DE102022131778A1

DE102022131778A1 - Adaptive drahtlose verbindungen in vorrichtungen mit mehreren betriebsmodi

Info

Publication number: DE102022131778A1
Application number: DE102022131778.1A
Authority: DE
Inventors: Robert Zopf; Yanbing Zhang; Yan Li; Hongwei Kong; Kameswara Medapalli; Walter James Wihardja
Original assignee: Cypress Semiconductor Corp
Current assignee: Cypress Semiconductor Corp
Priority date: 2021-11-30
Filing date: 2022-11-30
Publication date: 2023-06-01
Also published as: US20230171649A1; CN116208979A

Abstract

Offenbarte Implementierungen beschreiben Techniken und Systeme, die die Drahtloskonnektivität zwischen Vorrichtungen, die mehrere Betriebsmodi unterstützen, durch Überwachen einer Qualität der hergestellten Verbindung und Durchführen eines Wechsels des Betriebsmodus in Reaktion auf sich ändernde Bedingungen verbessern. Die offenbarten Techniken umfassen ein Erhalten von Metriken, die die Qualität der drahtlosen Verbindung kennzeichnen, Identifizieren einer Nutzenfunktion die für eine Anwendung spezifisch ist, die von der drahtlosen Verbindung unterstützt wird, Berechnen mehrerer Werte der Nutzenfunktion für verschiedene Betriebsmodi basierend auf den erhaltenen Metriken und Initiieren eines Wechsels des Betriebsmodus basierend auf einem Vergleich der berechneten Nutzwerte.

Description

Die Offenbarung betrifft drahtlose Netzwerke, insbesondere die dynamische Optimierung drahtloser Verbindungen zwischen Netzwerkvorrichtungen, die zur Unterstützung mehrere Betriebsmodi imstande sind. Offenbarte Techniken umfassen ein Überwachen physikalischer und digitaler Charakteristiken eines drahtlosen Links, Bewerten der Linkqualität für verschiedene Betriebsmodi und Treffen einer dynamischen Auswahl eines Betriebsmodus im Hinblick auf eine Anwendung, die den drahtlosen Link verwendet.
Netzwerke für den persönlichen Bereich, beispielsweise Bluetooth®-(BT-), Zigbee®-, Thread®- usw. Netzwerke, stellen drahtlose Verbindungen für verschiedene persönliche, industrielle, wissenschaftliche und medizinische Anwendungen bereit. Zum Beispiel verwenden BT-Netzwerke ein paketbasiertes Protokoll und weisen eine Architektur auf, die zentrale Vorrichtungen (CDs) umfasst, die mit mehreren peripheren Vorrichtungen (PDs) kommunizieren können. Bluetooth-Low-Energy-(BLE-)Netzwerke haben Kommunikationsreichweiten, die jenen von BT-Netzwerken ähneln, aber einen wesentlich geringeren Energieverbrauch und wesentlich geringere Kosten aufweisen. BLE-Vorrichtungen bleiben häufig in einem Ruhemodus und gehen kurz vor Datenkommunikationsbeginn in einen aktiven Modus über. Die BLE-Spezifikation unterstützt eine Anzahl physikalischer (PHY) Schichten, die zum Ermöglichen verschiedener maximaler Übertragungsraten imstande sind. In 1-Mbit/s- und 2-Mbit/s-Betriebsmodi wird jedes Bit durch ein gesendetes Symbol dargestellt; in einem 2-Mbit/s-Betriebsmodus verdoppelt sich die Anzahl von gesendeten Symbolen pro Sekunde. In einem LE Coded S = 2 (oder S = 8) Modus beträgt die Symbolübertragungsrate 1 Mbit/s, aber jedes Bit ist unter Verwendung von zwei (bzw. acht) Symbolen codiert, wodurch die Bitübertragungsrate auf 500 kbit/s (bzw. 125 kbit/s) reduziert wird. Codierte Modi weisen einen geringeren Durchsatz, aber größere Betriebsreichweiten als die 1-Mbit/s- oder 2-Mbibs-Modi auf. In einigen Fällen können die Modi mit höheren Bitraten energieeffizienter (pro kommunizierter Informationseinheit) sein, vorausgesetzt, dass die Linkqualität hoch ist, aber sie können weniger effizient werden, wenn die Linkqualität sich verschlechtert (z.B. aufgrund von Rauschen und/oder Störung von anderen Vorrichtungen), so dass mehrere Versuche erforderlich sind, um dieselben Daten erneut zu senden.
Eine Aufgabe besteht somit darin, insbesondere diese Nachteile zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst. Bevorzugte Ausführungsformen sind insbesondere den abhängigen Ansprüchen entnehmbar.
Diese hierin vorgeschlagenen Beispiele können insbesondere auf zumindest einer der nachfolgenden Lösungen basieren. Insbesondere können Kombinationen der nachfolgenden Merkmale eingesetzt werden, um ein gewünschtes Ergebnis zu erreichen. Die Merkmale des Verfahrens können mit (einem) beliebigen Merkmal(en) der Vorrichtung, des Geräts oder Systems oder umgekehrt kombiniert werden.
Zur Lösung der Aufgabe wird unter anderem ein Verfahren vorgeschlagen, umfassend die folgenden Schritte:

- Verwenden einer drahtlosen Verbindung, die in einem ersten Betriebsmodus, OM, betrieben wird, der mit einer ersten Datenübertragungsrate assoziiert ist;
- Bestimmen eines oder mehrerer Parameter einer Betriebsmodus-Nutzenfunktion, OM-Nutzenfunktion;
- Erhalten einer ersten Mehrzahl von Metriken, die die Qualität der drahtlosen Verbindung kennzeichnet, die in dem ersten OM betrieben wird, und einer zweiten Mehrzahl von Metriken, die die Qualität der drahtlosen Verbindung vorhersagt, die in einem zweiten OM betrieben wird, der mit einer zweiten Datenübertragungsrate assoziiert ist;
- Identifizieren einer Differenz zwischen einem zweiten Nutzwert und einem ersten Nutzwert, wobei der erste Nutzwert durch Anwenden der OM-Nutzenfunktion auf die erste Mehrzahl von Metriken erhalten wird, und der zweite Nutzwert durch Anwenden der OM-Nutzenfunktion auf die zweite Mehrzahl von Metriken erhalten wird;
- Initiieren eines Wechsels der drahtlosen Verbindung vom Betrieb in dem ersten OM zum Betrieb in dem zweiten OM basierend auf der identifizierten Differenz.

Es ist eine Weiterbildung, dass der erste OM und/oder der zweite OM einer der folgenden ist: ein 1-Mbit/s-LE-Betriebsmodus, ein 2-Mbit/s-LE-Betriebsmodus, ein 500-kbit/s-LE-Coded-S2-Betriebsmodus oder ein 125-kbit/s-LE-Coded-S8-Betriebsmodus.
Es ist eine Weiterbildung, dass die erste Mehrzahl von Metriken mindestens eines umfasst von:

- einem Durchsatz der drahtlosen Verbindung, die in dem ersten OM betrieben wird,
- einer Angabe einer Signalstärke der drahtlosen Verbindung, die in dem ersten OM betrieben wird, einer Paketverlustrate der drahtlosen Verbindung, die in dem ersten OM betrieben wird,
- einer Übertragungslatenzzeit der drahtlosen Verbindung, die in dem ersten OM betrieben wird oder einer Paket-Neuübertragungsrate der drahtlosen Verbindung, die in dem ersten OM betrieben wird.

Es ist eine Weiterbildung, dass das Erhalten der ersten Mehrzahl von Metriken ein Bestimmen von mindestens einem umfasst von:

- einem Empfangssignalstärkeindikator, RSSI, der drahtlosen Verbindung, die in dem ersten OM betrieben wird,
- einem Signal-Rausch-Verhältnis, SNR, der drahtlosen Verbindung, die in dem ersten OM betrieben wird.

Es ist eine Weiterbildung, dass das Erhalten der zweiten Mehrzahl von Metriken, die die Qualität der drahtlosen Verbindung vorhersagt, die in dem zweiten OM betrieben wird, umfasst:

- ein Zugreifen auf gespeicherte Kalibrierdaten, die die zweite Mehrzahl von Metriken im Hinblick auf eine oder mehrere Metriken der ersten Mehrzahl von Metriken vorhersagen.

Es ist eine Weiterbildung, dass der eine oder die mehreren Parameter der OM-Nutzenfunktion anwendungsspezifische Parameter umfassen, die im Hinblick auf eine Anwendung bestimmt werden, die von der drahtlosen Verbindung unterstützt wird.
Es ist eine Weiterbildung, dass

- die OM-Nutzenfunktion der ersten Mehrzahl von Metriken eine gewichtete Kombination jeder der ersten Mehrzahl von Metriken ist,
- Gewichte der gewichteten Kombination basierend auf den anwendungsspezifischen Parametern bestimmt werden.

Es ist eine Weiterbildung, dass das Verfahren ferner die folgenden Schritte umfasst:

- Aktualisieren der zweiten Mehrzahl von Metriken unter Verwendung einer oder mehrerer Messungen der Qualität der drahtlosen Verbindung, die in dem zweiten OM betrieben wird;
- Erhalten einer dritten Mehrzahl von Metriken, die die Qualität der drahtlosen Verbindung vorhersagt, die in einem dritten OM betrieben wird, der mit einer dritten Datenübertragungsrate assoziiert ist;
- Identifizieren einer Differenz zwischen einem dritten Nutzwert und einem aktualisierten zweiten Nutzwert, wobei der dritte Nutzwert durch Anwenden der OM-Nutzenfunktion der dritten Mehrzahl von Metriken erhalten wird, und der aktualisierte zweite Nutzwert durch Anwenden der OM-Nutzenfunktion auf die aktualisierte zweite Mehrzahl von Metriken erhalten wird;
- Initiieren eines Wechsels der drahtlosen Verbindung vom Betrieb in dem zweiten OM zum Betrieb in dem dritten OM basierend auf der identifizierten Differenz zwischen einem dritten Nutzwert und einem aktualisierten zweiten Nutzwert.

Es ist eine Weiterbildung, dass der Wechsel der drahtlosen Verbindung in Reaktion auf ein Bestimmen initiiert wird, dass die Differenz zwischen dem zweiten Nutzwert und dem ersten Nutzwert über einer ersten Schwellendifferenz liegt.
Es ist eine Weiterbildung, dass das Verfahren ferner umfasst:

- Aktualisieren der zweiten Mehrzahl von Metriken unter Verwendung einer oder mehrerer Messungen der Qualität der drahtlosen Verbindung, die in dem zweiten OM betrieben wird;
- Aktualisieren der ersten Mehrzahl von Metriken, wobei die aktualisierte erste Mehrzahl von Metriken die Qualität der drahtlosen Verbindung vorhersagt, die in dem ersten OM betrieben wird;
- Identifizieren einer Differenz zwischen einem aktualisierten ersten Nutzwert und einem aktualisierten zweiten Nutzwert, wobei der aktualisierte erste Nutzwert durch Anwenden der OM-Nutzenfunktion auf die aktualisierte erste Mehrzahl von Metriken erhalten wird, und der aktualisierte zweite Nutzwert durch Anwenden der OM-Nutzenfunktion auf die aktualisierte zweite Mehrzahl von Metriken erhalten wird;
- Bestimmen, dass eine Differenz zwischen dem aktualisierten ersten Nutzwert und dem aktualisierten zweiten Nutzwert über einer zweiten Schwellendifferenz liegt;
- Initiieren eines Wechsels der drahtlosen Verbindung vom Betrieb in dem zweiten OM zum Betrieb in dem ersten OM.

