DE102019216151A1 - Verfahren zum Übertragen von Daten - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Übertragen von Daten, wobei ein Übertragungskanal zu einer Empfangsvorrichtung von mehreren Sendevorrichtungen verwendet wird, wobei die Daten übermittelt werden unter Verwendung des Irregular Repetition Slotted ALOHA (IRSA)-Verfahrens, wobei die Anzahl der Replikas eines Datenpakets, die durch eine Sendevorrichtung innerhalb eines Frames übermittelt werden, variiert wird, wobei die Anzahl der Replikas eines Datenpakets innerhalb eines Frames nach einem Zufallsalgorithmus variiert wird auf Basis einer vorbestimmten Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion, durch die für jede Sendevorrichtung die Wahrscheinlichkeit bestimmt wird, genau d-Replikas eines Datenpakets innerhalb eines Frames zu generieren, wobei für eine große Anzahl an Übertragungsversuchen m pro Frame sich die Anzahl der Replikas der vorbestimmten Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion annähern wird, während für n = ∞ die Anzahl der Replikas der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion entspricht, wobei die Empfangsvorrichtung eine Bewertungszahl ermittelt, die sich verändert, wenn eine Sendevorrichtung von der vorbestimmten Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion abweicht, indem sie die Anzahl ihrer Replikas ohne Erlaubnis erhöht, wobei das Verarbeiten der Datenpakete dieser Sendevorrichtung verzögert oder vollständig eingestellt wird, wenn die Bewertungszahl dieser Sendevorrichtung einen bestimmten Grenzwert überschreitet oder unterschreitet. Die Erfindung betrifft ferner eine entsprechende Empfangsvorrichtung, die gemäß dem dargestellten Verfahren arbeitet.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von Daten, wobei ein gemeinsamer Übertragungskanal von einer Vielzahl von Sendevorrichtungen gemeinsam verwendet wird, um Daten an einen gemeinsamen Empfänger zu senden.
• Aus dem Stand der Technik ist das Contention Resolution Diversity Slotted ALOHA-Verfahren (CRDSA) bekannt. Dies ist beispielsweise in der folgenden Veröffentlichung beschrieben:
• E. Casini, R. De Gaudenzi, and O. del Rio Herrero, „Contention Resolution Diversity Slotted ALOHA (CRDSA): an enhanced random access scheme for satellite access packet networks", IEEE Trans. Commun., vol.6 , no. 4, pp 1408-1419, Apr.2007.
• Weiterhin ist aus dem Stand der Technik das Irregular Repetition Slotted ALOHA-Verfahren (IRSA) bekannt. Dies ist beispielsweise in der folgenden Veröffentlichung beschrieben:
• Liva, G.;„Graph-Based Analysis and Optimization of Contention Resolution Diversity Slotted ALOHA,‟ IEEE Trans. Commun., vol.59, no.2, pp.477-487, Febr. 2011.
• Beim IRSA-Verfahren wird die Anzahl der Replikas eines Datenpakets, die jede Sendevorrichtung sendet, anhand einer vorgegebenen Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion variiert. Würde eine Sendevorrichtung nun unerlaubterweise von dieser Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion abweichen und die Anzahl ihrer Datenpakete pro Frame über diese Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion hinaus erhöhen, so würde dies die Wahrscheinlichkeit dafür, dass die Datenpakete dieser Sendevorrichtung von der Empfangsvorrichtung korrekt empfangen werden, erhöhen. Dies würde jedoch zu Lasten der anderen teilnehmenden Sendevorrichtungen geschehen. Ein derartiges Vorgehen ist somit unerwünscht.
• Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Übertragung von Daten von einer Vielzahl von Sendevorrichtungen über einen gemeinsamen Übertragungskanal bereitzustellen, bei dem die Paketverlusrate für alle teilnehmenden Sendevorrichtungen insgesamt minimiert werden kann.
• Ferner ist es Aufgabe der Erfindung, eine entsprechende Empfangsvorrichtung bereitzustellen.
• Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Empfangsvorrichtung gemäß Anspruch 6.
• Im erfindungsgemäßen Verfahren wird ein gemeinsamer Übertragungskanal von mehreren Sendevorrichtungen gemeinsam genutzt, um Daten zu einer gemeinsamen Empfangsvorrichtung zu senden. Dies erfolgt unter Verwendung des Irregular Repetition Slotted ALOHA-Verfahrens (IRSA). Hierbei wird die Anzahl Replikas von jedem Datenpaket, die von jeder Sendevorrichtung innerhalb eines Frames übermittelt werden, anhand eines Zufallsalgorithmus gemäß einer vorbestimmten Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion variiert. Diese ist jeder Sendevorrichtung bekannt und definiert für jede Sendevorrichtung die Wahrscheinlichkeit, genau d Replikas von jedem Datenpaket innerhalb eines Frames zu übermitteln. Hierbei ist es somit möglich, ohne eine Absprache der Sendevorrichtungen untereinander, d.h. ohne dass eine Kommunikation zwischen ihnen notwendig wäre, bei einer großen Gesamtanzahl der Übertragungen eine Verteilung der Anzahl der übertragenen Replikas zu erreichen, die sich der vorgegebenen Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion nähert. Die Anzahl der Übertragungsversuche pro Frame wird hierbei mit n bezeichnet. Für n = ∞ entspricht die Anzahl der Replikas, die pro Frame übertragen werden, der vorgegebenen Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion.
• Erfindungsgemäß ermittelt die Empfangsvorrichtung eine Bewertungszahl, die sich ändert, wenn eine Sendevorrichtung von der vorgegebenen Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion abweicht, indem sie die Anzahl ihrer Replikas, die sie pro Frame übermittelt, ohne Erlaubnis erhöht. Diese Bewertungszahl ist somit einen Indikator, inwieweit sich jede Sendevorrichtung an die vorgegebene Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion hält. Diese Bewertungszahl wird im Anschluss dazu verwendet, technische Maßnahmen zur Sanktionierung solcher Sendevorrichtungen einzuleiten, die ohne Erlaubnis von der vorgegebenen Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion abweichen.
• Bei diesen technischen Maßnahmen kann es sich beispielsweise um ein Verzögern oder vollständiges Stoppen der Verarbeitung der Datenpakte einer solchen Sendevorrichtung handeln, die von der vorgegebenen Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion abweicht. Anders ausgedrückt werden somit die Datenpakete dieser Sendevorrichtung bei der Empfangsvorrichtung nur verzögert oder gar nicht weiterverarbeitet.
• Das erfindungsgemäße Verfahren schafft somit einen automatisierten technischen Mechanismus, der Sendevorrichtungen davon abhält, zu ihrem eigenen Nutzen von der vorgegebenen Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion abzuweichen.
• In bevorzugter Ausführungsform wird die Bewertungszahl abgeleitet von $${\displaystyle {\sum }_{d=1}^{d_{mx}}{r}_d}{p}_{s_d}{\mathrm{\Lambda }}_d\text{ und }{\displaystyle {\sum }_{d=1}^{d_{mx}}{c}_{d}d}{\mathrm{\Lambda }}_d,$$

