DE3105199A1 - Verfahren und system zur uebertragung von datenpaketen - Google Patents
Verfahren und system zur uebertragung von datenpaketenInfo
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Description
PHN 9693 'ψ' 12.2.81
Verfahren und System zur Übertragung von Datenpaketen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Übertragung von Datenpaketen von mehreren Nebenstellen zu
einer Hauptstelle über einen gemeinsamen Kanal, wobei von der Hauptstelle ein Synchronsignal ausgestrahlt wird,
das den Anfang eines Zeitrahmens angibt, der in eine Folge von Zeitschlitzen mit untereinander gleicher Dauer aufgeteilt
ist, wobei die Nebenstellen, die ein Datenpaket für Übertragung zu der Hauptstelle bereit haben, dieses
Paket in einem beliebigen aus der genannten Folge von Zeitschlitzen ausgewählten Zeitschlitz zu der Hauptsteile
übertragen und die Hauptstelle die Zeitschlitze als erfolgreich und verstümmelt abhängig davon zählt, ob
in einem Zeitschlitz ein unverstümmeltes Paket oder ein
verstümmeltes Paket empfangen wird, sowie auf ein System zur Durchführung dieses Verfahrens.
Dieses Verfahren wird in der betreffenden Fachliteratur meistens als "slotted ALOHA" bezeichnet, wie beispielsweise
aus dem als Bezugsmaterial 1) genannten Artikel hervorgeht. Aus diesem Artikel geht weiterhin hervor, daß
diese bekannte "slotted ALOHA"-Strategie nur dann erfolgreich anwendbar ist, wenn ausreichende Maßnahmen getroffen
werden, um zu vermeiden, daß das System bei starkem Verkehrsangebot in einen unstabilen Zustand gelangt.
Insbesondere tritt ein derartiger unstabiler Zustand auf, wenn bei starkem Verkehrsangebot die Übertragung von Datenpaketen
von den Nebenstellen zu der Hauptstelle unwirtschaftlich wird, und zwar dadurch, daß die Anzahl
verstümmelt übertragener Pakete zunimmt, was eine Zunahme der Anzahl neu zu übertragender Pakete bedeutet, die
ihrerseits wieder zu einer größeren Unwirtschaftlichkeit führen und wodurch letzten Endes eine vollständige Sperrung
des Systems auftritt.
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PHN 9693 . 5· 12.2.81
Zur Lösung dieses UnstalDilitätsproblems wurden bereits mehrere auf eingehenden theoretischen Betrachtungen basierende
Strategien vorgeschlagen, in welchem Zusammenhang auf beispielsweise das Bezugsmaterial 2 Ms einschließlich
6 verwiesen werden kann. Noch abgesehen davon, daß diesen Veröffentlichungen in den meisten Fällen
keine unmittelbare Implementation der zur Lösung des genannten Problems vorgeschlagenen Steuermaßnahmen entnommen
werden kann, weisen diese bekannten Strategien alle
]0 den Nachteil auf, daß sie den immer beliebigen freien Zutritt der Nebenstellen zu dem Übertragungskanal ausschalten
und damit zugleich die Einfachheit und Solidität des Systems beseitigen, Eigenschaften, die gerade als die
wichtigsten zu betrachten sind.
Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, aus der Qualität der Übertragung, d.h. der verstümmelt und der unverstümmelt
empfangenen Zeitschlitze eine Schätzung der Anzahl ausstrahlender Unterstellen für jede Gruppe von Funkausbrei=
tungsbedingungen abzuleiten und diese Schätzung in einem einfachen Steuervorgang der Hauptstelle umzuwandeln, der
Unstabilitäten eliminiert und allen Nebenstellen gleiche Möglichkeiten gibt, ihre Pakete unvermittelt zu übertragen,
so daß ein Durchsatz über die 1/e Barriere der bekannten "slotted Aloha" hinaus erreicht wird.
