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Die Erfindung betrifft ein Verfahren
zur Steuerung von Datenverbindungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs
1.
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Aus der stetig konvergierenden Kommunikations-
bzw. Informationstechnik sind Netze, wie beispielsweise ein "Lokal Area Network" LAN, mit einer Vielzahl
von zur Datenübertragung
ausgestalteter Stationen bekannt, wobei die Übertragung der Daten drahtgebunden,
d.h. über
die Stationen verbindenden Leitungen, erfolgt, während bei einem gemäß dem IEEE
820.11 Standard ausgebildeten lokalen Netz ("Wireless Local Area Network", WLRN), die Übertragung
drahtlos, d.h. über
eine Funkstrecke, realisiert wird, wobei bei einem WLAN auch ein
hybrides Netz aus über
Leitung oder Funkstrecke angebundenen Stationen zulässig ist.
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Auf den diesen Netzen angeschlossenen Stationen
sind zumeist Applikationen implementiert bzw. zum Teil fest installiert,
die verschiedene Dienste umfassen und sich – abhängig von der Art der Station – von Station
zu Station unterscheiden können. So
hat die Konvergierung von Netzen der Informations- und Kommunikationstechnik
zu einer Entwicklung der Netze und Dienste von der Übertragung "zeitunkritischer" Daten wie sie bei
einem Filetransfer, oder der Übertragung
von E-Mails anfallen, hin zu Netzen mit "zeitkritischen" Daten geführt, wie beispielsweise die Übertragung
von Sprachdaten ("Voice
over IP", VoIP ),
Videokonferenzen und Streaming Media, wobei die letztgenannten Dienste
unter anderem deswegen so zeitkritisch sind, da Verzögerungen
und/oder Datenverluste von einem Nutzer unmittelbar erfasst, d.h.
gehört
bzw. gesehen werden, und aus diesem Grund möglichst eine Echtzeitübertragung
der zugehörigen
Daten gefordert ist.
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In einem WLAN werden im Allgemeinen
sowohl zeitkritische als auch zeitunkritische Daten übermittelt.
Bei einer beispielhaften, einer Simulation zugrundegelegten, WLAN
Anordnung, wie sie in 1 dargestellt
ist, mit einer, als PC, Workstation oder Server ausgestalteten,
ersten Station SERV1 sowie zweiten Station SERV2, einer, als mobiles Endgerät zur Sprachkommunikation
ausgestalteter, dritten Station PP1 sowie vierten Station PP2 und
einer, als zur Darstellung von Videodaten ausgestaltete, vierten
Station VS1, die sich durch eine einen Funkversorgungsbereich bereitstellende
Station ("Wireless
Access Point") WAP über Funk
zu einem Netz vereinen, sind beispielsweise bei einer Simulation
der Anwendung des zur Zeit gültigen
IEEE 802.11 Standards, die in 2 dargestellten
Datenaufkommen FTP1, FTP2, VIDEO und VOICE zu beobachten.
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Das Simulationsergebnis in 2 zeigt, dass eine für die Datenübertragung
zur Verfügung stehende
Bandbreite mit der Anzahl der aktiven Dienste – und somit weiterer Übertragungen – abnimmt,
so dass im Ergebnis sogar eine für
die (Echt) zeitkritische Anwendung Video Stream geforderte minimale
Datenrate von 8 Mb/s nicht erreicht wird, wobei zudem noch Datenpakete
verloren gehen. Dagegen sind für
einzelne zeitunkritische Filetransfers FTP1 .. FTP2 sogar bis zu
14 Mb/s möglich.
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Aus diesem Grund ist im Standard IEEE802.11e
eine sogenannte Dienstgüte
eingeführt worden.
Unter Dienstgüte
("Quality of Service", QoS) versteht man
alle Verfahren die den Datenfluss in LANs und WANs so beeinflussen,
dass der Dienst mit einer festgelegten Qualität beim Empfänger ankommt. Zur Umsetzung
sind einige Ansätze
entwickelt worden, wie zum Beispiel die Priorisierung des Datenverkehrs.