Auch wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, umfassend:

- ein drahtloses Modem, das zum Unterstützen einer Mehrzahl von Betriebsmodi, OMs, eingerichtet ist, wobei jeder der Mehrzahl der Oms eine unterschiedliche maximale Datenübertragungsrate aufweist;
- einen Speicher;
- eine Verarbeitungsvorrichtung, die mit dem Speicher gekoppelt ist, wobei die Verarbeitungsvorrichtung eingerichtet ist zum
- - Verwenden einer drahtlosen Verbindung, die in einem ersten OM der Mehrzahl von Oms betrieben wird;
- - Identifizieren einer Mehrzahl von Kriterien zum Bewerten des Nutzens der drahtlosen Verbindung;
- - Erhalten einer Mehrzahl von Metriken, die die drahtlose Verbindung kennzeichnet;
- - Bestimmen eines Nutzwerts, der einen bestehenden oder einen vorhergesagten Nutzen eines jeweiligen der Mehrzahl von Oms kennzeichnet, für jeden der Mehrzahl von Oms basierend auf der Mehrzahl von Kriterien und der Mehrzahl von erhaltenen Metriken;
- - Auswählen eines zweiten OM der Mehrzahl von Oms basierend auf den bestimmten Nutzwerten als einen nächsten OM für die drahtlose Verbindung.

Es ist eine Weiterbildung, dass die Verarbeitungsvorrichtung ferner eingerichtet ist zum

- Erzeugen einer Anforderung an eine Netzwerkvorrichtung, die mit der Einrichtung unter Verwendung der drahtlosen Verbindung kommuniziert, zum Rekonfigurieren der drahtlosen Verbindung von dem ersten OM auf den zweiten OM.

Es ist eine Weiterbildung, dass die Mehrzahl von OMs zwei oder mehr Bluetooth-Low-Energy-OMs, BLE-OMs, umfasst.
Es ist eine Weiterbildung, dass die Mehrzahl von Metriken eine erste Teilmenge von physikalischen Metriken umfasst, wobei die erste Teilmenge von physikalischen Metriken eines oder mehrere umfasst von:

- einer Angabe einer Signalstärke der drahtlosen Verbindung,
- einem Signal-Rausch-Verhältnis, SNR, der drahtlosen Verbindung.

Es ist eine Weiterbildung, dass die Mehrzahl von Metriken eine zweite Teilmenge von Kommunikationsmetriken umfasst, wobei die zweite Teilmenge von Kommunikationsmetriken eines oder mehrere umfasst von:

- einem Durchsatz der drahtlosen Verbindung,
- einer Paketverlustrate der drahtlosen Verbindung,
- einer Übertragungslatenzzeit der drahtlosen Verbindung,
- einer Paket-Neuübertragungsrate der drahtlosen Verbindung.

Es ist eine Weiterbildung, dass ein Nutzwert für den zweiten OM im Hinblick auf eine Mehrzahl von vorhergesagten Metriken für eine projizierte drahtlose Verbindung in dem zweiten OM bestimmt wird, wobei die Mehrzahl von vorhergesagten Metriken unter Verwendung der ersten Teilmenge von physikalischen Metriken bestimmt wird und eines oder mehrere umfasst von:

- einem Durchsatz der projizierten drahtlosen Verbindung,
- einer Paketverlustrate der projizierten drahtlosen Verbindung,
- einer Übertragungslatenzzeit der projizierten drahtlosen Verbindung,
- einer Paket-Neuübertragungsrate der projizierten drahtlosen Verbindung.

Auch wird ein System angegeben, umfassend:

- eine Bluetooth-Low-Energy-Vorrichtung, BLE-Vorrichtung, umfassend:
- - eine Funkvorrichtung, die eine oder mehrere Antennen umfasst;
- - eine drahtlose Steuerung, die eingerichtet ist zum
  - - Verwenden einer drahtlosen Verbindung, die in einem ersten Betriebsmodus, OM, betrieben wird, der mit einer ersten Datenübertragungsrate assoziiert ist;
  - - Aufrechterhalten einer Verbindung mit einer Hostvorrichtung, die eine Anwendung ausführt;
  - - Bestimmen eines oder mehrerer anwendungsspezifischer Parameter einer Betriebsmodus-Nutzenfunktion, OM-Nutzenfunktion, im Hinblick auf die Anwendung;
  - - Erhalten einer ersten Mehrzahl von Metriken, die die Qualität der drahtlosen Verbindung kennzeichnet, die in dem ersten OM betrieben wird, und einer zweiten Mehrzahl von Metriken, die die Qualität der drahtlosen Verbindung in einem zweiten OM vorhersagt, der mit einer zweiten Datenübertragungsrate assoziiert ist;
  - - Identifizieren einer Differenz zwischen einem zweiten Nutzwert und einem ersten Nutzwert, wobei der erste Nutzwert durch Anwenden der OM-Nutzenfunktion auf die erste Mehrzahl von Metriken bestimmt wird, und der zweite Nutzwert durch Anwenden der OM-Nutzenfunktion auf die zweite Mehrzahl von Metriken bestimmt wird;
  - - Initiieren eines Wechsels der drahtlosen Verbindung vom Betrieb in dem ersten OM zum Betrieb in dem zweiten OM basierend auf der identifizierten Differenz.

- einem Durchsatz der drahtlosen Verbindung, die in dem ersten OM betrieben wird,
- einer Angabe einer Signalstärke der drahtlosen Verbindung, die in dem ersten OM betrieben wird, einer Paketverlustrate der drahtlosen Verbindung, die in dem ersten OM betrieben wird,
- einer Übertragungslatenzzeit der drahtlosen Verbindung, die in dem ersten OM betrieben wird, oder einer Paket-Neuübertragungsrate der drahtlosen Verbindung, die in dem ersten OM betrieben,
- wobei die drahtlose Steuerung eingerichtet ist, dass sie zum Erhalten der ersten Mehrzahl von Metriken mindestens eines bestimmt von:
- - einem Empfangssignalstärkeindikator, RSSI, der drahtlosen Verbindung, die in dem ersten OM betrieben wird, oder
- - einem Signal-Rausch-Verhältnis, SNR, der drahtlosen Verbindung, die in dem ersten OM betrieben wird.

Es ist eine Weiterbildung, dass die drahtlose Steuerung ferner eingerichtet ist zum

Die oben beschriebenen Eigenschaften, Merkmale und Vorteile sowie die Art und Weise, wie diese erreicht werden, werden weiter ausgeführt im Zusammenhang mit der folgenden schematischen Beschreibung von Ausführungsbeispielen, die im Lichte der Zeichnungen näher erläutert werden. Dabei können zur Übersichtlichkeit gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sein.
Es zeigen:

1 eine beispielhafte Implementierung eines drahtlosen Systems, das zur Unterstützung dynamischer Überwachung und Umschaltung von Betriebsmodi für eine verbesserte Qualität von Netzwerkverbindungen imstande ist, gemäß einigen Implementierungen.
2A beispielhafte Operationen zur dynamischen Bewertung und Umschaltung von Betriebsmodi in drahtlosen Vorrichtungen, die gemäß einigen Implementierungen durchgeführt werden,
2B einen Prozess zur Sammlung und Verwendung von Linkmetriken gemäß einigen Implementierungen schematisch dar.
3A einen beispielhaften Prozess zur Entscheidungsfindung im Zuge einer dynamischen Bewertung und Umschaltung von Betriebsmodi in drahtlosen Vorrichtungen gemäß einigen Implementierungen.
3B einen Hysterese-basierten Prozess zur Entscheidungsfindung im Zuge einer dynamischen Bewertung und Umschaltung von Betriebsmodi, der gemäß einigen Implementierungen durchgeführt wird.
4 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Auswahl, Bewertung und Umschaltung eines anfänglichen Betriebsmodus in drahtlosen Vorrichtungen gemäß einigen Implementierungen.
5 ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Überwachung und Umschaltung der Leistung von Betriebsmodi in drahtlosen Vorrichtungen gemäß einigen Implementierungen.