Diese Aufgabe %örd nach der Erfindung dadurch gelöst, daß
in der Hauptstelle die Anzahl Zeitschlitze eines folgenden Zeitrahmens aus der- Anzahl unverst'immelt und verstümmelt
empfangener Zeitschlitze der vorhergehenden Zeitrahmen bestimmt wird und daß eine Information über- die Anzahl
der Zeitschlitze in einem Zzi'lPehineü als T'e-*.l des
Synchronsignals zn den Nebenstellen ausgestrahlt wird=
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Bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens
ist die Anzahl den Nebenstellen verfügbarer Zeitschlitze eine Funktion der ständig aktualisierten Schätzung· der
Anzahl Nebenstellen, die ein Datenpaket zur Übertragung bereit haben. Dadurch wird erreicht, dass die Anzahl
Zeitschlitze an das Bedürfnis angepasst ist. Bei einer richtigen Einschätzung werden gleich viele Zeitschlitze
gebracht, nicht weniger, aber auch nicht mehr. Diese dynamische ALOHA-Strategie bewirkt, dass das System stabil
ist, und kann ausserdem zu einer grösseren Wirtschaftlichkeit
führen, da die mittlere Anzahl Zeitschlitze je Periode kleiner sein kann als die feste Anzahl Schlitze je Periode
die bei Anwendung der bekannten "slotted ALOHA"-Strategie notwendig ist.
Bezugsmaterial;
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PHN.9693 . "^. 2.12.80
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Communications Heft 1, Seiten 7.2.1 — 7.2.5. 6. John I, Capetanakis, "Contention resolving tree
algorithms for multiaccess channels", IEEE Communication Conference, Boston 1979, Seiten 2k.6.1 - 24.6.5.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher
beschrieben. Es zeigen
Figur- 1 ein System zur Übertragung von Datenpaketen
zwischen einer Hauptstelle und mehreren Nebenstellen,
Figur 2 ein Flusdiagramm der in der Hauptstelle durchgeführten Verarbeitungsschritte zur Verwirklichung
des erfindungsgemassen Verfahrens.
Das in Figur 1 dargestellte System zur Übertragung
von Datenpaketen umfasst eine Hauptstelle A und eine Anzahl auseinanderliegender einzelner ortsfester oder
beweglicher Nebenstellen B1, B„, B^,... B . Die Hauptstelle
A ist mit einer zentralen Rechenanlage 1 mit einem zugeordneten Taktimpulsgenerator 2 versehen sowie mit
Peripheriegeräten in Form eines Modems 3· Die Hauptstelle
umfasst weiterhin zwei Sendeempfänger 4,5» die über ein
Schaltmatrixnetzwerk 6 und den genannten Modem 3 an die
Zentrale Rechenanlage 1 angeschlossen sind. Die Nebenstellen
B , Bp, B„,... B haben alle denselben Aufbau und enthalten
je eine Rechenanlage, die über ein Peripheriegerät an einen Sendeempfänger angeschlossen ist.
Das bisher beschriebene System ist bekannt und dient zur Übertragung von Datenpaketen, die je einige einzige Nachricht übertragen und alle dieselbe Länge aufweisen. Insbesondere wird jedes Paket durch eine bestimmte Anzahl Erkennungs- und Kontrollbits, eine bestimmte Anzahl Informationsbits und eine bestimmte Anzahl Paritätsbits bestimmt. Die Paritätsbits in jedem Paket werden für einen zyklischen Fehlerdetektionskode benutzt.
Das bisher beschriebene System ist bekannt und dient zur Übertragung von Datenpaketen, die je einige einzige Nachricht übertragen und alle dieselbe Länge aufweisen. Insbesondere wird jedes Paket durch eine bestimmte Anzahl Erkennungs- und Kontrollbits, eine bestimmte Anzahl Informationsbits und eine bestimmte Anzahl Paritätsbits bestimmt. Die Paritätsbits in jedem Paket werden für einen zyklischen Fehlerdetektionskode benutzt.