  

  wobei
• - d die Anzahl der Paketreplikas ist;
  • - r_d die Belohnungswert für eine erfolgreiche Übermittlung für eine Sendevorrichtung ist, die genau d Replikas übermittelt hat;
  • - p_{s d} die Erfolgswahrscheinlichkeit für eine Sendevorrichtung ist, die genau d Replikas übermittelt;
  • - c_d ein Kostenwert pro Replika-Übertragung für eine Sendevorrichtung ist, die genau d Replikas übermittelt,
  • - Λ_d die Wahrscheinlichkeit ist, genau d Replikas zu übermitteln;
  • - d_mx die maximale Anzahl von Replikas gemäß der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion ist.
• Weiterhin ist bevorzugt, dass die Bewertungszahl J berechnet wird, gemäß $$J={\displaystyle {\sum }_{d=1}^{d_{mx}}{r}_d}{p}_{s_d}{\mathrm{\Lambda }}_d-{\displaystyle {\sum }_{d=1}^{d_{mx}}{c}_{d}d}{\mathrm{\Lambda }}_d.$$

  
• Es ist bevorzugt, dass die Bearbeitung der Datenpakte dieser Sendevorrichtung wieder aufgenommen wird, nachdem diese Sendevorrichtung eine bestimmte Aufgabe gelöst hat, die sie von der Empfangsvorrichtung in Abhängigkeit von der Bewertungszahl empfangen hat. Sofern die Verarbeitung der Datenpakete dieser Sendevorrichtung verzögert wurde, kann nach Lösung dieser Aufgabe deren Verarbeitung wieder mit der ursprünglichen Geschwindigkeit fortgeführt werden.
• Es ist in dieser Ausführungsform bevorzugt, dass es sich bei dieser Aufgabe um eine Berechnungsaufgabe handelt, deren Komplexität ansteigt, wenn die Bewertungszahl J kleiner wird.
• Die Erfindung betrifft ferner eine Empfangsvorrichtung, die ausgestaltet ist zum Empfangen von Daten und zum Dekodieren von Daten in Abhängigkeit von einem Dekodieralgorithmus. Die Empfangsvorrichtung weist ein Bewertungsmodul auf, das ausgestaltet ist zum Bestimmen einer Bewertungszahl, die sich verändert, wenn eine Sendevorrichtung von einer vorgegebenen Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion abweicht, indem sie die Anzahl ihrer Replikas ohne Erlaubnis erhöht.
• Die Empfangsvorrichtung weist ferner ein Empfangsmodul auf, das ausgestaltet ist zum Stoppen oder Verzögern der Verarbeiten der Datenpakete dieser Sendevorrichtung, wenn die Bewertungszahl dieser Sendevorrichtung einen bestimmten Grenzwert überschreitet oder unterschreitet.
• Die erfindungsgemäße Empfangsvorrichtung kann sämtliche Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens aufweisen und umgekehrt.
• Es ist in der Empfangsvorrichtung bevorzugt, dass
  die Empfangsvorrichtung eine Bewertungszahl ermittelt, die sich verändert, wenn eine Sendevorrichtung von der vorbestimmten Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion abweicht, indem sie die Anzahl ihrer Replikas ohne Erlaubnis erhöht,
  wobei das Verarbeiten der Datenpakete dieser Sendevorrichtung verzögert oder vollständig eingestellt wird, wenn die Bewertungszahl dieser Sendevorrichtung einen bestimmten Grenzwert überschreitet oder unterschreitet.
• Weiterhin ist es bevorzugt, dass die Bewertungszahl J bestimmt wird gemäß: $$J={\displaystyle {\sum }_{d=1}^{d_{mx}}{r}_d}{p}_{s_d}{\mathrm{\Lambda }}_d-{\displaystyle {\sum }_{d=1}^{d_{mx}}{c}_{d}d}{\mathrm{\Lambda }}_d.$$

  
• Es ist weiterhin bevorzugt, dass die Empfangsvorrichtung ein Übertragungsmodul umfasst, das ausgestaltet ist, um eine bestimmte Aufgabe in Abhängigkeit von der Bewertungszahl an die Sendevorrichtung zu übermitteln.
• In dieser Ausgestaltung ist es bevorzugt, dass die Aufgabe eine Berechnungsaufgabe ist, deren Komplexität ansteigt, wenn die Verwertungszahl J kleiner wird.
• Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung anhand von Figuren erläutert.
• Es zeigen:
• 1 die Funktionsweise des IRSA-Verfahrens gemäß dem Stand der Technik
• 2 die Paketverlustrate in Abhängigkeit von der Kanallast beim erfindungsgemäßen Verfahren
• 3 den Verlauf der Bewertungszahl J im erfindungsgemäßen Verfahren.
• In 1 ist die aus dem Stand der Technik bekannte Funktionsweise des IRSA-Verfahrens bekannt. Es ist ein MAC-Frame dargestellt. Es senden vier Nutzer u₁ - u₄ ihre Datenpakete in neun Zeitschlitzen s₁ - s₉.
• Die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion, mit der jeder Nutzer (d.h. jede Sendevorrichtung) auswählt, wie viele Replikas eines Datenpakets innerhalb eines Frames übertragen werden, lautet im vorliegenden Beispiel: $$\mathrm{\Lambda }\left(x\right)=0.5x^2+0.5x^3$$