Der Ansatz der Priorisierung sieht vor, dass zeitkritischen Diensten,
wie Video Stream, eine höhere
Priorität
zugeordnet wird, als zeitunkritischen, wobei der Priorisierung folgend,
Datenpakete die zu Diensten mit niedrigerer Priorität gehören, grundsätzlich mit
einer durch die Priorisierung festgelegten Verzögerungszeit verzögert übertragen
werden, so dass für
Datenpakete, die zu Diensten mit höherer Priorität gehören, eine
höhere
Datenrate erreicht wird.
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Bei einer Simulation der Anwendung
des IEEE 802.11 Standards in einer Anordnung gemäß 1, ergibt sich ein in 3 gezeigter Verlauf, aus dem ersichtlich
wird, dass zwar die für
Video Stream geforderte Minimaldatenrate von 8 Mb/s gewährleistet
ist, die Datenrate der Filetransfers FTP1 .. FTP2 sinkt dagegen überproportional
ab und erreicht selbst in Zeiten, in denen keine zeitkritischen
Daten, d.h. keine Daten höhere
Priorität übertragen
werden, nicht die Bandbreite von 14 Mb/s, wie es gemäß der Simulation
der Anwendung der zur Zeit verwendeten IEEE 802.11 Standards der
Fall ist.
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Die der Erfindung zugrundeliegende
Aufgabe ist es ein Verfahren anzugeben, die eine effektive Nutzung
von zur Datenübertragung
bereitstehenden Ressourcen eines lokalen Netzes ermöglichen.
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Diese Aufgabe wird ausgehend von
dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch dessen kennzeichnenden Merkmale
gelöst.
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Bei dem Verfahren zur Steuerung von
Datenverbindungen zur Übertragung
von Daten über
zu unterschiedlichen Applikationen zugeordneten Datenverbindungen
in einem lokalen Netz mit zumindest zwei zur Datenübertragung
ausgestalteten Stationen, wobei den Applikationen unterschiedliche
Prioritäten
zugeordnet werden gemäß Anspruch
1, werden die Übertragungszeitpunkte
in Abhängigkeit
des Auftretens von Datenverbindungen höherer Priorität festgelegt.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren
wird in Zeiten geringer Nutzung der Übertragungsmedien durch höher priorisierte
Anwendungen, den Anwendungen mit niedriger Priorität aufwandsarm
ein höherer
Datendurchsatz bzw. eine höhere
Datenrate er möglicht,
so dass die Übertragungsmedien
im Mittel effektiver genutzt werden. Durch die Verknüpfung der Festlegung
mit dem Auftreten von Datenübertragungen
mit höherer
Priorität,
ist dabei auch weiterhin eine Bevorzugung echtzeitkritischer Datenübertragung
möglich.
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Vorzugsweise werden die Übertragungszeitpunkte
kontinuierlich festgelegt, wobei hierdurch gewährleistet ist, dass stets der
aktuelle Wert des Auftretens berücksichtigt
wird.
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Alternativ können die Übertragungszeitpunkte in diskreten
Zeitabständen
festgelegt werden, so dass eine Vereinfachung des Ablaufs ermöglicht wird.
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Erfolgt die Festlegung in Abhängigkeit
einer Schwellwertentscheidung, so wird noch ein Parameter zur Steuerung
des Verfahrens hinzugefügt,
dessen Wert durch Berechnung und/oder Simulation ermittelt und auf
seine Anwendung hin optimiert werden kann.