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PHN.9693 * O ' 2.12.80
Das System verfügt über zwei Kanäle zur Funkübertragung
von Datenpaketen, und zwar einen ersten Kanal zur Übertragung von Datenpaketen von der Hauptstelle A zu den
Nebenstellen B-, B,, B~,... B und einen zweiten Kanal
zur Übertragung von Datenpaketen von den Nebenstellen B-, Bp ι Β«, ··· B zu der Hauptstelle A. Diese beiden
Funkübertragungskanäle arbeiten mit derselben Bitgeschwindigkeit. Die Übertragung von Datenpaketen von
der Hauptstelle zu den Nebenstellen bietet keine Schwierigkeiten, da der Sender gesteuert werden kann
und die Verwendung eines Pufferspeichers in der zentralen
Rechenanlage der Hauptstelle es ermöglicht, die Datenpakote für die Nebenstellen in einer bestimmten Reihenfolge,
beispielsweise in einem bestimmten Prioritätsplan, über den ersten Kanal auszustrahlen. Die Übertragung von
Datenpaketen von den Nebenstellen zu der Hauptstelle ist jedoch weniger einfach, da diese Datenpakete nicht
ohne weiteres geordnet werden können, um aufeinanderfolgend über den zweiten Kanal zu der Hauptstelle übertragen
zu werden. Das System benutzt dazu das bekannte Verfahren, nach dem von der Hauptstelle Über den zweiten
Kanal ein Synchronsignal ausgestrahlt wird, das bei Empfang in den Nebenstellen den Anfang einer Periode angibt, ·
die in einer Folge von Zeitschlitzen untereinander gleicher Dauer aufgeteilt ist, wobei die Nebenstellen, die ein
Datenpaket zur übertragung zu der Hauptstelle bereit haben, dieses Paket in einem beliebigen aus der genannten Folge
von Zeitschlitzen gewählten Zeitschlitz zu der Hauptstelle übertragen und wobei die Hauptstelle die Zeitschlitze als
erfolgreich oder verstümmelt bewertet, je nachdem in einem Zeitschlitz ein nicht verstümmeltes bzw. ein verstümmeltes
Paket empfangen wird.
Ein von einer Nebenstelle ausgestrahltes Datenpaket kann in der Hauptstelle infolge zweier Arten von
Fehlern verstümmelt empfangen werden und zwar:
(i) beliebig auftretende Fehler, die durch Rauschen verursacht werden, und
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-: ;;:■.: ; 31 osi 99
PHN.9693 ' 3· 2.12.80
(2) Fehler, die durch Interferenz verursacht werden, die infolge der gleichzeitigen Wahl ein und desselben
Zeitschlitzes von mehr als nur einer Nebenstelle auftreten können.
Die zweite Art von Fehlern, die durch Interferenz verursacht wird, wird insbesondere dann auftreten,
wenn eino Vielzahl von Nebenstellen den gemeinsamen
Ubertragungskanal gleichzeitig zu benutzen versuchen.
Interferenzfehler beschränken daher die Anzahl Benutzer
W des gemeinsamen Ubertragungskanals und beeinträchtigen
die Wirtschaftlichkeit des Systems. Dieser Wirtschaftlichkeitsverlust
kann, wie obenstehend bereits erläutert wurde und in dem genannten Bezugsmaterial 3) detailliert erläutert
ist, auf einfache Weise zu Systemunatabilität führen, d.h. zu einem Totalzusammenbruch der Ubertragungsmöglichke
it.
Nach der Erfindung kann dieses Unstabilitäts-
problem auf besonders elegante Art und Weise gelöst werden, wenn in der Hauptstelle aus der Anzahl erfolgreicher und
verstümmelter Zeitschlitze und unter Berücksichtigung der Bedingungswahrscheinliohkeiten des Auftritts erfolgreicher
und verstümmelter Zeit schlitze wegen der Anzahl Neben= stellen, die einen Zeitschlitz ausstrahlen, die Anzahl
Zeitschlitze einer folgenden Periode bestimmt wird.
Das erfindungsgemässe Verfahren vermeidet nicht
nur, dass das System bei starkem Verkehrsangebot in einen
unstabilen Zustand gelangen kann, sondern führt ausserdem, und zwar dadurch, dass die Ans ah 1 Z-aitschlitze je Periode
an das abgeschätze Bedürfnis angepasst ist, zu einer
grösseren Wirtschaftlichkeit und einem besseren Wirkungsgrade
Das erfindungs^eriiä = ?'=1 Verfahren bietet weiterhin
den wesentlichen Vorteil, dass es sich auf einfach-; Yai&i
implementieren lässt.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform des
erfindungsgemässen Systems ist jede Periode in eine Anzahl
aufeinanderfolgender Teilperioden aufgeteilt und wird die
Anpassung der Anzahl Zeitschlitze durch Änderung der Anzahl
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PHN.9693 -/|Ο· 2^12/80
Zeitschlitze je Teilperiode und oder die Anzahl Teilperioden je Periode verwirklicht.
