DE102012213755B4 - Verfahren zum Übertragen von Daten - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Übertragen von Daten, wobei mehrere Nutzer, Daten über einen gemeinsamen Übertragungskanal an einen Empfänger senden,
wobei jeder Nutzer einer Satelliten- oder Funkzelle zugeordnet ist, aus der er seine Datenpakete an den Empfänger sendet,
wobei jedem Nutzer Zeit- oder Frequenzschlitze zugeteilt werden, in denen er seine Datenpakete zur Vermeidung von Kollisionen mit anderen Nutzern übermitteln muss,
wobei das Übertragen der Daten anhand der folgenden Schritte stattfindet:
a. senden der Datenpakete sämtlicher Nutzer in allen Satelliten- oder Funkzellen ohne eine Einteilung in Zeit- oder Frequenzschlitze, d.h. mit einer Scheduling-Tiefe von M=1, wobei M die Anzahl der Schlitze pro Zelle ist,
b. Prüfen, ob jeder Nutzer eine Mindestdatenübertragungsrate rth erreicht hat,
c. wenn die Prüfung gemäß Verfahrensschritt b) zu einem positiven Ergebnis geführt hat, Festlegen dieses verwendeten Scheduling-Schemas und Übermitteln weiterer verfügbarer Datenpakete der nächsten Nutzer,
d. sofern die Prüfung gemäß Verfahrensschritt b) nicht zu einem positiven Ergebnis geführt hat, Erhöhen der Scheduling-Tiefe um 1, indem beim Scheduling ein Zeit- oder Frequenzschlitz mehr als im vorherigen Iterationsschritt vorgesehen wird,
e. iteratives Wiederholen der Verfahrensschritte b) bis d), bis die Prüfung gemäß Verfahrensschritt b) zu einem positiven Ergebnis führt oder M einen Free Slot Assignment Grenzwert M_FSA übersteigt, der die maximal zulässige Anzahl von Zeit- oder Frequenzschlitzen definiert,
f. sofern M den Free Slot Assignment Grenzwert M_FSA übersteigt, Zuteilen eines zusätzlichen freien Zeit- oder Frequenzschlitzes und letztmaliger Versuch einer Datenübertragung unter Verwendung dieser M+1 Schlitze,
g. erneutes einmaliges Wiederholen der Verfahrensschritte b) und c),
h. wenn die letzte Prüfung gemäß Verfahrensschritt b) für M+1 Schlitze ergeben hat, dass auch hier nicht jeder Nutzer die geforderte Mindestdatenübertragungsrate rth erreicht hat, Abbrechen des Algorithmus oder Verwenden des Scheduling-Schemas mit M+1 Schlitzen, um eine Datenübertragungsrate für jeden Nutzer zu erhalten, die so nah wie möglich an die Mindestdatenübertragungsrate rth heranreicht.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von Daten, wobei mehrere Nutzer Daten über einen gemeinsamen Übertragungskanal an einen Empfänger senden.
• Ein derartiges Szenario existiert bspw. in der Satellitenkommunikation, sofern mehrere Nutzer versuchen auf einen gemeinsamen Rückkanal Daten an den Satelliten zu senden. Ein ähnliches Szenario kann ferner im Up-Link eines konventionellen terrestrischen Netzes existieren, wobei hier mehrere Nutzer versuchen, Daten über den gemeinsamen Up-Link an eine Basisstation zu übermitteln.
• In beiden Fällen ist es notwendig den einzelnen Nutzern Ressourcen zuzuweisen, sodass sie in der Lage sind, ihre Daten mit möglichst wenig Kollisionen zu übermitteln. Die Nutzer befinden sich in Satelliten- oder Funkzellen, aus denen sie ihre Datenpakete an den gemeinsamen Empfänger senden. Hierbei kann es sich bspw. um die Spot Beams eines Satelliten oder um Radio-Zellen handeln. Ein entsprechendes Szenario ist in den 1 und 2 dargestellt.