Drahtlose BLE-Vorrichtungen (oder andere Vorrichtungen eines Netzwerks für den persönlichen Bereich) stellen häufig Konnektivität für eine Hostvorrichtung bereit. Zum Beispiel kann ein Desktopcomputer (ein erster Host) seine drahtlose BLE-Vorrichtung zum Streamen von Audio- (oder Video-)Dateien auf ein Smartphone (einen zweiten Host) verwenden, das eine andere drahtlose BLE-Vorrichtung bereitstellt. Jede drahtlose Vorrichtung kann Antennen (z.B. 2,4-GHz-Antennen), Funkkomponenten, PHY- und andere Linkschichten, einen Protokollstapel, einen Speicher und eine Verarbeitungsvorrichtung (z.B. eine zentrale Verarbeitungseinheit oder einen Mikrocontroller) umfassen und vom Host verwendete digitale Datenpakete in Funksignale umwandeln, die über den Äther an andere BLE-Vorrichtung kommuniziert werden können. Wenn die drahtlose Verbindung (hierin manchmal auch als Link bezeichnet) zum ersten Mal hergestellt wird, kann einer der Hosts einen Betriebsmodus (OM - Operation Mode) aus mehreren verfügbaren OMs auswählen. Der Host kann einen der OMs mit hoher Übertragungsbitrate (z.B. den 1-Mbit/s- oder den 2-Mbit/s-Modus) auswählen. Bei anschließenden Kommunikationen kann die Qualität des aufgebauten drahtlosen Links sich aufgrund gegenseitiger Standortveränderungen, dazwischentretender physischer Barrieren, Signalstörung von anderen verbundenen Vorrichtungen, Mehrfachreflexionen von Funkwellen sowie anderer sich ändernder Umgebungsbedingungen ändern, z.B. verschlechtern. Der Host ist sich der veränderten Bedingungen jedoch möglicherweise nicht bewusst. Die Informationen über die Qualität des drahtlosen Links wie Durchsatz, Paketlatenz, Paketverlust und dergleichen können für die drahtlose Steuerung (z.B. der drahtlosen BLE-Vorrichtung) verfügbar sein, aber die drahtlose Steuerung ist möglicherweise nicht zum Bereitstellen solcher Informationen für den Host oder Gebrauchmachen von den Informationen zum Verbessern der Qualität des drahtlosen Links konfiguriert. Folglich können die sich ändernden Bedingungen zu einer verschlechterten Leistung der von den drahtlosen Vorrichtungen unterstützten Anwendungen, Verlust von Informationen, wiederholter Neuübertragung derselben Daten, verminderter Benutzererfahrung und Benutzerzufriedenheit und anderen negativen Folgen führen.
Aspekte und Implementierungen der vorliegenden Offenbarung überwinden diese und andere Beschränkungen der bestehenden Technologie durch Ermöglichen von Systemen und Verfahren zur dynamischen Auswahl und Umschaltung von Betriebsmodi basierend auf erkannten und abgeleiteten Metriken, die den Zustand der Umgebung (z.B. Signalstärke, Signal-Rauch-Verhältnis usw.) und den Zustand der drahtlosen Verbindung (z.B. Durchsatz, Latenz, Bitfehlerrate usw.) kennzeichnen. Die drahtlose Steuerung kann verschiedene solche Metriken sammeln und die Qualität des drahtlosen Links im aktuellen Betriebsmodus sowie eine projizierte Qualität verschiedener anderer Betriebsmodi bei einem Wechsel des Modus bewerten. Die drahtlose Steuerung kann solch eine Bewertung im Hinblick auf eine spezifische Anwendung (oder mehrere Anwendungen) durchführen, die auf einer Hostvorrichtung ausgeführt wird (z.B. eine Audioanwendung, eine Videoanwendung, eine Datenüberwachungsanwendung und so weiter). Einige Anwendungen können ein Erreichen des größtmöglichen Durchsatzes priorisieren, während andere Anwendungen mit einem reduzierten Durchsatz, aber bei reduzierter Latenz besser funktionieren. Demgemäß kann die drahtlose Steuerung eine Prozedur auswählen, um eine anwendungsspezifischen Qualität eines drahtlosen Links, hierin auch als Nutzen bezeichnet, zu maximieren. Die drahtlose Steuerung kann den Nutzen des drahtlosen Links in verschiedenen Betriebsmodi bewerten, die den aktuellen Betriebsmodus und zumindest einige von anderen Modi umfassen, die zum Senden und Empfangen von Daten verfügbar sind. Falls bestimmt wird, dass der Nutzen des aktuellen Modus geringer als der Nutzen eines oder mehrerer anderer Modi ist, kann die drahtlose Steuerung einen Wechsel des Betriebsmodus ohne Beteiligung der Hostvorrichtung initiieren. In einigen Implementierungen kann die drahtlose Steuerung eine Empfehlung für die Hostvorrichtung zum Wechseln des Betriebsmodus bereitstellen, und die Hostvorrichtung kann den Wechsel initiieren. In einigen Implementierungen kann die drahtlose Steuerung die gesammelten Metriken für die Hostvorrichtung bereitstellen, und die Hostvorrichtung kann die Nutzenbewertung und die Bestimmung des optimalen Modus für anschließende Kommunikationen durchführen. In einigen Implementierungen können die Bewertung des drahtlosen Links und/oder die Initiierung des Wechsels des Betriebsmodus von der Hostvorrichtung durchgeführt werden. Im Folgenden werden zahlreiche andere Implementierungen beschrieben.
1 veranschaulicht eine beispielhafte Implementierung eines drahtlosen Systems 100, das zur Unterstützung dynamischer Überwachung und Umschaltung von Betriebsmodi für eine verbesserte Qualität von Netzwerkverbindungen imstande ist, gemäß einigen Implementierungen. Das drahtlose System 100 kann ein BL-Netzwerk, ein BLE-Netzwerk oder eine beliebige andere Art eines Netzwerks für den persönlichen Bereich sein. Das drahtlose System 100 kann eine beliebige Anzahl von Hostvorrichtungen 102-n umfassen. Bei einer Hostvorrichtung 102-n kann es sich um beliebige Desktopcomputer, Laptopcomputer, Tablets, Telefone, Smart-TVs, Sensoren, Haushaltsgeräte, Systemsteuerungen (z.B. eine Steuerung einer Klimaanlage, einer Heizung, einer Warmwasserbereitung), Komponenten eines Sicherheitssystems, medizinische Prüf- oder Überwachungsgeräte oder beliebige andere Arten von Vorrichtungen handeln. Jede der Hostvorrichtungen 102-n kann (z.B. über eine drahtgebundene Verbindung) mit einer jeweiligen drahtlosen Vorrichtung 104-n gekoppelt sein. Der Kürze halber sind zwei drahtlose Vorrichtungen 104-1 und 104-2 dargestellt, aber es versteht sich, dass das drahtlose System 100 eine beliebige Anzahl solcher drahtloser Vorrichtungen umfassen kann. Das drahtlose System 100 kann so konfiguriert sein, dass beliebige der Netzwerkvorrichtungen 104-1 als eine zentrale Vorrichtung oder eine periphere Vorrichtung festgelegt sind. In einigen Implementierungen können die drahtlose Vorrichtung 104-1 und/oder die drahtlose Vorrichtung 104-2 als eine integrierte Schaltungs-(IC-)Vorrichtung implementiert (z.B. auf einem einzigen Halbleiter-Die angeordnet) sein. Verschiedene Module und Komponenten der drahtlosen Vorrichtung 104-1 und/oder der drahtlosen Vorrichtung 104-2 sind mit denselben Bezugszeichen versehen, aber es versteht sich, dass solche Module und Komponenten in der drahtlosen Vorrichtung 104-1 und der drahtlosen Vorrichtung 104-2 unter Verwendung verschiedener Hardware- und Softwareplattformen implementiert sein können. Einige Module und Komponenten können fehlen. Zum Beispiel können die Metriksammlungs-Engine 126 und/oder die Modusauswahl-Engine 162 auf der drahtlosen Vorrichtung 104-1 vorhanden sein, aber auf der drahtlosen Vorrichtung 104-2 nicht (oder umgekehrt).
Die drahtlose Vorrichtung 104-1 kann eine oder mehrere Antennen 106-1 verwenden, und die drahtlose Vorrichtung 104-2 kann eine oder mehrere Antennen 106-1 verwenden, um Funkwellen zu empfangen und zu senden. Ein Signal, das durch eine jeweilige Antennen 106-n empfangen wird, kann von einer Funkvorrichtung 110 verarbeitet werden, die ein Modul sein kann, das Filter (z.B. Bandpassfilter), rauscharme Funkfrequenzverstärker, einen oder mehrere Abwärtsmischer, Zwischenfrequenzverstärker, Analog-Digital-Wandler, Fourier-Rücktransformationsmodule, Entparsmodule, Verschachteler, Fehlerkorrekturmodule, Verwürfler und andere (analoge und/oder digitale) Schaltungen umfasst, die zum Verarbeiten modulierter Signale verwendet werden können, die durch die Antenne(n) 106-n empfangen werden. Die Funkvorrichtung 110 kann die empfangenen (und digitalisierten) Signale für ein Modem 120 bereitstellen. Das Modem 120 kann mehrere PHY-Schichtkomponenten, z. b: PHY 121-124, umfassen. Jede der PHY 121-124 unterstützt einen jeweiligen Betriebsmodus, z.B. BLE-Betriebsmodus. Obwohl vier PHY-Schichtkomponenten dargestellt sind, kann das Modem 120 jede geeignete Anzahl von PHY-Schichten umfassen (die eine entsprechende Anzahl von Betriebsmodi unterstützt). Eine PHY-Schichtkomponente kann die digitalisierten Signale, die vom Funkmodul 110 empfangen werden, in Rahmen umwandeln, die einer Linkschicht 130 zugeführt werden können. Die Linkschicht 130 kann eine Anzahl von Zuständen wie Ankündigung, Abtastung, Initiierung, Verbindung, Standby, aufweisen. Die Linkschicht 130 kann Rahmen in Datenpakete umwandeln. Bei Übertragung kann Datenverarbeitung in der entgegengesetzten Richtung stattfinden, wobei die Linkschicht 130 Datenpakete in Rahmen umwandelt, die dann von einer der PHY 121-124 in digitale Signale umgewandelt werden, die für die Funkvorrichtung 110 bereitgestellt werden. Die Funkvorrichtung 110 kann digitale Signale in Funksignale umwandeln und die Funksignale unter Verwendung der Antennen 106-n senden. In einigen Implementierungen können die Funkvorrichtung 10, die 121-124 und die Linkschicht 130 als Teile einer einzigen integrierten Schaltung implementiert sein.
Jede drahtlose Vorrichtung 104-n kann einen Protokollstapel 140 aufweisen. Der Protokollstapel 140 kann eine Anzahl von Protokollen umfassen, z.B. Logical Link Control Adaptation Protocol (L2CAP), das Segmentierung und Wiederzusammensetzung von Datenpaketen durchführen kann, die von einer oder mehreren Anwendungen 103 erzeugt werden, die auf der Hostvorrichtung 102-n operieren. Konkret kann L2CAP Datenpakete beliebiger Größe, wie von den Anwendung(en) 103 ausgegeben, in Pakete der Größe und des Formats segmentieren, die von der Linkschicht 130 verarbeitet werden können. L2CAP kann auch Fehlererkennungsoperationen durchführen. Der Protokollstapel 140 kann auch ein generisches Zugriffsprofil (GAP - Generic Access Profile) und ein generisches Attributprofil (GATT) umfassen. GAP kann spezifizieren, wie eine drahtlose Vorrichtung 104-n sich im drahtlosen Netzwerk selbst ankündigt, andere Netzwerkvorrichtungen erkennt und drahtlose Links mit den erkannten Vorrichtungen aufbaut. Der Protokollstapel 140 kann ferner einen Sicherheitsverwalter (SM - Security Manager) umfassen, der steuert, wie das Koppeln, das Signieren und das Verschlüsseln von Daten durchgeführt werden. GATT kann spezifizieren, wie ein Datenaustausch zwischen der drahtlosen Vorrichtung 104-1 und der drahtlosen Vorrichtung 104-2 stattfinden soll, sobald die Verbindung zwischen den beiden Vorrichtungen hergestellt ist. GATT kann das Attributprotokoll (ATT) verwendet, das spezifiziert, wie Einheiten von Daten zwischen Vorrichtungen übertragen werden. Die drahtlose Vorrichtung 104-n kann auch andere Komponenten umfassen, die in 1 nicht explizit dargestellt sind, wie beispielsweise eine Host-Steuerung-Schnittstelle.