Bei dieser Ausführungsform zeigt das von der
Hauptstelle ausgestrahlte Synchronsignal bei Empfang ^ in den Nebenstellen den Anfang jeder der Perioden an.
Insbesondere wird das Synchronsignal dabei durch einen
ersten in kodierter Form übertragenen Zahlenwert gebildet, der die Anzahl Teilperioden je Periode angibt, und
mindestens einen zweiten in kodierter Form übertragenen Zahlenwert, der die Stelle der betreffenden Teilperiode
innerhalb der Periode angibt, sowie einen dritten in kodierter Form übertragenen Zahlenwert, der die Anzahl
Zeitschlitze der betreffenden Teilperiode angibt. Die Anzahl Zeitschlitze je Teilperiode und/oder die Anzahl
Teilperioden je Periode ist dabeiveränderlich und wird in der Hauptstelle abhängig von dem abgeschätzten Bedürfnis
bestimmt. Dies kann auf einfache Weise verwirklicht werden. Dazu ist es nur erforderlich, dass die Daten in bezug
auf den etwaigen verstümmelten Zustand der in der Haupt—
stelle empfangenen Pakete mit Hilfe der zentralen Rechenanlage 1 entsprechend einen bestimmten Programm verarbeitet
werden. Das Programm verwirklicht einen Algorithmus, dessen Flussdiagramm in Figur 2 dargestellt ist und der
auf zwei Pegeln von Rückkopplungsinformation basiert.
Auf dem Pegel 1 wird als Funktion der Anzahl nicht verstümmelt und verstümmelt übertragener Pakete eine Abschätzung
gemacht von dem Ausmass der Zu— oder Abnahme der Anzahl Pakete, die für Übertragung zu der Hauptstelle
bereit sind. Diese Pegel-1-Information bestimmt die Anzahl Zeitschlitze der ersten Teilperiode der Periode.
Auf dem Pegel 2 wird die Abschätzung der Anzahl Pakete, die für Übertragung zu der Hauptstelle bereit sind,
jeweils mit dem Ergebnis der vorhergehenden Teilperiode aktualisiert. Die Pegel-2-Information ist für die Anzahl
Zeitschlitze der nachfolgenden Teilperiode und für das
etwaige der betreffenden Periode Hinzufügen einer neuen Teilperiode bestimmend.
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PHN. 9693 - 'JlA- 2r1248O
Für das Flussdiagramm nach Figur 2 gilt
folgende Legende:
Veränderliche:
^ Abschätzung der Zunahme je Zeiteinheit der Anzahl Nebenstellen, die ein Paket für Übertragung bereit haben werden,
Veränderliche:
^ Abschätzung der Zunahme je Zeiteinheit der Anzahl Nebenstellen, die ein Paket für Übertragung bereit haben werden,
r Abschätzung der Anzahl Pakete, die für Übertragung
in der Hauptstelle bereit sind,
t Zeit seit der letzten Ubertragungsperiode, Teilperiodennummer,
t Zeit seit der letzten Ubertragungsperiode, Teilperiodennummer,
a. Anzahl Zeitschlitze je Teilperiode i, t. AnfangsZeitpunkt der Teilperiode i,
si Anzahl Zeitschlitze, in denen ein nicht verstümmeltes
Paket in der Teilperiode i übertragen worden ist, g. Anzahl Zeitschlitze, in denen ein verstümmeltes Paket
in der Teilperiode i übertragen worden ist,
y"j_ ν 11
> si » &i t **2f S2' €>2'*"**i* Si' ^i'
Geschichte der Teilperioden.