  
• Die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion definiert die Wahrscheinlichkeit, dass ein Nutzer entscheidet, genau d Replikas eines Datenpakets innerhalb des Frames zu übermitteln. Im dargestellten Beispiel entscheiden sich die Nutzer mit der Wahrscheinlichkeit 0,5 dafür, genau zwei Replikas zu übermitteln und mit der Wahrscheinlichkeit 0,5 dafür, genau drei Replikas zu übermitteln.
• Im dargestellten Beispiel hat die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion für die Nutzer 1 und 2 ergeben, dass sie jeweils drei Replikas übermitteln sollen. Sie wählen somit zufällig drei Zeitschlitze innerhalb des MAC-Frames aus und übermitteln ihre Replikas in diesen Zeitschlitzen. Entsprechend übermitteln die Nutzer 3 und 4 lediglich zwei Replikas, da im dargestellten Beispiel die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion für diese Nutzer ergeben hat, dass sie lediglich zwei Replikas übermitteln sollen.
• Auf der Empfängerseite wird zum Dekodieren ein Successive Interference Cancellation Verfahren verwendet. Dieses ist aus dem Stand der Technik bekannt und muss nicht näher beschrieben werden.
• Im erfindungsgemäßen Verfahren ist es bevorzugt, dass ein sogenannter Kanallastbetriebspunkt (Channel Load Operating Point) bestimmt wird. Dies ist beispielhaft in 2 dargestellt. Hierfür wird zunächst die aggregierte Gesamtkanallast G bestimmt, die durch den Zugriff aller Sendevorrichtungen auf den gemeinsamen Übertragungskanal entsteht. In zeitschlitzbasierten Verfahren ist G die durchschnittliche Anzahl von Paketen pro Zeitschlitz. Im IRSA-Verfahren wird die Kanallast G angegeben als Anzahl der unterschiedlichen Pakete pro Zeitschlitz. Anders ausgedrückt werden die Replikas nicht berücksichtigt, so dass lediglich ein Paket pro Nutzer bei der Ermittlung der Kanallast G berücksichtigt wird.
• Üblicherweise werden Kommunikationssysteme derart ausgestaltet, dass sie eine bestimmt Ziel-Paketfehlerrate (Packet Error Rate) erreichen. Hierbei handelt es sich um die durchschnittliche Verlustwahrscheinlichkeit für Pakete für jeden Nutzer. Basierend auf dieser Zielpaketfehlerrate werden die Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion und andere Systemparameter bestimmt. Hierzu kann u.a. auch die Anzahl der Zeitschlitze pro MAC-Frame gehören, ferner die Anzahl der Iterationen im SIC-Verfahren, mit der dort versucht wird, Interferenzen zu entfernen.
• Üblicherweise werden die Zielpaketfehlerrate, die User Degree Distribution sowie die Framelänge (das heißt die Anzahl der Zeitschlitze) festgelegt. Sobald diese drei Parameter festgelegt sind, wird über eine numerische Simulation die Kanallast, das heißt die Anzahl der Benutzer variiert, so dass eine Paketfehlerratenkurve als Funktion der Kanallast ermittelt wird. Hiernach kann der Betriebspunkt für die Kanallast (Channel Load Operative Point) des Kanals berechnet werden. Dies entspricht der maximalen Kanallast, für die die Zielpaketfehlerrate nicht überschritten wird.
• Der Kanallastbetriebspunkt legt die Kanallast fest, mit der das System unter Standardbedingungen betrieben wird.
• Abhängig von dem Kanallastbetriebspunkt, der wiederum abhängig von der gewählten Zielpaketfehlerrate berechnet wurde, werden ein Kostenwert oder ein Belohnungswert ermittelt. Dies erfolgt pro Übertragung eines Datenpakets durch eine Sendevorrichtung.
• Die Bewertungszahl J wird bestimmt gemäß: $$J={\displaystyle {\sum }_{d=1}^{d_{mx}}{r}_d}{p}_{s_d}{\mathrm{\Lambda }}_d-{\displaystyle {\sum }_{d=1}^{d_{mx}}{c}_{d}d}{\mathrm{\Lambda }}_d.$$

  

  wobei die Bewertungszahl abgeleitet ist von $${\displaystyle {\sum }_{d=1}^{d_{mx}}{r}_d}{p}_{s_d}{\mathrm{\Lambda }}_d\text{ und }{\displaystyle {\sum }_{d=1}^{d_{mx}}{c}_{d}d}{\mathrm{\Lambda }}_d$$