Die drahtlose Vorrichtung 104-n kann eine oder mehrere Verarbeitungsvorrichtungen oder Steuerungen 150 umfassen. In einigen Implementierungen können die Steuerung(en) 150 eine oder mehrere zentrale Verarbeitungseinheiten (CPU - Central Processing Unit), endliche Zustandsmaschinen (FSM - Finite State Machine), feldprogrammierbare Gate-Arrays (FPGAs), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASIC - Application-Specific Integrated Circuit) oder dergleichen umfassen. Bei der bzw. den Steuerung(en) 150 kann es sich um eine einzige Verarbeitungsvorrichtung handeln, die verschiedene Operationen dynamischer OM-Überwachung und -Umschaltung ausführt, die auf der drahtlosen Vorrichtung 104-n ausgeführt werden können. In einigen Implementierungen kann die drahtlose Vorrichtung 104-n einen dedizierten Prozessor für OM-Umschaltoperationen aufweisen, der von einem Prozessor getrennt ist, der andere Operationen (z.B. mit dem Senden und Empfangen von Daten assoziierte Prozesse) auf der drahtlosen Vorrichtung 104-n ausführt.
Die drahtlose Vorrichtung 104-n kann auch eine Energieverwaltungseinheit (PMU - Power Management Unit) 170 umfassen, die Takt/Reset und Energieressourcen verwaltet. Die drahtlose Vorrichtung 104-n kann ferner eine Eingabe/Ausgabe-(E/A-)Steuerung 180 zum Ermöglichen von Kommunikationen mit anderen externen Vorrichtungen (einschließlich Nicht-Netzwerkvorrichtungen) und Strukturen enthalten. In einigen Implementierungen kann die E/A-Steuerung 180 eine Universal-E/A-(GPIO-)Schnittstelle, eine USB-Schnittstelle, ein digitales PCM-Audiomodul und andere E/A-Komponenten ermöglichen.
Die drahtlose Vorrichtung 104-n kann ferner einen Speicher 160 umfassen, der ein nichtflüchtiger, z.B. Nur-Lese-(ROM-), Speicher und ein flüchtiger, z.B. Direktzugriffs-(RAM-), Speicher sein oder solche umfassen kann. Der Speicher 160 kann Codes und Unterstützungsdaten für eine Modusauswahl-Engine (MSE - Mode Selection Engine) 162 speichern, die dynamische Bewertung, Auswahl und Umschaltung von Modi implementiert. Der Speicher 160 kann auch anwendungsspezifische Kriterien 164 speichern, die Charakteristiken der drahtlosen Verbindung identifizieren, die für die Ausführung der Anwendung(en) 103 von Bedeutung sind. Die MSE 162 kann von der Steuerung 150 ausgeführt werden und Linkmetriken 128 verwenden, die von einer Metriksammlungs-Engine 126 des Modems 120 erzeugt werden. Die Metriksammlungs-Engine 126 kann einen Empfangssignalstärkeindikator (RSSI - Received Signal Strength Indicator) für die zwischen den drahtlosen Vorrichtungen 104-1 und 104-2 hergestellte drahtlose Verbindung messen. Die Metriksammlungs-Engine 126 kann (z.B. basierend auf RSSI) auch ein Signal-Rausch-Verhältnis (SNR-Signal-to-Noise-Ratio) bestimmen, das eine in der Umgebung vorhandene Störungsmenge anzeigt. Die Metriksammlungs-Engine 126 kann ferner eine Anzahl von Metriken bestimmen, die die Qualität des zwischen den drahtlosen Vorrichtungen 104-1 und 104-2 aufgebauten drahtlosen Links kennzeichnet, wie beispielsweise Durchsatz, Paketverlustrate, Übertragungslatenzzeit, Paket-Neuübertragungsrate, Energieverbrauch und dergleichen. Die Sammlung von Metriken der Qualität des drahtlosen Links kann als Teil einer Metriksammlungs-Engine 126 durchgeführt werden, die innerhalb oder in Verbindung mit der Linkschicht 130 operiert (wie anhand gestrichelter Felder in 1 schematisch dargestellt).
Basierend auf den Linkmetriken 128, die vom Modem 120 empfangen werden, kann die MSE 162 Nutzwerte, die die anwendungsspezifische (z.B. in Beziehung zu der bzw. den Anwendung(en) 103) Qualität der hergestellten drahtlosen Verbindung im aktuellen Betriebsmodus kennzeichnen, sowie projizierte Nutzwerte bewerten, die für verschiedene andere Betriebsmodi erwartet werden, falls die drahtlose Verbindung in die entsprechenden Modi umgeschaltet wird. Basierend auf den erhaltenen Nutzwerten kann die Steuerung 150, die die MSE 162 ausführt, Anweisungen zum Implementieren eines Moduswechsels 166 ausgeben. Die Steuerung 150 kann ferner die Linkschicht 130 veranlassen, einen oder mehrere Rahmen mit einer Anforderung zu erzeugen, dass die zweite drahtlose Vorrichtung in den neu ausgewählten Betriebsmodus übergehen soll. Nach der Bestätigung des Empfangs der Anforderung durch die zweite drahtlose Vorrichtung rekonfiguriert die Steuerung 150 das Modem 120 für eine andere PHY-Schichtkomponente und beginnt, Datenrahmen unter Verwendung des neuen Betriebsmodus zu senden und zu empfangen. Nach dem Betriebsmoduswechsel kann die Metriksammlungs-Engine 126 mit dem Sammeln von Metriken über die Umgebung fortfahren, um die weitere Überwachung des drahtlosen Links im neuen Betriebsmodus zu ermöglichen. Unter Verwendung der gesammelten Metriken fährt die MSE 162 fort, die Qualität der drahtlosen Verbindung im Hinblick auf die anwendungsspezifischen Kriterien 164 zu bewerten.
2A veranschaulicht beispielhafte Operationen 200 zur dynamischen Bewertung und Umschaltung von Betriebsmodi in drahtlosen Vorrichtungen, die gemäß einigen Implementierungen durchgeführt werden. Die beispielhaften Operationen 200 können von einer Netzwerkvorrichtung (z.B. der Netzwerkvorrichtung 104-1 von 1) allein oder zusammen mit einer Hostvorrichtung (z.B. der Hostvorrichtung 102-1) durchgeführt werden. Die beispielhaften Operationen 200 können von einer Steuerung einer drahtlosen Vorrichtung (z.B. der Steuerung 150) durchgeführt werden, die Anweisungen einer Modusauswahl-Engine (z.B. der MSE 162) ausführt. Zum Beispiel können Operationen dynamischer Bewertung und Umschaltung ein Identifizieren (einer oder mehrerer) von der Hostvorrichtung ausgeführten Anwendung(en) umfassen (Block 210). In einigen Implementierungen kann ein beliebiger Teil der Anwendung auf der Netzwerkvorrichtung ausgeführt werden, oder die gesamte Anwendung kann zur Gänze auf der Netzwerkvorrichtung ausgeführt werden. Die Anwendung kann eine beliebige persönliche, industrielle, medizinische, wissenschaftliche usw. Anwendung sein, die ein Kommunizieren (Senden und/oder Empfangen von Daten) mit einer anderen Hostvorrichtung und einer Netzwerkvorrichtung (z.B. der Hostvorrichtung 102-2 und der Netzwerkvorrichtung 104-2) einbezieht. Zum Beispiel kann die Hostvorrichtung 102-1 eine Videoüberwachungsanwendung umfassen, die Videodaten unter Verwendung einer mit der Hostvorrichtung 102 verbundenen Videokamera erzeugt und die Videodaten unter Verwendung einer BLE-Netzwerkvorrichtung (Netzwerkvorrichtung 104-1) über die BLE-Netzwerkvorrichtung (Netzwerkvorrichtung 104-2) eines Servers (Hostvorrichtung 102-2) an den Server sendet. Als ein anderes Beispiel kann die Hostvorrichtung 102-1 eine Audiostreaming-Anwendung umfassen, und die Hostvorrichtung 102-2 kann Lautsprecher aufweisen, die das Audio für einen Benutzer bereitstellen.
Die Netzwerkvorrichtung kann auch anwendungsspezifische Kriterien erhalten (Block 220). Die anwendungsspezifischen Kriterien können verschiedene Leistungskategorien priorisieren. Zum Beispiel kann eine Anwendung, die Daten auf einen Server für eine spätere Offline-Verarbeitung (die nicht zeitkritisch ist) hochlädt, Durchsatz oder Latenz keine sehr hohe Priorität geben, aber Energieeinsparung möglicherweise priorisieren. Eine Anwendung, die eine Audio- oder eine Videodatei streamt, die an einen Benutzer geliefert wird, der den Stream in Echtzeit anhört (oder ansieht), kann geringe Latenz gegenüber hohem Durchsatz priorisieren, aber Durchsatz möglicherweise immer noch als eine wichtige Leistungskategorie einschätzen. Ein Anwendung für Telefonanrufe (oder Audiokonferenzen) kann eine bestimmte Abnahme eines Durchsatzes tolerieren, aber möglicherweise eine geringe Anzahl von Audiodatenpaketen, die verworfen wird (z.B. nachdem die Pakete nach einer bestimmten maximal zulässigen Zeitverzögerung nicht gesendet werden konnten), priorisieren. Anwendungsspezifische Kriterien können von der Hostvorrichtung an die Netzwerkvorrichtung kommuniziert werden. In einigen Implementierungen können anwendungsspezifische Kriterien im Speicher der Netzwerkvorrichtung gespeichert und von der Steuerung der Netzwerkvorrichtung nach dem Identifizieren der Anwendung abgerufen werden. Zum Beispiel können anwendungsspezifische Kriterien in Form von Referenztabellen mit verschiedenen Leistungskategorien gespeichert werden, die in Reihenfolge ihrer Wichtigkeit geordnet sind, oder explizite Wichtigkeitsgrade gemäß einer geeigneten Skala verliehen bekommen (wobei eine oder mehrere Kategorien sich möglicherweise denselben Rang teilen).
Basierend auf den erhaltenen anwendungsspezifischen Kriterien kann die Netzwerkvorrichtung einen Betriebsmodus (z.B. 2-Mbps-BLE-Modus) auswählen, eine anfängliche Verbindung mit der zweiten Netzwerkvorrichtung herstellen (Block 230) und mit dem Senden (oder Empfangen) von Daten an die zweite Netzwerkvorrichtung (bzw. von derselben) beginnen. Die Netzwerkvorrichtung kann eine Nutzenfunktion U_{P}({M}) bestimmen (Block 240), die zum Bewerten eines Nutzens der hergestellten Netzwerkverbindung für die Anwendung verwendet werden soll. Die Nutzenfunktion U_{P}({M}) kann eine Funktion eines Satzes von Metriken {M} = M₁ ... M_N sein, der von der drahtlosen Vorrichtung gesammelt und/oder abgeleitet wird, und von einem Satz von Parametern {P} = P₁ ... P_n abhängen, der basierend auf den anwendungsspezifischen Kriterien identifiziert wird. In einer Implementierung kann die Nutzenfunktion eine gewichtete Summe verschiedener Metriken sein, z.B. $U_{{P}} ({M}) = \sum_{j = 1}^{N} W_{j} ({P}) \cdot M_{j},$
wobei Gewichte W_j({P}) von den Parametern abhängen und positiv oder negativ sein können. Falls die Metrik zum Beispiel Durchsatz M₁ = T und Latenz M₂ = L umfasst, kann die Nutzenfunktion $U (T, L) = W_{1} \cdot T - W_{2} \cdot L$
mit positiven Gewichten W₁ und W₂ sein. In Anwendungen, in welchen Durchsatz gegenüber Latenz priorisiert wird, kann das Gewicht W₁ einen erhöhten Wert aufweisen. Ähnlich kann in Anwendungen, in welchen Latenz priorisiert wird und selbst auf Kosten einer gewissen Verminderung des Durchsatzes vermieden werden soll, das Gewicht W₂ einen noch größeren Wert bekommen. In einigen Implementierungen kann die Nutzenfunktion eine nichtlineare Funktion der Metriken {M}, z.B. eine Potenzgesetzfunktion, $U (T, L) = W_{1} \cdot T^{α} - W_{2} \cdot L^{β}$
mit einigen Exponenten α und β sein. Verschiedene Parameter, beispielsweise Gewichte und Exponenten, W₁, W₂, α, β usw., können unter Verwendung von Geräteprüfungen empirisch bestimmt werden. In einigen Implementierungen kann die Nutzenfunktion U{_P}({M}) verschiedene andere Funktionen der Metrik (z.B. nichtlineare und Nicht-Potenzgesetzfunktionen), wie beispielsweise Sigmoidfunktionen, logarithmische Funktionen und so weiter, verwenden.