Funktionen und Konstanten;
f1 Schätze 7\ ausgehend von y.. Dies kann beispielsweise
wie folge durchgeführt werden:
Λ ss
Λ ss
X= I^ si-j / (*± - *±-ιοο>
λ
fp Schätze r ausgehend von s., g.,a. und von dem vorhergehenden
Wert r. Dies kann beispielsweise wie nachstehend erfolgen:
r = g± κ bgi + s± χ bs± - s±,
wobei bg. = 1,81 + 0,56 r/a. der a posteriorierwartete
x x
Wert der mittleren Anzahl Zeitschlitze ist, in denen ein verstümmeltes Paket in der Teilperiode i übertragen
worden ist, und wobei bs. = 0,96 + 0,21 r/a. der
a posteriori erwartete Wert der mittleren Anzahl
Zeitschlitze ist, in denen ein nicht verstümmeltes Paket in der Teilperiode _i übertragen worden ist.
g bestimme die Anzahl Zeitschlitze in dor nachfolgenden
Teilperiode. Dies kann beispielsweise auf nachstehende
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PHN. 9693 . /IS' 2.12.80
Weise erfolgen:
a. β max (1, int (r)).
1 A
1 zeigt den unteren Grenzwert von r an; unterhalb dieses
Wertes wird keine neue Teilperiode gestartet. Dieser Grenzwert kann beispielsweise 1 =0,5 sein,
sende - eine Ausgangs.fnnktion, die eine die Anzahl
Zeitschlitze a. der Teilperiode i angebende Zahl als Teil des Synchronsignals ausstrahlt,
beobachte -ist eine Eingangsfunktion, die den empfangenen Paketen die Anzal unverstümmeIt übertragener
Pakete s. und die Anzahl verstümmelt übertragener Pakete g. entnimmt und die dem Taktimpulsgenerator
den Zeitpunkt t. der Teilperiodennumrner i entnimmt.
Es dürfte einleuchten, dass sich die Erfindung nicht auf die obestehend beschriebene bevorzugte Ausführungsform
beschränkt, sondern dass abhängig von dem Anwendungsbereich des Systems auch eine Ausführungsform
ohne eine Aufteilung der Ubertragungsperiode in eine Anzahl aufeinanderfolgender Teilperioden möglich ist
und dass der Grundgedanke der Erfindung daher in der Bestimmung der Anzahl Zeitschlitze je Ubertragungsperiode
liegt.
Weiterhin sei bemerkt, dass in Figur 2 mit dem Block BGNP der Anfang einer Periode bezeichnet wird,
durch BGNF der Anfang einer Teilperiode gemeint wird, durch NDF das Ende einer Teilperiode bezeichnet wird
und durch DPN das Ende einer Periode.
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Claims (7)
- PatentansprücheVerfahren zur Übertragung von Datenpaketen von mehreren Nebenstellen zu einer Hauptstelle über einen gemeinsamen Kanal, wobei von der Hauptstelle ein Synchronsignal ausgestrahlt wird, das den Anfang eines Zeitrahmens angibt, der in eine Folge von Zeitschlitzen mit untereinander gleicher Dauer aufgeteilt ist, wobei die Nebenstellen, die ein Datenpaket für Übertragung zu der Hauptstelle bereit haben, dieses Paket in einem beliebigen aus der genannten Folge von Zeitschlitzen ausgewählten Zeitschlitz zu der Hauptstelle übertragen und die Hauptstelle die Zeitschlitze als erfolgreich und verstümmelt abhängig davon zählt, ob in einem Zeitschlitz ein unverstümmeltes Paket oder ein verstümmeltes Paket empfangen wird, dadurch gekennzeichnet, daß in der Hauptstelle die Anzahl Zeitschlitze eines folgenden Zeitrahmens aus der Anzahl unverstümmelt und verstümmelt empfangener Zeitschlitze der vorhergehenden Zeitrahmen bestimmt wird und daß eine Information über die Anzahl der Zeitschlitze in einem Zeitrahmen als Teil des Synchronsignals zu den Nebenstellen ausgestrahlt wird,
- 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzahl a. Zeitschlitze eines folgenden Zeitrahmens aus den Bedingungswahrscheinlichkeiten unverstümmelter und verstümmelter Zeitschlitze im Zusammenhang mit der Anzahl Nebenstellen, die in einem Zeitschlitze senden, abhängig von dem a posteriori erwarteten Wert entsprechend der nachstehenden Formel bestimmt wirda, = max (1, int (r))mitr - gi.bgir - gi.bgi + S1.bs.130049/0650PHN 9693 ·<3· 12.2.81wobei r die Abschätzung der Anzahl Pakete ist, die für Übertragung zu der Hauptstelle bereit ist, g. die Anzahl Zeitschlitze ist, in denen ein verstümmeltes Paket in dem Zeitrahmen i übertragen worden ist, s^ · die Anzahl Zeitschlitze ist, in denen ein unverstümmeltes Paket in dem Zeitrahmen i übertragen worden ist, b * der a posteriori erwartete Wert der Anzahl Nebenstellen ist, welche gleichzeitig in einem Zeitschlitz ausstrahlen, wobei die Zeitschlitze ein verstümmeltes Paket enthalten, und b . der a posteriorierwartete Wert der Anzahl Nebenstellen ist, welche; gleichzeitig in einem Zeitsshlitz ausstrahlen, wobeidie Zeitschlitze ein unverstümmeltes Paket enthalten.