• Die Nutzer, die ihre Daten an den gemeinsamen Empfänger übermitteln wollen, beantragen zunächst die Zuteilung von Ressourcen. Sobald diese zugeteilt wurden, werden die Daten über den gemeinsamen Rückkanal an den Empfänger übermittelt. Es existieren verschiedene Möglichkeiten, vorhandene Ressourcen unter mehreren Nutzern aufzuteilen, z.B. multi-frequency time division mutliple access (MF-TDMA, siehe 3). Dieses Verfahren wird im DVB-S Rückkanal (DVB-RCS) verwendet. In diesem Fall werden die Ressourcen hinsichtlich der Frequenz und Zeit aufgeteilt, wobei die kleinste verwendete Einheit als Schlitz (Slot) bezeichnet wird. Die Ressourcen werden auf Spot Beam Basis (durch den Terminal Burst Time Plan, TBTP, z.B. in DVB-RCS) oder durch die Basisstation organisiert.
• In den beschriebenen Kommunikationssystemen existieren verschiedene Ursachen für Interferenzen (siehe G. Maral and M. Bousquet, Satellite Communications Systems, Fourth Edition, Wiley, 2002):
• Versuchen mehrere Nutzer, die sich in unterschiedlichen Zellen befinden, ihre Daten zur gleichen Zeit (wenn eine in Schlitze einteilte Zeit angenommen wird) zu senden, so kann eine gegenseitige Interferenz entstehen. Wenn direkt benachbarte Zellen dieselbe Frequenz verwenden, dann werden die Daten von Nutzern, die zur selben Zeit senden, eine Co-Channel Interference (CSI) verursachen (siehe 4).
• In einem Satellitensystem bedient ein Gateway mehrere Spot Beams und ist daher zuständig für die Zuteilung von Ressourcen in diesen Spot Beams. Das Prinzip in einem terrestrischen Netz ist dasselbe, wobei sich lediglich die Bezeichnung der Systemkomponenten ändert. Der Scheduler, d.h. diejenige Komponente, die für die Verteilung der Ressourcen zuständig ist, kann verschiedene Maßnahmen durchführen, um den Grad der Interferenz zu kontrollieren. Die Nutzer übermitteln ihre Daten gemäß dem Plan, der durch den Scheduler vorgegeben wurde und die von den Nutzern übertragenen Daten werden von dem Gateway / der Basisstation empfangen.
• Das Gateway bzw. die Basisstation kann dann die auf dem Übertragungskanal entstandene Interferenz basierend auf der Kenntnis des Übertragungskanals entfernen. Dies erlaubt eine Rekonstruktion des Nutzersignals und eine Verringerung der aufgrund von Interferenzen erzeugten Übertragungsfehler. Eine Verringerung der Übertragungsfehler erlaubt es, die Übertragungsraten für den einzelnen Nutzer zu erhöhen. Es ist wünschenswert die Ressourcen des Übertragungskanals derart unter den Nutzern aufzuteilen, dass möglichst wenig Interferenzen entstehen. Wenn davon ausgegangen wird, dass der Scheduler Ressourcen in B Spot Beams oder Zellen verteilen muss und M Nutzer in jedem dieser Spot Beam / Zellen existieren (es wird der Einfacheit halber von derselben Anzahl von Nutzern pro Zelle ausgegangen), so existieren N=M x B Nutzer, die Ressourcen benötigen. Sofern ferner davon ausgegangen wird, dass die Zeit in Schlitze aufgeteilt wird, bedeutet dies, dass N Nutzer über M Schlitze verteilt werden. Die Anzahl der möglichen Zuweisungen, d.h. die Anzahl der möglichen M Zuordnungen der Nutzer ist (sofern die Reihenfolge der Schlitze als nicht relevant betrachtet wird): $${\text{N}}_{\text{alloc}}={\left(\text{M!}\right)}^{\text{B}-1}$$

  
• Wie erkennbar ist, wächst die Anzahl der möglichen Zuordnungen sehr schnell mit der Anzahl der Spot Beams / Zellen und auch mit der Anzahl der Nutzer, denen Ressourcen zugeteilt werden müssen.