  

  wobei
• - d die Anzahl der Paketreplikas ist;
• - r_d die Belohnungswert für eine erfolgreiche Übermittlung für eine Sendevorrichtung ist, die genau d Replikas übermittelt hat;
• - p_{s d} die Erfolgswahrscheinlichkeit für eine Sendevorrichtung ist, die genau d Replikas übermittelt;
• - c_d ein Kostenwert pro Replika-Übertragung für eine Sendevorrichtung ist, die genau d Replikas übermittelt,
• - Λ_d die Wahrscheinlichkeit ist, genau d Replikas zu übermitteln;
• - d_mx die maximale Anzahl von Replikas gemäß der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion ist.
• Die Funktion, mit der die Bewertungszahl J ermittelt wird, besteht somit aus zwei Teilen, nämlich einem ersten Teil zur Ermittlung eines Belohnungswerts ${\displaystyle {\sum }_{d=1}^{d_{mx}}{r}_d}{p}_{s_d}{\mathrm{\Lambda }}_d.$

  

  Dieser ist eine Funktion eines Belohnungsparameters r_d und der durchschnittlichen Erfolgswahrscheinlichkeit p_{s d} Ferner besteht die Funktion gemäß der die Bewertungszahl J berechnet wird, aus einer Kostenfunktion, durch die der Kostenanteil pro Replikaübertragung berechnet wird. Dieser wird mit der Wahrscheinlichkeitsverteilung Λ_d gewichtet, so dass sich ergibt: ${\displaystyle {\sum }_{d=1}^{d_{mx}}{c}_{d}d}{\mathrm{\Lambda }}_d.$

  
• Selbstverständlich sind die einzelnen Nutzer daran interessiert, ihren Belohnungswert zu erhöhen. Um zu verhindern, dass Nutzer einseitig von der vorgegebenen Wahrscheinlichkeitsverteilung Λx abweichen, müssen alle partiellen Ableitungen von J auf 0 gesetzt werden: $$\frac{\partial j}{\partial {\mathrm{\Lambda }}_i}=\frac{\partial }{\partial {\mathrm{\Lambda }}_i}\left({\displaystyle \sum _{d=1}^{d_{mx}}{r}_d{p}_{s_d}}{\mathrm{\Lambda }}_d\right)-\frac{\partial }{\partial {\mathrm{\Lambda }}_i}\left({\displaystyle \sum _{d=1}^{d_{mx}}{c}_{d}d}{\mathrm{\Lambda }}_d\right)=0fori=\mathrm{1,}\dots ,d_{mx}-1$$

  
• Es gilt weiterhin: $${\displaystyle {\sum }_{d=1}^{d_{mx}}{\mathrm{\Lambda }}_d}=\mathrm{1,}{\mathrm{\Lambda }}_{d_{mx}}=1-{\displaystyle {\sum }_{d=1}^{d_{mx}-1}{\mathrm{\Lambda }}_d}.$$

  
• Da ferner lediglich (d_mx - 1) Nutzergrade von Λ abhängig sind und ferner unter Berücksichtigung, dass p_{s d} eine Funktion von Λ ist, ergibt sich nach einigen Umformungen: $$\frac{\partial j}{\partial {\mathrm{\Lambda }}_i}=\left(r_i{p}_{s_i}-r_{d_{mx}}{p}_{s_{d_{mx}}}+{\displaystyle \sum _{d=1}^{d_{mx}}p{\text{'}}_{s_d}}{\mathrm{\Lambda }}_d{r}_d\right)-\left(i{c}_i-c_{d_{mx}}{d}_{mx}\right)=0fori=\mathrm{1,.}\dots ,d_{mx}-1$$

  

  $p{\text{'}}_{s_d}$

  

  ist die partielle Ableitung als eine Funktion von Λ_d der Erfolgswahrscheinlichkeit für Nutzer von Grad d p_{s d} . An dieser Stelle können zwei unterschiedliche Ansätze verfolgt werden:
1. 1. Der Belohnungswert kann fix sein und es kann der Kostenwert c_i pro zusätzlichem Nutzergrad berechnet werden
2. 2. Der Kostenwert kann fix sein und es kann der Belohnungswert berechnet werden.
• Im Folgenden Beispiel wird die erste Option gewählt und es ist dargestellt, wie die Kosten c_i berechnet werden: $$c_i=\frac{1}{i}\left(r_i{p}_{s_i}-r_{d_{mx}}{p}_{s_{d_{mx}}}+{\displaystyle \sum _{d=1}^{d_{mx}}p{\text{'}}_{s_d}}{\mathrm{\Lambda }}_d{r}_d\right)+c_{d_{mx}}{d}_{mx}fori=\mathrm{1,}\dots ,d_{mx}-1$$

