationsfunktion (iPCF), weil die Kanalreservierung in einer Umgebung möglich ist, in der auch WLAN-Geräte vorhanden sind, die nicht iPCF-kompatibel sind. Die industrielle Punkt-Koordinationsfunktion (iPCF) wird von der Siemens Aktiengesellschaft z. B. in der sogenannten ”Scalance W”-Produktserie eingesetzt. Diese iPCF arbeitet mit speziellen Geräten zusammen, die über einen solchen iPCF-Modus verfügen und bei denen der iPCF-Modus eingeschaltet ist.
Vorzugsweise werden zur Kanalreservierung gemäß der vorliegenden Lösung Management-Rahmen verwendet, die gemäß dem IEEE 802.11 Standard notwendig sind. Somit ist sichergestellt, dass für Geräte, die mit diesem Standard kompatibel sind, auch die vorgestellte Lösung funktioniert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Standard der IEEE-802.11-Familie [0002]
Standard der IEEE 802.11 Familie [0011]
IEEE 802.11e-Standard [0022]
Standard der IEEE 802.11-Familie [0025]
IEEE 802.11-Standards [0029]
Standard der IEEE 802.11-Familie [0030]
IEEE 802.11-Standards [0044]
Abschnitt 9.2. des IEEE 802.11-2077 Standards [0046]
IEEE 802.11-Standards [0055]
IEEE 802.11e Standard [0062]
IEEE 802.11e Standard [0062]
Standard der IEEE 802.11-Familie [0066]
Standard der IEEE 802.11-Familie [0067]
IEEE 802.11 Standard [0068]
IEEE 802.11 Standard [0073]

Claims

Verfahren zur Reservierung eines Funkkanals in einem drahtlosen lokalen Netzwerk, – bei dem von einer Planungsfunktion eine Übertragung mehrerer drahtloser Geräte, die in dem Netzwerk betrieben werden, koordiniert wird, – bei dem entsprechend der koordinierten Übertragung eine Reservierung des Funkkanals für die drahtlosen Geräte durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem von der Planungsfunktion ein Startzeitpunkt der Übertragung sowie eine Dauer der Übertragung für die drahtlosen Geräte bestimmt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Planungsfunktion die Übertragung aller drahtlosen Geräte koordiniert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Planungsfunktion ein Programm oder eine Funktionalität ist, die in mindestens einer Komponente des Netzwerks angeordnet ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem anhand der Planungsfunktion die Übertragung der drahtlosen Geräte koordiniert wird in Abhängigkeit von mindestens einem der folgenden Parameter: – einem Verkehrstyp, – einer maximal zulässigen Verzögerung; – einer minimalen Datenrate; – einer durchschnittlichen Datenrate; – einer Spitzen-Datenrate; – einer Priorität; – einer Verkehrsspezifikation, – einem Verkehrsaufkommen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Reservierung des Funkkanals für jedes drahtlose Gerät mittels eines Management-Rahmens vorgegeben wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem Management-Rahmen basierend auf einem Standard der IEEE 802.11-Familie genutzt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Reservierung des Funkkanals mittels eines RTS/CTS-Mechanismus erfolgt, wobei von der Planungsfunktion CTS-Nachrichten zu den drahtlosen Geräten übermittelt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das drahtlose lokale Netzwerk ein Funknetzwerk ist, das auf einem Standard der IEEE 802.11-Familie basiert.
Vorrichtung zur Reservierung eines Funkkanals in einem drahtlosen Netzwerk umfassend eine Verarbeitungseinheit, die derart eingerichtet ist, dass – eine Übertragung mehrerer drahtloser Geräte, die in dem Netzwerk betrieben werden, bestimmbar ist, – entsprechend der bestimmten Übertragung eine Reservierung des Funkkanals für die drahtlosen Geräte durchführbar ist.
System mit mindestens einer Vorrichtung gemäß Anspruch 10.