• Unter Verwendung von Werkzeugen aus der Informationstheorie ist es möglich, die erzielbaren Datenübertragungsraten pro Nutzer zu schätzen. Daher kann die Zuordnung der Ressourcen derart optimiert werden, dass die minimal erzielbare Datenübertragungsrate pro Nutzer maximiert wird, sodass die Fairness zwischen den Nutzern erhöht wird (siehe V. Boussemart, M. Berioli, F. Rossetto, and M. Joham, On the Achievable Rates for the Return-Link of Multi-Beam Satellite Systems Using Successive Interference Cancellation, in IEEE MILCOM, Baltimore (MD, USA), Nov. 2011).
• Scheduling-Algorithmen können derart gestaltet werden, dass die Berechnungskomplexität nicht zu hoch wird, wenn mit sehr großen Systemen, wie Mulit-beam Satelliten Systemen gearbeitet wird (siehe V.Boussemart, M. Berioli, and F. Rossetto, User Scheduling for Large Multi-beam Satellite MIMO Systems, in ASILOMAR, Pacific Grove (CA, USA), Nov. 2011).
• Aus dem Stand der Technik ist das Free Slot Assignment Verfahren bekannt. Der Scheduler kann basierend auf der Systemlast, d.h. auf der Quantität der zur Verfügung stehenden Ressourcen entscheiden, dass Nutzer nicht notwendigerweise ihre Daten zur gleichen Zeit übertragen müssen. Daher kann der Scheduler entscheiden, zusätzliche freie Ressourcen zu vergeben, um den Grad der Interferenz zu begrenzen. Diese Strategie wird Free Slot Assignment (FSA) genannt. Wenn ein zusätzlicher freier Zeitschlitz für das Scheduling verwendet wird, führt dies dazu, dass Ressourcen an N Nutzer über M+1 anstelle von M Schlitzen verteilt werden. In diesem Fall ist die Anzahl der möglichen Zuordnungen unter Vermeidung von leeren Schlitzen, d.h. von Schlitzen, denen keine Nutzer zugeordnet wurden: $${\text{N}}_{\text{alloc}\text{.FSA}}={\left(\left(\text{M}+1\right)!\right)}^{\text{B}-1}-{\left(\text{M!}\right)}^{\text{B}-1}$$

  
• Der linke Teil der Gleichung entspricht der Anzahl der möglichen Zuordnungen, wenn ein zusätzlicher Zeitschlitz verwendet wird und der rechte Teil entspricht der Reduktion der möglichen Zuordnungen aufgrund der Vermeidung von leeren Zeitschlitzen.
• Ein Verringern der Anzahl der Nutzer, die versuchen ihre Daten zur gleichen Zeit zu übertragen, verringert automatisch den Grad der Interferenz und verbessert somit die Datenübertragung der Nutzer. Daher kann das Zuweisen von freien Zeitschlitzen helfen die erzielbaren Datenübertragungsraten pro Nutzer zu verbessern. Jedoch führt ein Zuweisen von mehr Zeitschlitzen als benötigt (M+1 Zeitschlitze anstelle von M) zur Verschwendung von Kapazität, sodass diese Strategie zu einem Effizienzverlust führen wird.
• Die Verwendung des FSA-Verfahrens kann ebenfalls helfen, einige Einschränkungen hinsichtlich der Datenübertragungsraten im System einzuhalten. Für ein gegebenes Rausch-Spannungsverhältnis erlaubt die Berechnung der kumulativen Verteilungsfunktion (cumulative distribution function, CDF) der minimal erzielbaren Datenübertragungsraten pro Nutzer in einem Interferenz-limitierten Netz eine Definition einer Ausfallwahrscheinlichkeit für eine gegebene Minimalrate r gemäß: $${\text{p}}_{\text{r}}=\text{P}\left\{{\text{r}}_{\text{min}}\le \text{r}\right\}$$

  
• Mit rth wird die minimal erzielbare Datenübertragungsrate pro Nutzer bezeichnet, die aufgrund einer Vorgabe mindestens erzielt werden muss. Dies bedeutet, dass der Scheduling Prozess die Ressourcen derart zuteilen kann, dass versucht wird, die o.g. Bedingung zu erfüllen.