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Vorzugsweise zeichnet sich das Verfahren dadurch
aus, dass
- a) die Datenverbindung durch Segmentierung
der Daten in Datenpakete sowie Übertragung
der Datenpakete in zugeordneten Zeitrahmen realisiert wird,
- b) zur Realisierung der unterschiedlichen Prioritäten in zugeordneten
den Zeitrahmen folgenden Zeitfenstern Verzögerungsdatenpakete Übertragen
werden,
- c) zur Festlegung der Übertragungszeitpunkte
die Dauer der Verzögerungsdatenpakete
variiert wird,
so dass eine einfache Implementierung in
lokalen Netzen ermöglicht
wird, wobei das lokale Netz vorzugsweise als "LAN",
insbesondere als drahtloses lokales Netz "WLAN" gemäß dem IEEE
802.11 Standard, funktioniert.
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Eine zentrale Festlegung hat den
Vorteil, dass das Verfahren lediglich an einer bzw. einigen wenigen
Instanzen des lokalen Netzes implementiert werden muss, während eine
dezentrale Steuerung den Vorteil aufweist, dass das Verfahren implementierende
Stationen ohne großen
Aufwand bzw. ohne Änderungen
bestehender Netze, in dieselben aufgenommen werden kann.
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Weitere Einzelheiten sowie Vorteile
der Erfindung, werden ausgehend von dem den Stand der Technik wiedergebenden 1 bis 3 anhand der 4 bis 5 erläutert. Im
einzelnen zeigen:
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- 1 Eine
beispielhafte Anordnung (Szenario) eines drahtlosen lokalen Netzes,
- 2 Als Ergebnis einer
Simulation, Datenraten bei Anwendung zur Zeit eingesetzter IEEE
802.11 Standards,
- 3 Als Ergebnis einer
Simulation, Datenraten bei Anwendung des Entwurfs des IEEE 802.11e Standards,
- 4 Schematische Darstellung
der Umsetzung des erfindungsgemäßen Verfahrens
anhand der Rahmenstruktur eines Ausführungsbeispiels,
- 5 Schematische Darstellung
der Realisierung von Verzögerungsdatenpaketen,
- 6 Als Ergebnis einer
Simulation, Datenraten bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In 1 ist
wie Eingangs erläutert,
als ein mögliches
Szenario eine beispielhafte Anordnung eines drahtlosen lokalen Netzwerks
dargestellt.
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2 zeigt,
wie oben untersucht, unterschiedliche Datenraten, die sich aus einer
rechnertechnischen Simulation der Anwendung gültiger IEEE Standards, d.h.
einem der Standards IEEE 802.11a bis d, in dem oben genannten Szenario
ergeben, während,
wie bereits oben eingehender erläutert, 3, die Ergebnisse einer
Simulation der Anwendung des sich in Entwicklung befindenden Standards
IEEE 802.11e in dem Szenario darstellt.
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Dagegen zeigt die 4 anhand der Rahmenstruktur eines, das
erfindungsgemäße Verfahren anwendenden,
Netzes, die Wirkungsweise des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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Eine derartige Rahmenstruktur ist
im Allgemeinen bei Netzen, die gemäß den Standards IEEE 802.11a-e
implementiert sind, bekannt. Bei solchen Netzen werden zu Übertragende
Daten in Datenpakete segmentiert, welche in Zeitrahmen übertragen werden.
Da im Allgemeinen mehrere Stationen FTP1, FTP2, PP1, PP2, VS bzw.
durch die Stationen FTP1, FTP2, PP1, PP2, VS bereitgestellte Dienste
aktiv sind und zumeist Daten mit anderen Stationen FTP1, FTP2, PP1,
PP2, VS austauschen, ist eine Regelung des Zugriffs auf das Übertragungsmedium
erforderlich, da es bei gleichzeitigem Zugriff sonst zu Kollisionen
kommt. Aus diesem Grund folgt einem Rahmen ("Frame"), in dem eine Datenübertragung stattgefunden hat,
für die
Dauer einiger Zeitschlitze ein sogenanntes Wettbewerbsfenster in
dem nach einer von der Priorität
der Daten abhängen
Verzögerungszeit DELAY
die einzelnen sendewilligen Stationen den Übertragungskanal dahingehend
abhorchen, ob er frei oder belegt ist. Da Datenübertragungen mit einer höheren Priorität eine kürzere Verzögerungszeit
zugeordnet wird, erreichen diese Datenübertragungen eine höhere Datenrate,
weil sie früher
den Kana1 abhorchen und belegen können, als andere Datenübertragungen
mit niedriger Priorität.