Im Zuge des Sendens und Empfangens von Daten kann die drahtlose Vorrichtung Metriken bezüglich Verbindungen (Links) erhalten (Block 250). 2B stellt einen Prozess zur Sammlung und Verwendung von Linkmetriken gemäß einigen Implementierungen schematisch dar. Die Funkvorrichtung 110 und das Modem 120 können eine Reihe von Messungen vornehmen (die periodisch wiederholt werden können), um den Zustand der drahtlosen Verbindung zu beurteilen und Ergebnisse der Messungen (Linkmetriken 128) für die Metriksammlungs-Engine 126 bereitzustellen. Linkmetriken können sowohl direkt gemessene Metriken 128-1 als auch abgeleitete Metriken 128-2 umfassen, die basierend auf den gemessenen Metriken 128-1 erhalten werden. Zum Beispiel können die gemessenen Metriken 128-1 einen RSSI des Signals und einen Rauschpegel des drahtlosen Netzwerks umfassen (wobei die beiden Größen z.B. in Dezibel ausgedrückt werden). Eine Differenz zwischen dem RSSI und dem Rauschpegel kann das SNR des drahtlosen Links darstellen. Der RSSI und das SNR sowie andere ähnliche Metriken, beispielsweise Antennengewinn, von der Netzwerkvorrichtung verbrauchte Energie usw., sind physikalische Metriken, die die analoge Qualität des drahtlosen Links darstellen. Die Metriksammlungs-Engine 126 kann ferner eine oder mehrere Kommunikationsmetriken sammeln, beispielsweise einen Durchsatz des Links, z.B. eine durchschnittliche Anzahl von Bits, die durch die drahtlosen Vorrichtung über ein vorbestimmtes Zeitintervall gesendet (oder empfangen) wird. Kommunikationsmetriken können auch eine Übertragungslatenzzeit umfassen, z.B. eine (über ein vorbestimmtes Zeitintervall) gemittelte Zeit, die ein Paket auf Übertragung wartet. Kommunikationsmetriken können ferner eine Paket-Neuübertragungsrate umfassen, z.B. eine durchschnittliche Anzahl (oder einen Teil) von Paketen, die (der) beim ersten Versuch nicht erfolgreich gesendet wurde und erneut gesendet werden musste. Kommunikationsmetriken können eine Paketverlustrate umfassen, z.B. eine durchschnittliche Anzahl (oder einen Teil) von Paketen, die (der) bei Ablauf einer maximalen Wartezeit aus der Übertragungswarteschlange entfernt werden musste. Kommunikationsmetriken können auch verschiedene andere Metriken umfassen, die die digitale Qualität des drahtlosen Links darstellen.
Die gemessenen Metriken 128-1 können sowohl die physische Umgebung des drahtlosen Netzwerks als auch die Qualität des drahtlosen Links darstellen, der einen aktuellen OM, z.B. OM-1, verwendet (der ein beliebiger OM der vom Modem 120 unterstützen OMs sein kann). Einige oder alle gemessenen Metriken 128-1, die hierin mit {M}⁽¹⁾ bezeichnet sind, können in die Nutzenfunktion U{_P}({M}) eingegeben werden, die einen Nutzwert U₁ = U{_P}({M}⁽¹⁾) erzeugt, der den Nutzen des Netzwerklinks darstellt, der den aktuellen OM-1 verwendet. Ferner können zusätzliche Nutzwerte berechnet werden, die einen projizierten Nutzen anderer OMs darstellen. Genauer gesagt kann die Metriksammlungs-Engine 126 einen Satz von abgeleiteten Metriken 128-2 für mindestens einen (oder in einigen Implementierungen alle) der restlichen OMs bestimmen. In einigen Implementierungen kann die Metriksammlungs-Engine 126 auf Kalibrierdaten 252 zugreifen, die verschiedene Metrikerwartungen für einen anderen OM-/ (j ≠ 1) unter denselben oder ähnlichen Umgebungsbedingungen projizieren, wie sie gegenwärtig für den OM-1 bestehen. Die Kalibrierdaten 252 können zum Beispiel einen wahrscheinlichen Durchsatz T, eine wahrscheinliche Latenz L und so weiter anzeigen. Die abgeleiteten Metriken 128-2, die hierin mit (M}^(j) bezeichnet sind, können ebenfalls in die Nutzenfunktion U{_P}({M}), eingegeben werden, die einen oder mehrere projizierte Nutzwerte U_j = U_{P}({M}^(j)) erzeugt, die den erwarteten Nutzen des aktuellen Zustands des drahtlosen Netzwerks für verschiedene andere (j ≠ 1) verfügbare OMs darstellen.
Nach dem Berechnen verschiedener Nutzwerte (bei Block 260) kann die MSE 162 bestimmen (Entscheidungsfindungsblock 265 in 2A), ob der aktuelle Nutzwert U₁ unter einer Schwelle zum Umschalten vom aktuellen OM-1 in einen anderen OM liegt. Der entsprechende Entscheidungsfindungsprozess wird im Folgenden in Bezug auf 3A und 3B ausführlicher beschrieben. Falls der Nutzwert (U-Wert) für den aktuellen Modus nicht unter der Umschaltschwelle liegt, kann die drahtlose Vorrichtung den aktuellen Modus beibehalten (Block 270 in 2A). Falls der Nutzwert für den aktuellen Modus unter der Umschaltschwelle liegt, kann die Steuerung der drahtlosen Vorrichtung (oder der Host der drahtlosen Vorrichtung) einen Moduswechselprozess zum neu ausgewählten Modus (Block 282 in 2B) initiieren (Block 280 in 2A). Genauer gesagt kann die Steuerung auf gespeicherte (oder erzeugte) Moduswechselanweisungen zugreifen (Block 290 in 2A), eine Anforderung (oder Anweisungen) an die zweite Netzwerkvorrichtung zum Übergehen in einen neuen OM erzeugen, ein oder mehrere Datenpakete mit der Anforderung (oder den Anweisungen) erzeugen und das bzw. die erzeugte(n) Datenpaket(e) für die Linkschicht bereitstellen, um das Datenpaket in einen oder mehrere Rahmen umzuwandeln, die dann unter Verwendung des Modems 120 und der Funkvorrichtung 110 an die zweite Netzwerkvorrichtung gesendet werden.
In einigen Implementierungen kann der zu Beginn der drahtlosen Verbindung ausgewählt OM ein Standard-OM sein. In einigen Implementierungen kann der anfängliche OM von der Hostvorrichtung spezifiziert werden. In einigen Implementierungen kann der anfängliche OM basierend auf dem Auswahlprozess ausgewählt werden, der in Verbindung mit 2A und 2B beschrieben wurde, z.B. basierend auf Linkqualitätsmetriken, die unter Verwendung von Ankündigungspaketen gesammelt werden, die von der Netzwerkvorrichtung 104-2 (oder anderen Netzwerkvorrichtungen) empfangen werden.
3A veranschaulicht einen beispielhaften Prozess zur Entscheidungsfindung im Zuge einer dynamischen Bewertung und Umschaltung von Betriebsmodi in drahtlosen Vorrichtungen gemäß einigen Implementierungen. Die horizontale Achse entspricht einer geeigneten Größe, die eine Linkqualität Q darstellt, die RSSI, SNR, Dämpfung eines Funksignals zwischen zwei kommunizierenden drahtlosen Vorrichtungen und dergleichen sein kann. Es versteht sich, dass eine einzige Linkqualität Q lediglich zu Veranschaulichungszwecken dargestellt ist, und dass die Linkqualität Q mehrere verschiedene Größen, Q = Q₁, Q₂ ... (z.B. RSSI, SNR, Rauschpegel, Energieverbrauch usw.), umfassen kann. Durchgezogene Linien zeigen die Abhängigkeit einiger Linkkommunikationsmetriken, z.B. Durchsatz T, von der Signalqualität in zwei Betriebsmodi, z.B. T₁(Q) (Modus 1) und T₂(Q) (Modus 2). Gestrichelte Linien zeigen eine ähnliche Abhängigkeit einiger anderer Linkkommunikationsmetriken, z.B. Latenz L, von der Signalqualität in den jeweiligen Betriebsmodi, z.B. L₁(Q) (Modus 1) und L₂(Q) (Modus 2). Es versteht sich, dass die beiden Sätze von Kurven T_j(Q) und L_j(Q), die vom Wert einer einzigen Linkqualität Q abhängen, lediglich als Veranschaulichung dienen, und dass in verschiedenen Implementierungen ein wesentlich größerer Satz von Funktionen (der z.B. Paketverlustrate, Neuübertragungsrate, Verbrauch usw. umfasst, ohne darauf beschränkt zu sein) in ähnlicher Weise als von einem Satz von Linkmetriken Q = Q₁, Q₂ ... (z.B. RSSI, SNR usw.) abhängig definiert sein kann. Die entsprechenden Kurven, die als Tabellen, Listen von Werten oder jeder anderen geeigneten Form im Speicher 160 der drahtlosen Vorrichtung (z.B. als Teil der Kalibrierdaten 252) gespeichert werden können, können durch Feldprüfung der drahtlosen Vorrichtung erhalten oder unter Verwendung einer Vielzahl von Modellierungs- und Simulationstechniken oder unter Verwendung einer beliebigen Kombination davon berechnet werden.
Eine Anwendung (z.B. Anwendung 103), die Durchsatz gegenüber anderen Metriken priorisiert, kann Umschaltung von einem OM in einen anderen OM auf der Basis dessen vorhersagen, wo der aktuelle Zustand des drahtlosen Links relativ zu einem Kreuzungspunkt Q_A 302 (dargestellt mit einem weißen Kreis) der Kurven T₁(Q) und T₂(Q) ist. Zum Beispiel kann OM-1 ein Modus mit einer höheren Bitrate als OM-2 sein und bei Werten höherer Linkqualität Q einen höheren Durchsatz T₁(Q) > T₂(Q) bereitstellen, wenn Q > Q_A. Andererseits kann OM-1 bei Werten niedrigerer Linkqualität Q als OM-2 für Verschlechterung anfälliger sein, so dass OM-2 ein bevorzugter Modus für Q < Q_A sein kann. Demgemäß kann die Metriksammlungs-Engine 126 in einigen Implementierungen den aktuellen Qualitätswert Q und den aktuellen Durchsatzwert T in OM-1 bestimmen (z.B. messen und/oder berechnen), auf Kalibrierdaten 252 zugreifen und den projizierten Durchsatz T₂(Q) für OM-2 bestimmen, falls der Umschaltübergang unter den aktuellen Bedingungen des drahtlosen Netzwerks durchgeführt würde. Statt den aktuellen Durchsatzwert T zu messen, kann die Metriksammlungs-Engine 126 diesen Wert in einigen Implementierungen auch aus entsprechenden Kalibrierdaten schätzen, die als eine Kalibrierabhängigkeit T₁(Q) gespeichert sind. Basierend auf Ergebnissen eines Vergleichs des gemessen Durchsatzwerts T (oder des abgeleiteten Wertes T₁(Q)) und des projizierten Durchsatzwerts T₂(Q), der von der Modusauswahl-Engine 162 durchgeführt wird, kann die Steuerung 150 je nachdem, auf welcher Seite des Punkts 302 sich der Zustand der drahtlosen Verbindung gegenwärtig befindet, einen Wechsel von OM-1 zu OM-2 initiieren oder im Modus OM-1 bleiben.
Die Einbeziehung anderer Metriken, beispielsweise Latenz, in die Nutzenfunktion, die zum Vergleichen der Leistung von Betriebsmodi verwendet wird, kann die Entscheidungsfindung und die Positionen der Umschaltpunkte ändern. Zum Beispiel kann die Nutzenfunktion sowohl Durchsatz als auch Latenz berücksichtigen, z.B. linear (der Einfachheit halber): $U (T, L) = W_{1} \cdot T - W_{2} \cdot L,$
wobei die Latenz (zur Veranschaulichung und nicht als Einschränkung) in OM-1 höher sein kann als in OM-2. Dies kann ein Verbleiben in OM-2 selbst für einen Bereich von Linkqualitätswerten, wobei Q > Q_A, begünstigen. An einem bestimmten Punkt Q_B 304 (dargestellt mit einem weißen Kreis), jenseits dessen (in der Region, wo Q > Q_B) der Vorteil des erhöhten Durchsatzes eine Zunahme der Latenz aufwiegen kann, $W_{1} \cdot [T_{1} (Q) - T_{2} (Q)] > W_{2} \cdot [L_{1} (Q) - L_{2} (Q)],$
so dass Umschaltung von OM-1 in OM-2 vorteilhaft werden kann. Der Wert L₁(Q) kann ähnlich dem Durchsatzwert T₁(Q) gemessen (oder von Kalibrierdaten 252 abgeleitet) werden, und der Wert L₂(Q) kann basierend auf den Kalibrierdaten 252 projiziert werden. Eine ähnliche Analyse kann für jede Nutzenfunktion durchgeführt werden, die von einer beliebigen Anzahl von Metriken abhängt, die von mehr als einer Variablen abhängen. Jede Anzahl von OMs kann auf dieselbe oder eine ähnliche Weise mit mehreren Umschaltpunkten (OM-/ --> OM-k), die zwischen verschiedenen Betriebsmodi auftreten, bewertet werden.