• Ein Erhöhen der Scheduling-Tiefe aufgrund der Anzahl der Nutzer pro Spot Beam / Zelle M führt somit zu einer Reduzierung des Grades an Interferenz. Jedoch führt eine Erhöhung von M zu einer Erhöhung der Berechnungskomplexität, da die Komplexität zum Auffinden der optimalen Zuteilung exponentiell ansteigt und zwar sowohl mit der Systemgröße (die durch B gesteuert wird) als auch mit der Scheduling-Tiefe M. Für große Systeme (d.h. für große Werte von B) existiert ein Scheduling-Algorithmus, der es erlaubt, sich einen optimalen Scheduling anzunähern, während die minimal erzielbaren Datenübertragungsraten pro User maximiert werden (siehe V.Boussemart, M. Berioli, and F. Rossetto, User Scheduling for Large Multi-beam Satellite MIMO Systems, in ASILOMAR, Pacific Grove (CA, USA), Nov. 2011). Mit dem genannten Algorithmus ist die auf Schlitz Basis skalierte Berechnungskomplexität proportional zu: $${\mathrm{\alpha }}_M=M^4\left(C-1\right)\times \frac{1}{M}$$

  
• Hierbei stellt C die Anzahl der virtual colours dar, die in dem Algorithmus verwendet werden.
• Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Zuteilen von Kanalressourcen an verschiedene Nutzer bereitzustellen, bei dem jeder Nutzer eine Mindestdatenübertragungsrate erfüllt, der Effizienzverlust verringert wird und die Berechnungskomplexität für den Scheduling-Algorithmus verringert wird.
• Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.
• Beim erfindungsgemäßen Verfahren senden mehrere Nutzer Daten über einen gemeinsamen Übertragungskanal an einen Empfänger. Hierbei kann es sich bspw. um ein Szenario handeln, dass in der Einleitung der vorliegenden Anmeldung beschrieben ist.
• Jeder Nutzer ist einer Satelliten- oder Funkzelle zugeordnet, aus der er seine Datenpakete an den Empfänger sendet. Bei dem Empfänger kann es sich bspw. um einen Satelliten oder um die Basisstation eines terrestrischen Netzwerks handeln.
• Jedem Nutzer werden Zeit- oder Frequenzschlitze zugeteilt, in denen er seine Datenpakete zur Vermeidung von Kollisionen mit anderen Nutzern übermitteln muss.
• Erfindungsgemäß erfolgt das Übertragen der Daten anhand der folgenden Verfahrensschritte:
1. a) Zunächst werden die Datenpakete sämtlicher Nutzer in allen Satelliten- oder Funkzellen ohne eine Einteilung in Zeit- oder Frequenzschlitze, d.h. mit einer Scheduling-Tiefe von M=1, übermittelt. Hierbei bezeichnet M die Anzahl der Schlitze pro Zelle.
2. b) Anschließend wird geprüft, ob jeder Nutzer eine Mindestdatenübertragungsrate rth erreicht hat.
3. c) Wenn die unter b) genannte Prüfung zu einem positiven Ergebnis geführt hat, wird dieses verwendete Scheduling-Schemas festgelegt, da es zu dem gewünschten Erfolg geführt hat. Der Algorithmus wird nunmehr beendet, und es können weitere verfügbare Datenpakete der nächsten Nutzer übermittelt werden.