- 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitrahmen in Perioden gruppiert sind, vonj denen jede eine Kette von Zeitrahmen enthält, wobei die Nebenstellen derart gesteuert werden, daß jede nur dann in einer Periode ausstrahlt, wenn sie am Anfang dieser Periode ein Paket zur Verfügung hat.
- 4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das von der Hauptstelle ausgestrahlte Synchronsignal bei Empfang in den Nebenstellen den Anfang jeweils eines Zeitrah-v 25 mens angibt, dadurch gekennzeichnet, daß das Synchronsignal durch mindestens einen ersten in kodierter Form übertragenen Zahlenwert, der die Anzahl Zeitrahmen je Periode angibt, und mindestens einen zweiten in kodierter Form übertragenen Zahlenwert gebildet wird, der die Stelle des betreffenden Zeitrahmens innerhalb der Periode angibt.
- 5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Möglichkeit zur Wahl eines Zeit-Schlitzes in denjenigen Nebenstellen, die erst während oder nach dem ersten Zeitrahmen einer Periode ein Paket zur Übertragung bereit haben, für die Dauer der betreffenden Periode gesperrt wird.130049/0660PHN 9693 · 3- 12.2.81
- 6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Hauptstelle geschätzte Anzahl Nebenstellen, die am Anfang einer Periode ein Paket zur Übertragung bereit haben, jeweils auf Basis des Ergebnisses eines vorhergehenden Zeitrahmens aktualisiert wird und daß diese aktualisierte Anzahl die Anzahl Zeitschlitze der nachfolgenden Zeitrahmen zum etwaigen Hinzufügen eines Zeitrahmens zu der betreffenden Periode bestimmt.
- 7. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder einem der folgenden, wobei die Hauptstelle mit Mitteln versehen ist, mit deren Hilfe über einen anderen Kanal ein Synchronsignal, das den . Anfang einer Periode angibt, ausgestrahlt wird, und die Nebenstellen Mittel enthalten, die bei Empfang des Synchronsignals die Periode in eine Anzahl aufeinanderfolgender Zeitschlitze untereinander gleicher Zeitdauer aufteilen, um gegebenenfalls in einem beliebigen aus der genannten Folge von Zeitschlitzen ausgewählten Zeitschlitz ein Datenpaket zu übertragen, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptstelle eine erste Steuereinrichtung enthält, die aus der Anzahl nicht verstümmelt und verstümmelt empfangener Pakete einen Wert für das Ausmaß der Zu- oder Abnahme der Anzahl Pakete, die für Übertragung zu der Hauptstelle bereit sind, und aus diesem Wert die Anzahl Zeitschlitze je Periode bestimmt und diese Anzahl in kodierter Form über den anderen Kanal als Synchronsignal zu den Nebenstellen überträgt, sowie Mittel, die diesen Wert jeweils mit dem Ergebnis der vorhergehenden Periode aktualisieren.130049/0660
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FR (1) | FR2476414A1 (de) |
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