3B veranschaulicht einen Hysterese-basierten Prozess zur Entscheidungsfindung im Zuge einer dynamischen Bewertung und Umschaltung von Betriebsmodi, der gemäß einigen Implementierungen durchgeführt wird. Der Kürze und Prägnanz halber ist eine Nutzenfunktion dargestellt, die für zwei Betriebsmodi und eine Variable (Linkqualität Q) bestimmt wird, aber jede Anzahl von Betriebsmodi, die von einer beliebigen Anzahl von Variablen abhängen, kann auf eine ähnliche Wese bewertet werden. In jenen Fällen, in welchen die Linkqualität Q sich um einen Punkt Q₀ 306 (dargestellt mit einem weißen Kreis) bewegt, wobei die beiden Nutzenfunktionen denselben Wert aufweisen, U1(Q₀) = U₂(Q₀), kann die Modusauswahl-Engine 162 mehrere OM-Wechsel von OM-1 zu OM-2 und zurück initiieren. Jeder OM-Wechsel kann ein bestimmtes Ausmaß an Zusatzaufwand in vorübergehend erhöhter Latenz, verzögerter Übertragung von Datenpaketen, verlorener Datenpakete, erhöhtem Energieverbrauch und dergleichen aufweisen.
Um solch ein Hin- und Herspringen zwischen den Modi zu vermeiden, kann eine Hysterese-basierte Entscheidungsfindung implementiert werden. Genauer gesagt kann die drahtlose Vorrichtung, wenn die drahtlose Vorrichtung in OM-2 kommuniziert und die Qualität des drahtlosen Links nach Punkt Q₀ 306 (dargestellt mit einem weißen Kreis) besser wird, in OM-2 bleiben, bis der Nutzwert von OM-1 den Nutzwert von OM-2 um eine bestimmte Schwelle Δ₁ überschreitet: $U_{1} > U_{2} + Δ_{1} .$
An diesem Punkt Q_2→1 308 (dargestellt mit einem schwarzen Kreis) kann die Modusauswahl-Engine 162 einen Übergang von OM-2 zu OM-1 initiieren.
Ähnlich kann die drahtlose Vorrichtung, wenn die drahtlose Vorrichtung in OM-1 kommuniziert und die Qualität des drahtlosen Links nach Punkt Q_2→1 308 und Punkt Q₀ 306 schlechter wird, in OM-1 bleiben, bis der Nutzwert von OM-2 den Nutzwert von OM-1 um eine andere Schwelle Δ₂ überschreitet: $U_{2} > U_{1} + Δ_{2} .$
An diesem Punkt Q_1→2 310 (dargestellt mit einem anderen schwarzen Kreis) kann die Modusauswahl-Engine 162 einen Übergang von OM-1 zu OM-2 initiieren. Die Größen der Schwellen Δ₁ und Δ₂ können so ausgewählt werden, dass sie groß sind, um einen Zusatzaufwand der Modusumschaltung zu kompensieren. In einigen Implementierungen können die Schwellen Δ₁ und Δ₂ gleich sein. In einigen Ausführungsformen können die Schwellen Δ₁ und Δ₂ verschieden sein und ferner von der Art und den Bedürfnissen der Anwendung abhängen, die vom drahtlosen Link unterstützt wird. Hysterese-basierte Entscheidungsfindung kann auf alle oder einige der OM-Übergänge (OM-j → OM-k) angewendet werden.
4 und 5 sind Flussdiagramme von beispielhaften Verfahren 400 und 500 zur dynamischen OM-Auswahl gemäß einigen Implementierungen. Die Verfahren 400 und 500 können zum Optimieren einer drahtlosen Verbindung zwischen drahtlosen Vorrichtungen im Zuge von sich ändernden Bedingungen (z.B. Umgebungsbedingungen) durchgeführt werden. Die Verfahren 400 und 500 können zum Identifizieren und Auswählen eines OM durchgeführt werden, der sich unter den aktuellen Bedingungen am besten dazu eignet, eine angemessene Unterstützung für eine spezifische Art einer Anwendung bereitzustellen, die die drahtlose Verbindung verwendet. Mehrere drahtlose Vorrichtungen eines beliebigen gegebenen drahtlosen Netzwerks können die Verfahren 400 und 500 parallel (z.B. gleichzeitig) durchführen. Die Verfahren und 500 können von einer Verarbeitungslogik einer drahtlosen Vorrichtung durchgeführt werden, die mit mindestens eine anderen drahtlosen Vorrichtung interagiert. Die Verarbeitungslogik, die die Verfahren 400 und 500 durchführt, kann Hardware (z.B. Schaltungen, dedizierte Logik, programmierbare Logik, Mikrocode usw.), Firmware und/oder Software oder beliebige Kombinationen davon umfassen. In einigen Implementierungen können die Verfahren 400 und 500 von einer Steuerung 150 (oder einer beliebigen anderen Verarbeitungslogik) der drahtlosen Vorrichtung 104-2 von 1 durchgeführt werden. Die drahtlose Steuerung 150, die die Verfahren 400 und 500 durchführt, kann Daten (z.B. Linkverbindungsmetriken) von einer Funkvorrichtung 110, einem Modem 120 und anderen Komponenten/Modulen empfangen. In einigen Implementierungen kann die Verarbeitungslogik, die die Verfahren 400 und 500 durchführt, Anweisungen einer Modusauswahl-Engine 162 ausführen. In bestimmten Implementierungen können die Verfahren 400 und 500 von einem einzigen Verarbeitungsthread durchgeführt werden. Alternativ kann jedes der Verfahren 400 und 500 von zwei oder mehr Verarbeitungsthreads durchgeführt werden, wobei jeder Thread eine oder mehrere einzelne Funktionen, Routinen, Subroutinen oder Operationen des entsprechenden Verfahrens ausführt. Die Verarbeitungsthreads, die das Verfahren 400 oder das Verfahren 500 implementieren, können synchronisiert sein (z.B. unter Verwendung von Semaphoren, kritischen Abschnitten und/oder anderen Threadsynchronisationsmechanismen). Alternativ können die Verarbeitungsthreads, die das Verfahren 400 oder das Verfahren 500 implementieren, asynchron in Bezug aufeinander ausgeführt werden. Verschiedene Operationen der Verfahren 400 und 500 können in einer anderen Reihenfolge als der in 4 und 5 dargestellten Reihenfolge durchgeführt werden. Einige Operationen der Verfahren 400 und 500 können gleichzeitig mit anderen Operationen durchgeführt werden. Einige Operationen können optional sein.
4 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 400 zur Auswahl, Bewertung und Umschaltung eines anfänglichen Betriebsmodus in drahtlosen Vorrichtungen gemäß einigen Implementierungen. Das Verfahren 400 kann durchgeführt werden, um eine drahtlose Verbindung zwischen drahtlosen Vorrichtungen herzustellen, einen anfänglichen OM auszuwählen, die Leistung des anfänglichen OM zu überwachen und in einen anderen OM umzuschalten, sobald bestimmt wird, dass der anfängliche OM unter den aktuellen Bedingungen eine suboptimale Leistung aufweist. Genauer gesagt kann das Verfahren bei Block 410 ein Herstellen einer drahtlosen Verbindung zwischen einer ersten Vorrichtung und einer zweiten Vorrichtung umfassen. In einigen Implementierungen können die erste Vorrichtung und eine zweite Vorrichtung BT-Vorrichtungen, BLE-Vorrichtungen oder beliebige andere Vorrichtungen eines Netzwerks für den persönlichen Bereich sein. Die hergestellte drahtlose Verbindung kann in einem ersten OM betrieben werden, der mit einer ersten Datenübertragungsrate assoziiert ist. Der erste OM kann jeder OM sein, der von der ersten Netzwerkvorrichtung und der zweiten Netzwerkvorrichtung unterstützt wird. Unterstützte OMs können zum Beispiel verschiedene BLE-OMs wie einen 1-Mbit/s-LE-Betriebsmodus, einen 2-Mbit/s-LE-Betriebsmodus, einen 500-kbit/s-LE-Coded-S2-Betriebsmodus oder einem 125-kbit/s-LE-Coded-S8-Betriebsmodus umfassen.
Der anfängliche erste OM kann ein Standard-OM oder ein OM sein, der von der Hostvorrichtung, beispielsweise der Hostvorrichtung 102-1 der ersten Netzwerkvorrichtung 104-1 oder der Hostvorrichtung 102-2 der zweiten Netzwerkvorrichtung 104-2, spezifiziert wird. In einigen Implementierungen kann der anfängliche OM durch Implementieren zumindest einiger Operationen der nachstehend beschriebenen Blöcke 420 bis 450 ausgewählt werden.
Bei Block 420 kann das Verfahren 400 ein Identifizieren einer Anwendung umfassen, die von der ersten Netzwerkvorrichtung und der zweiten Netzwerkvorrichtung unterstützt wird. In einigen Implementierungen kann die Identifizierung der Anwendung durch die Hostvorrichtung bereitgestellt werden, wenn die Anwendung auf der Hostvorrichtung instanziiert wird. Zum Beispiel kann die Anwendung mehrere Komponenten umfassen, beispielsweise eine Serverkomponente, die auf der ersten Netzwerkvorrichtung instanziiert ist, und eine Clientkomponente, die auf der zweiten Netzwerkvorrichtung instanziiert ist (z.B. eine Audiostreaming-Komponente und eine Audioempfangskomponente). Die Identifizierung der Anwendung kann eine Identifizierung einer Art der Anwendung, eine Identifizierung von Ressourcen, die zur erfolgreichen Ausführung der Anwendung erforderlich sind (z.B. Durchsatz, Latenz, maximale Paketverlustrate usw.), und dergleichen umfassen.
Bei Block 430 kann die Verarbeitungslogik, die das Verfahren 400 durchführt, im Hinblick auf die identifizierte Anwendung einen oder mehrere anwendungsspezifische Parameter {P} = P₁, P₂ ... einer OM-Nutzenfunktion U_{P}(M₁,M₂ ...) bestimmen. Die OM-Nutzenfunktion U_{P} (M₁, M₂ ...) kann eine Funktion einer Mehrzahl von Metriken M₁, M₂ ..., z.B. einer gewichteten Kombination jeder der Mehrzahl von Metriken, sein. Die Mehrzahl von Metriken M₁, M₂ ... kann physikalische Metriken umfassen, beispielsweise RSSI der drahtlosen Verbindung, SNR der drahtlosen Verbindung, Energieverbrauch der drahtlosen Verbindung und so weiter. Die Mehrzahl von Metriken M₁,M₂ ... kann auch Kommunikationsmetriken umfassen, beispielsweise einen Durchsatz der drahtlosen Verbindung, eine Darstellung einer Signalstärke der drahtlosen Verbindung, eine Paketverlustrate der drahtlosen Verbindung, einer Übertragungslatenzzeit der drahtlosen Vorrichtung, einer Paket-Neuübertragungsrate der drahtlosen Verbindung und so weiter. Die Gewichte der gewichteten Kombination können basierend auf den anwendungsspezifischen Parametern bestimmt werden.
Bei Block 440 kann das Verfahren 400 mit dem Erhalten von Werten der ersten (zweiten, dritten usw.) Mehrzahl von Metriken {M}⁽¹⁾ ({M}⁽²⁾, {M}⁽³⁾ usw.) fortfahren, die die Qualität der drahtlosen Verbindung kennzeichnet, die im ersten (zweiten, dritten usw.) OM betrieben wird. Einige der Metriken {M}⁽¹⁾ für den ersten (gegenwärtig aktiven) OM können direkt gemessen werden, während einige der Metriken {M}⁽¹⁾ für den ersten OM basierend auf den gemessenen Metriken abgeleitet werden können. Einige der Metriken {M}⁽²⁾ ({M}⁽³⁾ usw.), die die Qualität des zweiten (dritten usw.) OM kennzeichnen, können basierend auf Metriken {M}⁽¹⁾ vorhergesagt werden. Zum Beispiel können der Durchsatz und die Latenz für den zweiten OM basierend auf den physikalischen Metriken (z.B. RSSI, SNR usw.) und/oder Kommunikationsmetriken (Durchsatz, Latenz usw.) des aktuellen (ersten) OM vorhergesagt werden. Das Erhalten der zweiten (dritten usw.) Mehrzahl von Metriken, die eine Qualität der drahtlosen Verbindung im zweiten OM vorhersagen, kann ein Zugreifen auf gespeicherte Kalibrierdaten (z.B. die Kalibrierdaten 252 von 2B) umfassen, die die zweite Mehrzahl von Metriken im Hinblick auf eine oder mehrere Metriken der ersten Mehrzahl von Metriken vorhersagen.