4. d) Wenn die Prüfung gemäß Verfahrensschritt b) nicht zu einem positiven Ergebnis geführt hat, wird die Scheduling-Tiefe um 1 erhöht, indem beim Scheduling ein Zeit- oder Frequenzschlitz mehr als im vorherigen Iterationsschritt verwendet wird. Wurde z.B. bei dem bisherigen Verfahrensschritt a) eine Scheduling-Tiefe von M=1 verwendet, so wird in der ersten Iteration im Rahmen des vorliegenden Verfahrensschrittes d) eine Scheduling-Tiefe von M=2 verwendet.
5. e) Die Verfahrensschritte b) bis d) werden solange iterativ wiederholt, bis die Prüfung gemäß Verfahrensschritt b) zu einem positiven Ergebnis führt oder bis M einen Free Slot Assignment Grenzwert M_FSA übersteigt, der die maximal zulässige Anzahl von Zeit- oder Frequenzschlitzen definiert.
6. f) Sofern M den Free Slot Assignment Grenzwert M_FSA übersteigt, wird ein zusätzlicher freier Schlitz zugeteilt und es wird ein letztmaliger Versuch einer Datenübertragung unter Verwendung dieser M+1 Schlitze durchgeführt.
7. g) Es erfolgt ein erneutes einmaliges Wiederholen der Verfahrensschritte b) und c).
8. h) Wenn die Prüfung gemäß Verfahrensschritt b) im letzten Iterationsschritt für M+1 Schlitze ergeben hat, dass auch hier nicht jeder Nutzer die geforderte Mindestdatenübertragungsrate erreicht hat, wird der Algorithmus abgebrochen oder es wird das Scheduling-Schema mit M+1 Schlitzen verwendet, um eine Datenübertragungsrate für jeden Nutzer zu erhalten, die so nah wie möglich an die Mindestdatenübertragungsrate r_th heranreicht.
• Das Verwenden des erfindungsgemäßen Verfahrens reduziert die Berechnungskomplexität für den Scheduling-Algorithmus, da zunächst versucht wird die Daten mit geringerem Scheduling-Tiefen erfolgreich zu übertragen. Mit dem vorgeschlagenen Algorithmus ist die Berechnungskomplexität proportional zu: $${\alpha }_{M_{FSA}}={\displaystyle \sum _i^{M_{FSA}}\frac{f_i}{i}{\displaystyle \sum _{j=1}^i\left(C-1\right)j^4+\frac{f_{M_{FS{A}^{+1}}}}{M_{FSA}}}{\displaystyle \sum _{j=1}^{M_{FS{A}^{+1}}}\left(C-1\right)j^4}}$$

  
• Hierbei stellt f_i die Häufigkeit dar, mit der Schlitze mit M=i verwendet werden (somit ist f_{M FSA+1}=f_FSA). Der linke Teil der Gleichung entspricht der Komplexität ohne einen zusätzlichen freien Schlitz. Die innere Summe stellt die Versuche dar, wenn die Scheduling-Tiefe M erhöht wird. Der rechte Term stellt die Komplexität dar, wenn der Free Slot Assignment Algorithmus verwendet wird.
• Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Figuren erläutert.
• Es zeigen:
• 1 Funkzellen eines terrestrischen Netzwerks,
• 2 Spot Beams eines Satelliten,
• 3 die Organisation von Kanalressourcen in Zeit- und Frequenzschlitze,
• 4 ein Beispiel für die Entstehung von Interferenzen zwischen zwei Nutzern,
• 5 ein einfaches Beispiel für die Optimierung des Scheduling,
• 6 ein Ablaufplan für das erfindungsgemäße Verfahren,
• 7 ein Multi-beam Satellitensystem, das für die Performanceanalyse des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wurde,
• 8 und 9 eine Darstellung der Performance von Verfahren, die aus dem Stand der Technik bekannt sind,
• 10 und 11 eine Darstellung der Performance des erfindungsgemäßen Verfahrens.
• 1 bis 4 wurden bereits im Zusammenhang mit dem Stand der Technik erläutert.