  
• Dies stellt somit die Kosten pro Replika für einen Nutzer dar, der den Grad i auswählt. Ein Grad bezeichnet hierbei die Anzahl der Replikas, die ein Nutzer oder eine Sendevorrichtung auswählt, auf den Übertragungskanal innerhalb eines Frames zu übermitteln.
• Um die Kosten gemäß der obigen Formel korrekt zu berechnen, müssen alle Erfolgswahrscheinlichkeiten und ihre Ableitungen kalkuliert werden. Sie alle hängen ab von:
• - der gewählten Kanallast G,
• - der ausgewählten Wahrscheinlichkeitsverteilung A,
• - der Länger des MAC-Frames in Zeitschlitzen,
• - der Anzahl der Iterationen für das SIC-Verfahren.
• Wie bereits diskutiert, wird die Kanallast G festgelegt, wenn der Zielwert für die Paketfehlerrate und die Länge des MAC-Frames sowie die Anzahl der SIC Iterationen festgelegt werden.
• Untenstehend folgt ein konkretes Berechnungsbeispiel, in dem die Wahrscheinlichkeitsverteilung lautet: Λ(x) = Λ₃x³ + Λ₈x⁸. Dies bedeutet, dass die Nutzer entweder drei oder acht Replikas mit jeweils der Wahrscheinlichkeit Λ₃ und Λ₈ übermitteln. Die Kostenfunktion lautet: c = c3 = c8. Die Belohnungsfuktion lautet: r = r3 = r8. Die Funktion für J lautet: $$J=r\left(p_{s_3}{\mathrm{\Lambda }}_3+p_{s_8}{\mathrm{\Lambda }}_8\right)-c\left(3{\mathrm{\Lambda }}_3+8{\mathrm{\Lambda }}_8\right)$$

  
• Wegen Λ₈ = 1 - Λ₃ ist die Ableitung der Funktion J: $$\frac{dJ}{d{\mathrm{\Lambda }}_3}=r\left(p_{s_3}-p_{s_8}+{\mathrm{\Lambda }}_3\left(p_{s_3}^{\text{'}}-p_{s_8}^{\text{'}}\right)+p_{s_8}^{\text{'}}\right)+5c$$

  
• Eine Auflösung nach $\frac{dJ}{d{\mathrm{\Lambda }}_3}=0$

  

  führt zu: $$c=-\frac{r}{5}\left(p_{s_3}-p_{s_8}+{\mathrm{\Lambda }}_3\left(p_{s_3}^{\text{'}}-p_{s_8}^{\text{'}}\right)+p_{s_a}^{\text{'}}\right)$$

  
• Im Folgenden wird die Leistungsfähigkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens kurz dargestellt.
• Es wird von einem IRSA RA- Protokoll ausgegangen, wo Nutzer ihre Replikas gemäß der Wahrscheinlichkeitsverteilung Λ(x) = 0.86x³ + 0.14x⁸ übertragen. Es übertragen somit Nutzer drei Replikas mit der Wahrscheinlichkeit 0,86 und acht Replikas mit der Wahrscheinlichkeit 0,14. Wir gehen von einer Framelänge von 100 Zeitschlitzen aus. Die Nutzer wählen die Zeitschlitze, in denen sie ihre Datenpakete übertragen, gleichmäßig verteilt und zufällig aus. Es wird ein Model für einen kollisionsbehafteten Kanal verwendet.
• Empfängerseitig werden Kollisionen unter Verwendung des SIC-Verfahrens aufgelöst. Maximale Anzahl von SIC Iterationen ist 100.
• In 2 ist die Paketverlustrate p_l als Funktion der Kanallast G dargestellt. Die Paketverlustrate ist definiert als die Wahrscheinlichkeit, dass ein Paket beim Empfänger nicht wiederhergestellt werden kann. Es gilt: p_l = 1 - p_s'. Daher gilt weiterhin: p_{l d} = 1-p_{s d} für d = 3;8. Als Betriebspunkt wird G = 0,6 gewählt.
• Der Belohnungswert wird auf r = 100 festgelegt. Der Kostenwert c wird berechnet gemäß: $$c=-20\left(p_{s_3}-p_{s_8}+0.86\left(p_{s_3}^{\text{'}}-p_{s_8}^{\text{'}}\right)+p_{s_8}^{\text{'}}\right)$$