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Ist ein Kanal frei, belegt ihn die
sendewillige Station und – nach
Ablauf einer, zumeist zufällig
im Rahmen eines sogenannten Backoffs CONTENTION zur Kollisionsvermeidung,
bestimmten Anzahl einiger Verzögerungs-Zeitschlitze
tB – wird
in einem neuen Zeitrahmen mit der Übertragung begonnen.
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Erfindungsgemäß erfolgt die Festlegung der Verzögerungszeiten
nicht allein aufgrund der Priorität, sondern zusätzlich auf
grund der Aktivität
von Datenübertragungen
höherer
Priorität.
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Beispielsweise wird die Verzögerungszeit DELAY
der Übertragung
von Datenpaketen DATA, die zu einem im Allgemeinen mit niedriger
Priorität versehenen
Filetransfer gehören,
mit einem kleineren Wert belegt, wenn vernachlässigbar wenig bzw. keine Datenpakete,
die zu Datenübertragungen
höherer
Priorität
gehören,
zur Übertragung
anstehen.
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Hierdurch wird eine dynamische, adaptive Verzögerung bzw.
Zugriffsteuerung erreicht, so dass in Zeiten geringer Nutzung echtzeitkritischer
Dienste, die vorhandenen Ressourcen effektiver unter den verbleibenden
niedrig priorisierten Datenübertragungen
aufgeteilt werden.
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Nimmt dagegen die Aktivität höher priorisierter
Datenübertragungen
zu, so wird der Wert Verzögerung
niedrig priorisierter Datenübertragungen
wieder hoch gesetzt.
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Die Abfrage und Festlegung der Verzögerung kann
kontinuierlich erfolgen oder alternativ in diskreten Zeitabständen, wobei
ein Herabsetzen der Verzögerung
bei Datenübertragung
niedriger Priorität entweder
nur dann erfolgt, wenn keine Aktivitäten höher priorisierter Datenübertragungen
erfasst werden oder alternativ bei Unterschreitung eines Schwellwertes
durch den Wert der Aktivität.
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In 5 zeigt
die Darstellung den prinzipiellen Ablauf einer im Rahmen einer Kollisionsbehandlung
durchgeführten
Ermittlung der Backoffzeiten, bei der die Verzögerungszeit DELAY durch Multiplikation eines
Prioritätsfaktors
mit der jeweiligen Backoffzeit der Datenübertragung ermittelt wird,
wobei bei dem gezeigten Beispiel der Prioritätsfaktor 1/8 für hoch priorisierte
Daten DATA und der Prioritätsfaktor
1/2 für
niedrig priorisierte Daten DATA gesetzt sind.
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Zu erkennen ist, dass sich abhängig von
der Anzahl hintereinander auftretender Kollisionen 1ST, 2ND, 3RD
sowohl die Backoffzeit als auch – durch die multiplikative
Verknüpfung
ergebend – die
erfindungsgemäß festgelegte – dynamische – Verzögerungszeit
DELAY verlängert.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren, wird
wie aus 6 zu entnehmen,
erreicht, dass Datenübertragungen
mit niedriger Priorität
im Mittel höhere
Datenraten erreichen, als bei Verfahren nach dem Stand der Technik
(siehe 2 und 3). Das in 6 dargestellte Simulationsergebnis zeigt
den Verlauf der Datenraten bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens
in dem Eingangs erwähnten
Szenario.
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Aus diesem Verlauf wird deutlich,
dass zum einen die Minimale Datenrate von 8 Mb/s für Video-Stream
Anwendungen gewährleistet
ist und zudem noch außerhalb
der Zeiten, in denen zum Viedeo-Stream zugehörige Daten auftreten, die Datenraten
der Filetransfers FTP1, FTP2 einen beachtlichen Wert erzielen, so
dass hierfür
im Mittel eine höhere
Datenrate erzielt wird und im Vergleich zum Stand der Technik die
vorhandenen Ressourcen besser genützt werden.