• In dem in 5 dargestellten einfachen Beispiel versuchen vier Nutzer, die in zwei Zellen aufgeteilt sind, ihre Datenpakete über einen gemeinsamen Übertragungskanal an einen Empfänger zu versenden. Es wird von einer Scheduling-Tiefe von M=2 ausgegangen, was bedeutet, dass in jeder Zelle zwei Nutzer vorhanden sind. Die linke Zuordnung stellt einen schlechten Scheduling-Algorithmus dar, da die beiden mit einem Stern bezeichneten Nutzer, die räumlich sehr eng zusammen liegen, ihre Daten gleichzeitig übertragen. Dies führt zu Interferenzen und somit zu einer niedrigen Bit-Rate. Im zweiten Schlitz übertragen die mit einem Kreis gezeichneten Nutzer, die eine große Entfernung zueinander aufweisen, ihre Daten gleichzeitig. Hier kann eine hohe Bit-Rate erzielt werden. Ziel ist es jedoch, eine möglichst gleichbleibende Bit-Rate für alle Nutzer zu erzielen. Der gemäß der rechten Zuordnung durchgeführte Scheduling-Algorithmus hilft diese Voraussetzung zu erfüllen, da die mit einem Stern und mit einem Kreis gezeichneten Nutzer jeweils nicht gleichzeitig ihre Daten übertragen.
• Ein Ablaufplan, der eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens beschreibt, ist in 6 dargestellt.
• Für eine Analyse der Performance des erfindungsgemäßen Verfahrens wird ein geostationärer Satellit auf 19,2° Ost betrachtet, der Europa mit 96 Spot Beams (d.h. Satellitenzellen) abdeckt. Im Folgenden wird eine reduzierte Anzahl an Funkzellen, nämlich B=7 betrachtet. Die Funkzelle im Zentrum ist auf die Stadt München gerichtet und ist direkt umgeben von sechs weiteren Satellitenzellen, die die gleiche Frequenz verwenden (siehe 7). Die Erzeugung der Zellenmuster, der Kanalmatrizen und die Berechnung der erzielbaren Datenübertragungsraten pro Nutzer wurden durchgeführt gemäß der Veröffentlichung V. Boussemart, M. Berioli, F. Rossetto, and M. Joham, On the Achievable Rates for the Return-Link of Multi-Beam Satellite Systems Using Successive Interference Cancellation, in IEEE MILCOM, Baltimore (MD, USA), Nov. 2011. Das Scheduling wurde optimiert unter Verwendung des Algorithmus, der beschrieben ist in der Veröffentlichung V.Boussemart, M. Berioli, and F. Rossetto, User Scheduling for Large Multi-beam Satellite MIMO Systems, in ASILOMAR, Pacific Grove (CA, USA), Nov. 2011, im speziellen mit C=3. Die Fairness zwischen den einzelnen Nutzern wurde gemessen unter Verwendung des Jain's Fairness Index, der beschrieben ist in R. Jain, W. Hawe, and D. Chiu, A quantitative measure of fairness and discrimination for resource allocation in shared computer systems Digital Equipment Corporation, Techn. Rep. DEC-TR-301, Sep. 1984: $$J=\frac{{\left({\displaystyle \sum _{i=1}^N{r}_i}\right)}^2}{N\times {\displaystyle \sum _{i=1}^N{r}_i^2}}$$

  
• Hierbei stellt r_i die Datenrate dar, die durch den Nutzer i erzielt werden kann. N stellt die Anzahl der Nutzer dar, die demselben Schlitz zugeordnet werden (die Fairness wird somit auf Schlitzbasis berechnet).