  
• Es ist zu beachten, dass alle Wahrscheinlichkeiten für ein erfolgreiches Dekodieren sowie deren Ableitungen von der ausgewählten Kanallast G = 0,6 und ferner von der ausgewählten Wahrscheinlichkeitsverteilung Λ abhängen. Es wird im Weiteren angenommen, dass ein Anteil µ der Nutzer sich dafür entscheidet, von der vorgegebenen Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion abzuweichen. Die Funktion zur Berechnung von J lautet dann für diese Nutzer: $$J_{\mu }=r\left(p_{s_3}{\mathrm{\Lambda }}_3^{\mu }+p_{s_8}{\mathrm{\Lambda }}_8^{\mu }\right)-c\left(3{\mathrm{\Lambda }}_3^{\mu }+8{\mathrm{\Lambda }}_8^{\mu }\right)$$

  
• Hierbei stellt ${\mathrm{\Lambda }}^{\mu }={\mathrm{\Lambda }}_3^{\mu }{x}^3+{\mathrm{\Lambda }}_8^{\mu }{x}^8$

  

  die Nutzergradverteilung für alle Nutzer dar, die von der ursprünglich vorgesehenen Verteilung Λ abweichen. Die Wahrscheinlichkeiten für ein erfolgreiches Dekodieren sind nunmehr eine Funktion einer neuen gesamten Nutzergradverteilung, die sich nun von der ursprünglichen Verteilung Λ unterscheidet.
• In 3 ist die Funktion für die Berechnung von J für die Nutzer dargestellt, die von der vorgegebenen Wahrscheinlichkeitsverteilung Λ abweichen. Es werden unterschiedliche Anteile von abweichenden Nutzern dargestellt. Bei ${\mathrm{\Lambda }}_3^{\mu }=0.86$

  

  wird J_µ unabhängig vom Anteil µ maximiert. Es ist ersichtlich, dass je höher der Anteil der Nutzer ist, die von der vorgegebenen Verteilung Λ abweichen, desto höher die Abnahme von J für einen bestimmten Wert von ${\mathrm{\Lambda }}_3^{\mu }$

  

  ist. Noch wichtiger ist, dass ${\mathrm{\Lambda }}_3^{\mu }=0$

  

  (was ${\mathrm{\Lambda }}_8^{\mu }=1$

  

  entspricht) das Minimum der Funktion für J ist. Somit werden Nutzer davon abgehalten, Wahrscheinlichkeitsverteilungen zu wählen, die eine hohe Wahrscheinlichkeit von acht Replikas aufweisen.
• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
• Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
• Zitierte Nicht-Patentliteratur
• E. Casini, R. De Gaudenzi, and O. del Rio Herrero, „Contention Resolution Diversity Slotted ALOHA (CRDSA): an enhanced random access scheme for satellite access packet networks“, IEEE Trans. Commun., vol.6 , no. 4, pp 1408-1419, Apr.2007 [0002]
• Liva, G.;„Graph-Based Analysis and Optimization of Contention Resolution Diversity Slotted ALOHA,‟ IEEE Trans. Commun., vol.59, no.2, pp.477-487, Febr. 2011 [0003]

Claims (10)

1. Verfahren zum Übertragen von Daten, wobei ein Übertragungskanal zu einer Empfangsvorrichtung von mehreren Sendevorrichtungen verwendet wird, wobei die Daten übermittelt werden unter Verwendung des Irregular Repetition Slotted ALOHA (IRSA)-Verfahrens, wobei die Anzahl der Replikas eines Datenpakets, die durch eine Sendevorrichtung innerhalb eines Frames übermittelt werden, nach einem Zufallsalgorithmus variiert wird auf Basis einer vorbestimmten Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion, durch die für jede Sendevorrichtung die Wahrscheinlichkeit bestimmt wird, genau d Replikas eines Datenpakets innerhalb eines Frames zu generieren, wobei für eine große Anzahl an Übertragungsversuchen m pro Frame sich die Anzahl der Replikas der vorbestimmten Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion annähern wird, während für n = ∞ die Anzahl der Replikas der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion entspricht, wobei die Empfangsvorrichtung eine Bewertungszahl ermittelt, die sich verändert, wenn eine Sendevorrichtung von der vorbestimmten Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion abweicht, indem sie die Anzahl ihrer Replikas ohne Erlaubnis erhöht, wobei das Verarbeiten der Datenpakete dieser Sendevorrichtung verzögert oder vollständig eingestellt wird, wenn die Bewertungszahl dieser Sendevorrichtung einen bestimmten Grenzwert überschreitet oder unterschreitet.
2. Verfahren zum Übertragen von Daten nach Anspruch 1, wobei die Bewertungszahl abgeleitet wird von ${\displaystyle {\sum }_{d=1}^{d_{mx}}{r}_d}{p}_{s_d}{\mathrm{\Lambda }}_d$