Bei Block 450 kann die Verarbeitungslogik, die das Verfahren 400 durchführt, eine Differenz zwischen einem zweiten (dritten usw.) Nutzwert und einem ersten Nutzwert U₂ - U₁ (U₃ - U₁ usw.) identifizieren. Der j-te Nutzwert kann durch Anwenden der OM-Nutzenfunktion auf die j-te Mehrzahl von Metriken erhalten werden. In einigen Implementierungen kann die Differenz U₂ - U₁ durch anfängliches Berechnen der Werte U₂ und U₁ und anschließendes Berechnen der Differenz U₂ - U₁ identifiziert werden (und in ähnlicher Weise für einen dritten OM, einen vierten OM usw.). In einigen Implementierungen können keine einzelnen Werte U₂ und U₁ berechnet werden. Stattdessen kann die Verarbeitungslogik Differenzen der Metriken, z.B. M₁ ⁽²⁾ - M₁ ⁽¹⁾ , M₂ ⁽²⁾ - M₂ ⁽¹⁾ usw., berechnen und dann die Differenz U₂ - U₁ als die Nutzenfunktion der Differenzen der Metriken berechnen. Solch eine Berechnung kann zum Beispiel durchgeführt werden, wenn die Nutzenfunktion eine lineare Funktion der Metriken ist.
Bei Block 460 kann die Verarbeitungsvorrichtung, die das Verfahren 400 durchführt, bestimmen, dass die Differenz U₂ - U₁ (U₃ - U₁ usw.) zwischen dem zweiten (dritten usw.) Nutzwert und dem ersten Nutzwert über einer ersten Schwellendifferenz Δ₁ liegt. Bei Block 470 kann das Verfahren 400 fortfahren, indem die Verarbeitungslogik basierend auf der identifizierten Differenz U₂ - U₁ (U₃ - U₁ usw.) einen Wechsel der drahtlosen Verbindung vom Betrieb im ersten OM zum Betrieb im zweiten (dritten usw.) OM initiiert. In einigen Implementierungen kann der Wechsel des OM von einem Mikrocontroller der ersten drahtlosen Vorrichtung initiiert und durchgeführt werden, ohne die Hostvorrichtung zu benachrichtigen oder Anweisungen von der Hostvorrichtung zu empfangen. In einigen Implementierungen können beliebige oder alle der Blöcke 410 bis 430 und 450 bis 470 von einer Verarbeitungsvorrichtung der Hostvorrichtung durchgeführt werden.
5 ist ein Flussdiagramm eines beispielhaften Verfahrens 500 zur Überwachung und Umschaltung der Leistung von Betriebsmodi in drahtlosen Vorrichtungen gemäß einigen Implementierungen. Das Verfahren 500 kann durchgeführt werden, nachdem das Verfahren 400 zur anfänglichen Auswahl eines ersten OM und der anschließenden Umschaltung in einen zweiten OM verwendet wurde, der bestimmt wurde, um eine bessere Leistung für die von den Netzwerkvorrichtungen unterstützte Anwendung zu gewährleisten. Im Zuge der anschließenden Operationen und Datenaustausche zwischen der ersten Netzwerkvorrichtung und einer zweiten Netzwerkvorrichtung unter Verwendung des zweiten OM können sich die Bedingungen der Umgebung derart ändern, dass der zweite OM für die neuen Bedingungen nicht mehr optimal ist.
Bei Block 510 kann das Verfahren 500 ein Aktualisieren der zweiten Mehrzahl von Metriken {M}⁽²⁾ unter Verwendung einer oder mehrere Messungen der Qualität der drahtlosen Verbindung umfassen, die im zweiten OM betrieben wird. Zum Beispiel können vor dem Umschalten vom ersten OM in den zweiten OM einige der zweiten Mehrzahl von Metriken basierend auf den Metriken projiziert werden, die gemessen (oder abgeleitet) wurden, während die drahtlose Verbindung noch den ersten OM verwendete. Nach dem Umschalten vom ersten OM in den zweiten OM kann die Metrikauswahl-Engine (z.B. die Metrikauswahl-Engine 126) neue Werte der zweiten Mehrzahl von Metriken {M}⁽²⁾ basierend auf Messungen der physikalischen Metriken (z.B. RSSI, SNR usw.) und/oder der Kommunikationsmetriken (Durchsatz, Latenz usw.) für den aktuellen (zweiten) OM bestimmen.
Bei Block 520 kann das Verfahren 500 ferner ein Aktualisieren (oder neuerliches Erhalten) der ersten (dritten usw.) Mehrzahl von Metriken {M}⁽¹⁾ ({M}⁽³⁾ usw.) umfassen. Die aktualisierte/erhaltene erste (dritte (usw.) Mehrzahl von Metriken kann die Qualität der drahtlosen Verbindung für den gegenwärtig inaktiven ersten (dritten usw.) OM vorhersagen. Wie bei Block 530 dargestellt, kann der aktualisierte erste (dritte usw.) Nutzwert U₁ (U₃ usw.) durch Anwenden der OM-Nutzenfunktion auf die aktualisierte/erhaltene erste (dritte usw.) Mehrzahl von Metriken {M}⁽¹⁾ ({M}⁽³⁾ usw.) erhalten werden. Bei Block 540 kann die Verarbeitungslogik, die das Verfahren 500 durchführt, eine Differenz zwischen einem aktualisierten/erhaltenen ersten (dritten usw.) Nutzwert und einem aktualisierten zweiten Nutzwert, U₁ - U₂ (U₃ - U₂ usw.), identifizieren. Der aktualisierte zweite Nutzwert wird durch Anwenden der OM-Nutzenfunktion auf die aktualisierte zweite Mehrzahl von Metriken {M}⁽²⁾ erhalten. Bei Block 550 kann die Verarbeitungslogik, die das Verfahren 500 durchführt, bestimmen, dass eine Differenz zwischen dem aktualisierten ersten (dritten usw.) Nutzwert und dem aktualisierten zweiten Nutzwert, U₁ - U₂ (U₃ - U₂ usw.), über einer zweiten Schwellendifferenz Δ₂ liegt.
Bei Block 560 kann das Verfahren 500 mit dem Initiieren eines Wechsels der drahtlosen Verbindung vom Betrieb im zweiten OM zum Betrieb im ersten (dritten usw.) OM fortfahren. In einigen Implementierungen kann der Wechsel des OM von einem Mikrocontroller der ersten (oder zweiten) drahtlosen Vorrichtung initiiert und durchgeführt werden, ohne die Hostvorrichtung zu benachrichtigen oder Anweisungen von der Hostvorrichtung zu empfangen.
Es können verschiedene Modifikationen an den Verfahren 400 und 500 vorgenommen werden. Zum Beispiel können die erste Schwelle Δ₁ und/oder die zweite Schwelle Δ₂ auf null gesetzt werden. Wenn zum Beispiel Δ₁ = 0 und Δ₂ ≠ 0, kann das Umschalten vom ersten OM in den zweiten OM durchgeführt werden, sobald der zweite Nutzwert U₂ den ersten Nutzwert U₁ überschreitet, aber das Zurückschalten (vom zweiten OM auf den ersten OM) kann durchgeführt werden, wenn der erste Nutzwert U₁ den zweiten Nutzwert U₂ um mindestens die zweite Schwelle Δ₂ überschreitet (oder umgekehrt).
Es versteht sich, dass die vorstehende Beschreibung veranschaulichend und nicht einschränkend sein soll. Nach dem Lesen und Verstehen der vorstehenden Beschreibung sind für den Fachmann viele weitere Implementierungsbeispiele zu erkennen. Obwohl die vorliegende Offenbarung spezifische Beispiele beschreibt, versteht es sich, dass die Systeme und Verfahren der vorliegenden Offenbarung nicht auf die hierin beschriebenen Beispiele beschränkt sind, sondern mit Modifikationen innerhalb des Schutzbereichs der angehängten Ansprüche realisiert werden können. Demgemäß sind die Beschreibung und die Zeichnungen vielmehr in einem veranschaulichenden Sinn als einem einschränkenden Sinn zu betrachten. Der Schutzbereich der vorliegenden Offenbarung sollte daher unter Bezugnahme auf die angehängten Ansprüche zusammen mit dem vollen Schutzbereich von Äquivalenten, zu welchen diese Ansprüche berechtigt sind, bestimmt werden.
Die vorstehend dargelegten Implementierungen von Verfahren, Hardware, Software, Firmware oder Code können über Anweisungen oder Code implementiert werden, die auf einem maschinenzugreifbaren, maschinenlesbaren, computerzugreifbaren oder computerlesbaren Medium gespeichert sind und die von einem Verarbeitungselement ausgeführt werden können. „Speicher“ umfasst jeden Mechanismus, der Informationen in einer Form bereitstellt (d.h. speichert und/oder sendet), die von einer Maschine, beispielsweise einem Computer- oder elektronischen System, gelesen werden kann. Zum Beispiel umfasst „Speicher“ Direktzugriffsspeicher (RAM - Random-Access Memory), beispielsweise statischen RAM (SRAM) oder dynamischen RAM (DRAM); magnetische oder optische Speichermedien; Flash-Speichervorrichtungen; elektrische Speichervorrichtungen; optische Speichervorrichtungen; akustische Speichervorrichtungen und jede Art von dinglichem maschinenlesbarem Medium, die zum Speichern oder Senden von elektronischen Anweisungen oder Informationen in einer von einer Maschine (z.B. einem Computer) lesbaren Form geeignet ist.
Die Bezugnahme auf „eine bestimmte Implementierung“ oder „eine beliebige Implementierung“ bedeutet die gesamte Spezifikation hindurch, dass ein bestimmtes Merkmal, eine bestimmte Struktur oder eine bestimmte Charakteristik, die in Verbindung mit der Implementierung beschrieben wird, in mindestens einer Implementierung der vorliegenden Offenbarung enthalten ist. Demnach bezieht sich das Vorkommen der Ausdrücke „in einer bestimmten Implementierung“ oder „in einer beliebigen Implementierung“ an verschiedenen Stellen in der gesamten Spezifikation nicht unbedingt immer auf die gleiche Implementierung. Außerdem können die jeweiligen Merkmale, Strukturen oder Charakteristiken in einer oder mehreren Implementierungen in geeigneter Weise kombiniert werden.
In der vorstehenden Spezifikation erfolgte eine ausführliche Beschreibung unter Bezugnahme auf spezifische beispielhafte Implementierungen. Es versteht sich jedoch, dass verschiedene Modifikationen und Änderungen daran vorgenommen werden können, ohne vom weiter gefassten Wesen und Schutzbereich der Offenbarung, wie in den angehängten Ansprüchen dargelegt, abzuweichen. Demgemäß sind die Spezifikation und die Zeichnungen vielmehr in einem veranschaulichenden Sinn als einem einschränkenden Sinn zu betrachten. Außerdem bezieht sich die vorstehende Verwendung von „Implementierung“ und/oder anderer exemplarischer Ausdrucksweise nicht unbedingt auf die gleiche Implementierung oder das gleiche Beispiel, sondern kann sich auf andere und unterschiedliche Implementierungen sowie potenziell auf die gleiche Implementierung beziehen.
Die Wörter „Beispiel“ oder „beispielhaft“ werden hierin mit der Bedeutung „als Beispiel, Fall oder Veranschaulichung dienend“ verwendet. Jeder Aspekt oder jedes Design, der/das hier als „Beispiel“ oder „beispielhaft“ beschrieben wird, ist nicht notwendigerweise als bevorzugt oder vorteilhaft gegenüber anderen Aspekten oder Designs auszulegen. Vielmehr soll die Verwendung der Wörter „Beispiel“ oder „beispielhaft“ Konzepte in einer konkreten Weise darstellen. Wie in dieser Anmeldung verwendet, soll der Begriff „oder“ ein einschließendes „oder“ statt eines ausschließenden „oder“ bedeuten. Das heißt, „X umfasst A oder B“ soll eine beliebige der natürlichen einschließenden Permutationen bedeuten, sofern nicht anders angegeben oder aus dem Kontext klar hervorgeht. Das heißt, dass, wenn X A umfasst; X B umfasst; oder X sowohl A als auch B umfasst, dann „X umfasst A oder B“ gemäß einem der vorhergehenden Fälle erfüllt wird. Außerdem sollten die Artikel „ein“ und „eine“, wie in dieser Anmeldung und den angehängten Ansprüchen verwendet, im Allgemeinen so ausgelegt werden, dass sie „eine/r/s oder mehrere“ bedeuten, sofern nicht anders angegeben oder aus dem Kontext klar hervorgeht, dass sie sich auf eine Singularform beziehen. Darüber hinaus soll die Verwendung der Begriffe „eine beliebige Implementierung“ oder „eine bestimmte Implementierung“ oder „eine beliebige Implementierung“ oder „eine bestimmte Implementierung“ durchgehend nicht dieselbe Implementierung oder Implementierung bedeuten, sofern nicht als solche beschrieben. Außerdem sind die Begriffe „erste/r/s“, „zweite/r/s“, „dritte/r/s“, „vierte/r/s“ usw., wie hierin verwendet, als Angaben zur Unterscheidung zwischen verschiedenen Elementen gedacht und haben nicht unbedingt eine Bedeutung als Ordinalzahlen gemäß ihrer numerischen Bezeichnung.