• Der Signal-Rauschspannungsabstand ist auf 15dB festgesetzt, sodass der Datenaustausch hauptsächlich durch entstehende Interferenzen behindert wird. Sowohl die cumulative density function (CDF) der minimal erzielbaren Datenübertragungsrate pro Nutzer und des Jain's Fairness Index wurden berechnet basierend auf der Annahme, dass Tausende von Nutzern gleichmäßig innerhalb des Abdeckungsbereichs der Satellitenzellen verteilt sind. In 8 ist dargestellt, wie ein Erhöhen der Scheduling-Tiefe zu einer Performanceverbesserung auf Kosten der Berechnungskomplexität führt. Hierbei ist die minimal erzielbare Datenrate pro User als eine Funktion der Scheduling-Tiefe M dargestellt. Die als Bound gekennzeichnete Grenze entspricht der Summe der Raten, die in jedem Schlitz erreicht werden, geteilt durch die Anzahl der Nutzer (d.h. B Nutzer, die hier zur gleichen Zeit ihre Daten übertragen). Es ist auch erkennbar, dass die Performancesteigerung abnimmt, während M ansteigt. Dies bedeutet, dass der Scheduler genug Nutzer zur Verfügung hat, um die Zuweisung von Ressourcen zu optimieren.
• Wie in 9 erkennbar ist, verbessert sich der Jain's Fairness Index ebenfalls mit ansteigender Scheduling-Tiefe M. Die in 9 nicht dargestellte Grenze liegt für den Fall vor, dass alle Nutzer, dieselbe Rate aufweisen. Die Grenze wäre somit J=1.
• Um die Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens zu prüfen, müssen sowohl rth als auch M_FSA festgelegt werden. Es wird ein FSA-Grenzwert zwischen zwei und vier angenommen. Für jeden der M_FSA-Werte wird eine Ausfallwahrscheinlichkeit von 10% angenommen, sodass p_{r th} ,_M = 0,1.
• Die Scheduling-Performance ohne das erfindungsgemäße Verfahren ist in der folgenden Tabelle zum Vergleich dargestellt:

  M [Scheduling-Tiefe]	2	3	4
  rth für pr th,M = 0,1 [Bits/s/Hz]	3	3,3	3,41
  Schlitze mit M=2 [%]	100,0	-	-
  Schlitze mit M=3 [%]	-	100,0	-
  Schlitze mit M=4 [%]	-	-	100,0
  Verfügbarkeit der Schlitze [%]	91,08	89,63	90,11
  Effizienz [%]	100,0	100,0	100,0

• In der folgenden Tabelle ist die Scheduling Performance des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt:

  MFSA [FSA-Grenzwert]	2	3	4
  rth für prth,M = 0,1 [Bits/s/Hz]	3	3,3	3,41
  Schlitze mit M=1 (kein Scheduling) [%]	56,46	61,04	25,18
  Schlitze mit M=2 [%]	36,98	29,24	23,80
  Schlitze mit M=3 [%]	6,561	31,39	21,18
  Schlitze mit M=4 [%]	-	5,331	26,06
  Schlitze mit M=5 [%]	-	-	3,781
  Verfügbarkeit der Schlitze [%]	99,46	98,89	99,20
  Effizienz [%]	93,84	94,94	96,36
  1Anteil des Einsatzes von FSA, sofern M MFSA übersteigt.

• Die Zeile für M=1 gibt den Anteil der Schlitze an, für die kein Scheduling notwendig war. Die Zeilen mit der Bezeichnung „Schlitze mit M=x“ und „Verfügbarkeit der Schlitze“ zeigen jeweils den Anteil der Schlitze an, für den die Scheduling-Tiefe M=x ist und den Anteil der Schlitze für die der Grenzwert rth eingehalten werden konnte. Die Effizienz klassifiziert den Verlust von Ressourcen aufgrund der Verwendung des FSA-Verfahrens.
• Wie in der zweiten Tabelle sichtbar, ist das erfindungsgemäße Verfahren in der Lage zu erkennen, wann ein Scheduling nicht notwendig oder wann eine niedrigere Scheduling-Tiefe in der Lage ist, die gewünschte Übertragungsrate zu erfüllen. Dies verringert erheblich die Berechnungskomplexität und damit die Berechnungszeit zum Zuweisen der Ressourcen. Es muss ferner beachtet werden, dass es durch ein Erhöhen von M_FSA möglich ist, höhere Mindestdatenübertragungsraten r_th zu erreichen, während die Effizienz nahezu konstant bleibt.