   

   und ${\displaystyle {\sum }_{d=1}^{d_{mx}}{c}_{d}d}{\mathrm{\Lambda }}_d,$

   

   wobei - d die Anzahl der Paketreplikas ist; - r_d die Belohnungswert für eine erfolgreiche Übermittlung für eine Sendevorrichtung ist, die genau d Replikas übermittelt hat; - p_{s d} die Erfolgswahrscheinlichkeit für eine Sendevorrichtung ist, die genau d Replikas übermittelt; - c_d ein Kostenwert pro Replika-Übertragung für eine Sendevorrichtung ist, die genau d Replikas übermittelt, - Λ_d die Wahrscheinlichkeit ist, genau d Replikas zu übermitteln; - d_mx die maximale Anzahl von Replikas gemäß der Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion ist.
3. Verfahren zum Übertragen von Daten nach Anspruch 2, wobei die Bewertungszahl J bestimmt wird gemäß: $$J={\displaystyle {\sum }_{d=1}^{d_{mx}}{r}_d}{p}_{s_d}{\mathrm{\Lambda }}_d-{\displaystyle {\sum }_{d=1}^{d_{mx}}{c}_{d}d}{\mathrm{\Lambda }}_d.$$

   
4. Verfahren zum Übertragen von Daten nach einem der Ansprüche 1-3, wobei das Verarbeiten der Datenpakete dieser Sendevorrichtung wieder aufgenommen wird, nachdem diese Sendevorrichtung eine bestimmte Aufgabe erfüllt hat, die sie von der Empfangsvorrichtung in Abhängigkeit von der Bewertungszahl empfangen hat.
5. Verfahren zum Übertragen von Daten nach Anspruch 4, wobei die Aufgabe eine Berechnungsaufgabe ist, deren Komplexität steigt, wenn die Bewertungszahl J kleiner wird.
6. Empfangsvorrichtung umfassend: ein Empfangsmodul, das ausgestaltet ist, um Daten zu empfangen und diese Daten gemäß einem Dekodierverfahren zu dekodieren; ein Bewertungsmodul zum Bestimmen einer Bewertungszahl, wobei das Bewertungsmodul ausgestaltet ist zum Bestimmen einer Bewertungszahl, die sich verändert, wenn eine Sendevorrichtung von einer vorbestimmten Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion abweicht, indem sie die Anzahl ihrer Replikas ohne Erlaubnis erhöht, wobei das Empfangsmodul ausgestaltet ist zum Verzögern oder vollständigen Einstellen der Verarbeitung der Datenpakete dieser Übertragungsvorrichtung, wenn die Bewertungszahl dieser Sendevorrichtung einen vorbestimmten Grenzwert überschreitet oder unterschreitet.
7. Empfangsvorrichtung nach Anspruch 6 wobei die Empfangsvorrichtung eine Bewertungszahl ermittelt, die sich verändert, wenn eine Sendevorrichtung von der vorbestimmten Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion abweicht, indem sie die Anzahl ihrer Replikas ohne Erlaubnis erhöht, wobei das Verarbeiten der Datenpakete dieser Sendevorrichtung verzögert oder vollständig eingestellt wird, wenn die Bewertungszahl dieser Sendevorrichtung einen bestimmten Grenzwert überschreitet oder unterschreitet.
8. Empfangsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Bewertungszahl J bestimmt wird gemäß: $$J={\displaystyle {\sum }_{d=1}^{d_{mx}}{r}_d}{p}_{s_d}{\mathrm{\Lambda }}_d-{\displaystyle {\sum }_{d=1}^{d_{mx}}{c}_{d}d}{\mathrm{\Lambda }}_d.$$

   
9. Empfangsvorrichtung nach einem der Ansprüche 6-8 ferner umfassend: ein Übertragunsmodul, das ausgestaltet ist, um eine bestimmte Aufgabe in Abhängigkeit von der Bewertungszahl an die Sendevorrichtung zu übertragen.
10. Empfangsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Aufgabe eine Berechnungsaufgabe ist, deren Komplexität ansteigt, wenn die Bewertungszahl J kleiner wird.

Images