Claims

Verfahren, umfassend: - Verwenden einer drahtlosen Verbindung, die in einem ersten Betriebsmodus, OM, betrieben wird, der mit einer ersten Datenübertragungsrate assoziiert ist; - Bestimmen eines oder mehrerer Parameter einer Betriebsmodus-Nutzenfunktion, OM-Nutzenfunktion; - Erhalten einer ersten Mehrzahl von Metriken, die die Qualität der drahtlosen Verbindung kennzeichnet, die in dem ersten OM betrieben wird, und einer zweiten Mehrzahl von Metriken, die die Qualität der drahtlosen Verbindung vorhersagt, die in einem zweiten OM betrieben wird, der mit einer zweiten Datenübertragungsrate assoziiert ist; - Identifizieren einer Differenz zwischen einem zweiten Nutzwert und einem ersten Nutzwert, wobei der erste Nutzwert durch Anwenden der OM-Nutzenfunktion auf die erste Mehrzahl von Metriken erhalten wird, und der zweite Nutzwert durch Anwenden der OM-Nutzenfunktion auf die zweite Mehrzahl von Metriken erhalten wird; - Initiieren eines Wechsels der drahtlosen Verbindung vom Betrieb in dem ersten OM zum Betrieb in dem zweiten OM basierend auf der identifizierten Differenz.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der erste OM und/oder der zweite OM einer der folgenden ist: ein 1-Mbit/s-LE-Betriebsmodus, ein 2-Mbit/s-LE-Betriebsmodus, ein 500-kbit/s-LE-Coded-S2-Betriebsmodus oder ein 125-kbit/s-LE-Coded-S8-Betriebsmodus.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die erste Mehrzahl von Metriken mindestens eines umfasst von: - einem Durchsatz der drahtlosen Verbindung, die in dem ersten OM betrieben wird, - einer Angabe einer Signalstärke der drahtlosen Verbindung, die in dem ersten OM betrieben wird, einer Paketverlustrate der drahtlosen Verbindung, die in dem ersten OM betrieben wird, - einer Übertragungslatenzzeit der drahtlosen Verbindung, die in dem ersten OM betrieben wird oder einer Paket-Neuübertragungsrate der drahtlosen Verbindung, die in dem ersten OM betrieben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Erhalten der ersten Mehrzahl von Metriken ein Bestimmen von mindestens einem umfasst von: - einem Empfangssignalstärkeindikator, RSSI, der drahtlosen Verbindung, die in dem ersten OM betrieben wird, - einem Signal-Rausch-Verhältnis, SNR, der drahtlosen Verbindung, die in dem ersten OM betrieben wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Erhalten der zweiten Mehrzahl von Metriken, die die Qualität der drahtlosen Verbindung vorhersagt, die in dem zweiten OM betrieben wird, umfasst: - ein Zugreifen auf gespeicherte Kalibrierdaten, die die zweite Mehrzahl von Metriken im Hinblick auf eine oder mehrere Metriken der ersten Mehrzahl von Metriken vorhersagen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der eine oder die mehreren Parameter der OM-Nutzenfunktion anwendungsspezifische Parameter umfassen, die im Hinblick auf eine Anwendung bestimmt werden, die von der drahtlosen Verbindung unterstützt wird.
Verfahren nach Anspruch 6, - bei dem die OM-Nutzenfunktion der ersten Mehrzahl von Metriken eine gewichtete Kombination jeder der ersten Mehrzahl von Metriken ist, - bei dem Gewichte der gewichteten Kombination basierend auf den anwendungsspezifischen Parametern bestimmt werden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: - Aktualisieren der zweiten Mehrzahl von Metriken unter Verwendung einer oder mehrerer Messungen der Qualität der drahtlosen Verbindung, die in dem zweiten OM betrieben wird; - Erhalten einer dritten Mehrzahl von Metriken, die die Qualität der drahtlosen Verbindung vorhersagt, die in einem dritten OM betrieben wird, der mit einer dritten Datenübertragungsrate assoziiert ist; - Identifizieren einer Differenz zwischen einem dritten Nutzwert und einem aktualisierten zweiten Nutzwert, wobei der dritte Nutzwert durch Anwenden der OM-Nutzenfunktion der dritten Mehrzahl von Metriken erhalten wird, und der aktualisierte zweite Nutzwert durch Anwenden der OM-Nutzenfunktion auf die aktualisierte zweite Mehrzahl von Metriken erhalten wird; - Initiieren eines Wechsels der drahtlosen Verbindung vom Betrieb in dem zweiten OM zum Betrieb in dem dritten OM basierend auf der identifizierten Differenz zwischen einem dritten Nutzwert und einem aktualisierten zweiten Nutzwert.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem der Wechsel der drahtlosen Verbindung in Reaktion auf ein Bestimmen initiiert wird, dass die Differenz zwischen dem zweiten Nutzwert und dem ersten Nutzwert über einer ersten Schwellendifferenz liegt.
Verfahren nach Anspruch 9, ferner umfassend: - Aktualisieren der zweiten Mehrzahl von Metriken unter Verwendung einer oder mehrerer Messungen der Qualität der drahtlosen Verbindung, die in dem zweiten OM betrieben wird; - Aktualisieren der ersten Mehrzahl von Metriken, wobei die aktualisierte erste Mehrzahl von Metriken die Qualität der drahtlosen Verbindung vorhersagt, die in dem ersten OM betrieben wird; - Identifizieren einer Differenz zwischen einem aktualisierten ersten Nutzwert und einem aktualisierten zweiten Nutzwert, wobei der aktualisierte erste Nutzwert durch Anwenden der OM-Nutzenfunktion auf die aktualisierte erste Mehrzahl von Metriken erhalten wird, und der aktualisierte zweite Nutzwert durch Anwenden der OM-Nutzenfunktion auf die aktualisierte zweite Mehrzahl von Metriken erhalten wird; - Bestimmen, dass eine Differenz zwischen dem aktualisierten ersten Nutzwert und dem aktualisierten zweiten Nutzwert über einer zweiten Schwellendifferenz liegt; - Initiieren eines Wechsels der drahtlosen Verbindung vom Betrieb in dem zweiten OM zum Betrieb in dem ersten OM.
Vorrichtung, umfassend: - ein drahtloses Modem, das zum Unterstützen einer Mehrzahl von Betriebsmodi, OMs, eingerichtet ist, wobei jeder der Mehrzahl der OMs eine unterschiedliche maximale Datenübertragungsrate aufweist; - einen Speicher; - eine Verarbeitungsvorrichtung, die mit dem Speicher gekoppelt ist, wobei die Verarbeitungsvorrichtung eingerichtet ist zum - Verwenden einer drahtlosen Verbindung, die in einem ersten OM der Mehrzahl von OMs betrieben wird; - Identifizieren einer Mehrzahl von Kriterien zum Bewerten des Nutzens der drahtlosen Verbindung; - Erhalten einer Mehrzahl von Metriken, die die drahtlose Verbindung kennzeichnet; - Bestimmen eines Nutzwerts, der einen bestehenden oder einen vorhergesagten Nutzen eines j eweiligen der Mehrzahl von OMs kennzeichnet, für jeden der Mehrzahl von OMs basierend auf der Mehrzahl von Kriterien und der Mehrzahl von erhaltenen Metriken; - Auswählen eines zweiten OM der Mehrzahl von OMs basierend auf den bestimmten Nutzwerten als einen nächsten OM für die drahtlose Verbindung.
Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der die Verarbeitungsvorrichtung ferner eingerichtet ist zum - Erzeugen einer Anforderung an eine Netzwerkvorrichtung, die mit der Einrichtung unter Verwendung der drahtlosen Verbindung kommuniziert, zum Rekonfigurieren der drahtlosen Verbindung von dem ersten OM auf den zweiten OM.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 oder 12, bei der die Mehrzahl von OMs zwei oder mehr Bluetooth-Low-Energy-OMs, BLE-OMs, umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 13, bei der die Mehrzahl von Metriken eine erste Teilmenge von physikalischen Metriken umfasst, wobei die erste Teilmenge von physikalischen Metriken eines oder mehrere umfasst von: - einer Angabe einer Signalstärke der drahtlosen Verbindung, - einem Signal-Rausch-Verhältnis, SNR, der drahtlosen Verbindung.
Vorrichtung nach Anspruch 14, bei der die Mehrzahl von Metriken eine zweite Teilmenge von Kommunikationsmetriken umfasst, wobei die zweite Teilmenge von Kommunikationsmetriken eines oder mehrere umfasst von: - einem Durchsatz der drahtlosen Verbindung, - einer Paketverlustrate der drahtlosen Verbindung, - einer Übertragungslatenzzeit der drahtlosen Verbindung, - einer Paket-Neuübertragungsrate der drahtlosen Verbindung.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 14 oder 15, bei der ein Nutzwert für den zweiten OM im Hinblick auf eine Mehrzahl von vorhergesagten Metriken für eine projizierte drahtlose Verbindung in dem zweiten OM bestimmt wird, wobei die Mehrzahl von vorhergesagten Metriken unter Verwendung der ersten Teilmenge von physikalischen Metriken bestimmt wird und eines oder mehrere umfasst von: - einem Durchsatz der projizierten drahtlosen Verbindung, - einer Paketverlustrate der projizierten drahtlosen Verbindung, - einer Übertragungslatenzzeit der projizierten drahtlosen Verbindung, - einer Paket-Neuübertragungsrate der projizierten drahtlosen Verbindung.
System, umfassend: - eine Bluetooth-Low-Energy-Vorrichtung, BLE-Vorrichtung, umfassend: - eine Funkvorrichtung, die eine oder mehrere Antennen umfasst; - eine drahtlose Steuerung, die eingerichtet ist zum - Verwenden einer drahtlosen Verbindung, die in einem ersten Betriebsmodus, OM, betrieben wird, der mit einer ersten Datenübertragungsrate assoziiert ist; - Aufrechterhalten einer Verbindung mit einer Hostvorrichtung, die eine Anwendung ausführt; - Bestimmen eines oder mehrerer anwendungsspezifischer Parameter einer Betriebsmodus-Nutzenfunktion, OM-Nutzenfunktion, im Hinblick auf die Anwendung; - Erhalten einer ersten Mehrzahl von Metriken, die die Qualität der drahtlosen Verbindung kennzeichnet, die in dem ersten OM betrieben wird, und einer zweiten Mehrzahl von Metriken, die die Qualität der drahtlosen Verbindung in einem zweiten OM vorhersagt, der mit einer zweiten Datenübertragungsrate assoziiert ist; - Identifizieren einer Differenz zwischen einem zweiten Nutzwert und einem ersten Nutzwert, wobei der erste Nutzwert durch Anwenden der OM-Nutzenfunktion auf die erste Mehrzahl von Metriken bestimmt wird, und der zweite Nutzwert durch Anwenden der OM-Nutzenfunktion auf die zweite Mehrzahl von Metriken bestimmt wird; - Initiieren eines Wechsels der drahtlosen Verbindung vom Betrieb in dem ersten OM zum Betrieb in dem zweiten OM basierend auf der identifizierten Differenz.
System nach Anspruch 17, bei dem der erste OM und/oder der zweite OM einer der folgenden ist: ein 1-Mbit/s-LE-Betriebsmodus, ein 2-Mbit/s-LE-Betriebsmodus, ein 500-kbit/s-LE-Coded-S2-Betriebsmodus oder ein 125-kbit/s-LE-Coded-S8-Betriebsmodus.
System nach einem der Ansprüche 17 oder 18, bei dem die erste Mehrzahl von Metriken mindestens eines umfasst von: - einem Durchsatz der drahtlosen Verbindung, die in dem ersten OM betrieben wird, - einer Angabe einer Signalstärke der drahtlosen Verbindung, die in dem ersten OM betrieben wird, einer Paketverlustrate der drahtlosen Verbindung, die in dem ersten OM betrieben wird, - einer Übertragungslatenzzeit der drahtlosen Verbindung, die in dem ersten OM betrieben wird, oder einer Paket-Neuübertragungsrate der drahtlosen Verbindung, die in dem ersten OM betrieben, - wobei die drahtlose Steuerung eingerichtet ist, dass sie zum Erhalten der ersten Mehrzahl von Metriken mindestens eines bestimmt von: - einem Empfangssignalstärkeindikator, RSSI, der drahtlosen Verbindung, die in dem ersten OM betrieben wird, oder - einem Signal-Rausch-Verhältnis, SNR, der drahtlosen Verbindung, die in dem ersten OM betrieben wird.
System nach einem der Ansprüche 17 bis 19, bei dem die drahtlose Steuerung ferner eingerichtet ist zum - Aktualisieren der zweiten Mehrzahl von Metriken unter Verwendung einer oder mehrerer Messungen der Qualität der drahtlosen Verbindung, die in dem zweiten OM betrieben wird; - Erhalten einer dritten Mehrzahl von Metriken, die die Qualität der drahtlosen Verbindung vorhersagt, die in einem dritten OM betrieben wird, der mit einer dritten Datenübertragungsrate assoziiert ist; - Identifizieren einer Differenz zwischen einem dritten Nutzwert und einem aktualisierten zweiten Nutzwert, wobei der dritte Nutzwert durch Anwenden der OM-Nutzenfunktion der dritten Mehrzahl von Metriken erhalten wird, und der aktualisierte zweite Nutzwert durch Anwenden der OM-Nutzenfunktion auf die aktualisierte zweite Mehrzahl von Metriken erhalten wird; - Initiieren eines Wechsels der drahtlosen Verbindung vom Betrieb in dem zweiten OM zum Betrieb in dem dritten OM basierend auf der identifizierten Differenz zwischen einem dritten Nutzwert und einem aktualisierten zweiten Nutzwert.