• 10 stellt die cumulative distribution function (CDF) in Abhängigkeit von den minimal erzielbaren Datenübertragungsraten pro Nutzer dar. In 11 ist der gleiche Wert in Abhängigkeit von Jain's Fairness Index dargestellt. In beiden Figuren wurde das erfindungsgemäße Verfahre angewandt. Dies wird der Legende durch den Ausdruck M_FSA gezeigt, während die Kurven für M=2, M=3 und M=4 dem Stand der Technik entsprechen. Die Performance konnte deutlich gesteigert werden, sodass bspw. M_FSA=4 die Performance von M=7 erreicht.
• Die nächste Tabelle zeigt die Reduzierung der Komplexität durch das erfindungsgemäße Verfahren.

  M oder MFSA [Scheduling-Tiefe]	2	3	4
  rth für pr th,M = 0,1 [Bits/s/Hz]	3	3,3	3,41
  Komplexitätsreduktion im Vergleich zum Stand der Technik [%]	13,47	28,26	35,411
  187,9% Komplexitätsreduktion im Vergleich zu M=7

Claims (1)

1. Verfahren zum Übertragen von Daten, wobei mehrere Nutzer, Daten über einen gemeinsamen Übertragungskanal an einen Empfänger senden, wobei jeder Nutzer einer Satelliten- oder Funkzelle zugeordnet ist, aus der er seine Datenpakete an den Empfänger sendet, wobei jedem Nutzer Zeit- oder Frequenzschlitze zugeteilt werden, in denen er seine Datenpakete zur Vermeidung von Kollisionen mit anderen Nutzern übermitteln muss, wobei das Übertragen der Daten anhand der folgenden Schritte stattfindet: a. senden der Datenpakete sämtlicher Nutzer in allen Satelliten- oder Funkzellen ohne eine Einteilung in Zeit- oder Frequenzschlitze, d.h. mit einer Scheduling-Tiefe von M=1, wobei M die Anzahl der Schlitze pro Zelle ist, b. Prüfen, ob jeder Nutzer eine Mindestdatenübertragungsrate rth erreicht hat, c. wenn die Prüfung gemäß Verfahrensschritt b) zu einem positiven Ergebnis geführt hat, Festlegen dieses verwendeten Scheduling-Schemas und Übermitteln weiterer verfügbarer Datenpakete der nächsten Nutzer, d. sofern die Prüfung gemäß Verfahrensschritt b) nicht zu einem positiven Ergebnis geführt hat, Erhöhen der Scheduling-Tiefe um 1, indem beim Scheduling ein Zeit- oder Frequenzschlitz mehr als im vorherigen Iterationsschritt vorgesehen wird, e. iteratives Wiederholen der Verfahrensschritte b) bis d), bis die Prüfung gemäß Verfahrensschritt b) zu einem positiven Ergebnis führt oder M einen Free Slot Assignment Grenzwert M_FSA übersteigt, der die maximal zulässige Anzahl von Zeit- oder Frequenzschlitzen definiert, f. sofern M den Free Slot Assignment Grenzwert M_FSA übersteigt, Zuteilen eines zusätzlichen freien Zeit- oder Frequenzschlitzes und letztmaliger Versuch einer Datenübertragung unter Verwendung dieser M+1 Schlitze, g. erneutes einmaliges Wiederholen der Verfahrensschritte b) und c), h. wenn die letzte Prüfung gemäß Verfahrensschritt b) für M+1 Schlitze ergeben hat, dass auch hier nicht jeder Nutzer die geforderte Mindestdatenübertragungsrate rth erreicht hat, Abbrechen des Algorithmus oder Verwenden des Scheduling-Schemas mit M+1 Schlitzen, um eine Datenübertragungsrate für jeden Nutzer zu erhalten, die so nah wie möglich an die Mindestdatenübertragungsrate rth heranreicht.

Images