DE60033153T2 - Tcp/ip paketzentrierte drahtlose übertragungssystemarchitektur - Google Patents

Tcp/ip paketzentrierte drahtlose übertragungssystemarchitektur Download PDF

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DE60033153T2
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Jacob W. Folsom JORGENSEN
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Malibu Networks Inc
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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft generell Telekommunikationen und insbesondere ein System und ein Verfahren zum Implementieren eines QoS-bewussten drahtlosen Punkt-zu-Mehrpunkt-Übertragungssystem.
  • Verwandte Technik
  • Telekommunikationsnetzwerke, wie z.B. Sprach-, Daten- und Videonetzwerke, sind beim Stand der Technik je nach Typ des zu transportierenden Verkehrs maßgeschneidert worden. Beispielsweise ist der Sprachverkehr sehr latenzanfällig, die Qualität ist jedoch weniger wichtig, so dass Sprachnetzwerke zum Transportieren von Sprachverkehr mit begrenzter Latenz vorgesehen sind. Der herkömmliche Datenverkehr, wie z.B. Tabellen, ist andererseits nicht latenzanfällig, es ist jedoch eine fehlerfreie Übermittlung erforderlich. Bei herkömmlichen Telekommunikationsnetzwerken wird eine Durchschaltevermittlung angewendet, um eine akzeptable Endbenutzer-Servicequalität (QoS) zu erreichen. Mit Einführung von neuen paketvermittelten Hochbandbreiten-Datennetzwerken können unterschiedliche Verkehrstypen über ein Datennetzwerk transportiert werden. Insbesondere wird eine Konvergenz von separaten Sprach-, Daten- und Videonetzwerken zu einem einzigen Breitband-Telekommunikationsnetzwerk ermöglicht. Um die Zufriedenheit des Endbenutzers sicherzustellen, ist ein System gewünscht, das QoS für verschiedene Typen von zu transportierendem Verkehr bereitstellt.
  • Drahtlose Netzwerke stellen bei der Lieferung von QoS besondere Herausforderungen gegenüber ihren Drahtleitungs-Gegenparts dar. Beispiels weise weisen herkömmliche drahtlose Netzwerke aus vielerlei Gründen hohe Bitfehlerraten (BER) auf. Herkömmliche drahtlose Netzwerke implementieren ferner durchschaltevermittelte Verbindungen, um zuverlässige Kommunikationskanäle bereitzustellen. Bei der Verwendung von durchschaltevermittelten Verbindungen wird die Bandbreite jedoch Kommunikationsknotenpunkten zugewiesen, und zwar unabhängig davon, ob der Verkehr konstant zwischen den Knotenpunkten transferiert wird oder nicht. Daher nutzen durchschaltevermittelte Verbindungen die Bandbreite ziemlich ineffektiv.
  • Bei der Paketvermittlung wird die verfügbare Bandbreite effizienter genutzt als bei der herkömmlichen Durchschaltevermittlung. Bei der Paketvermittlung wird der Verkehr in sogenannte "Pakete" aufgeteilt, die dann von einem Quellenknotenpunkt zu einem Zielort transportiert werden, an dem sie wieder zusammengesetzt werden. Somit kann ein spezieller Teil der Bandbreite von zahlreichen Quellen und Zielorten gemeinsam genutzt werden, was zu einer effizienteren Nutzung der Bandbreite führt.
  • In WO-A-99/26430 sind ein adaptives Zeitmultiplex-Duplexverfahren und eine Vorrichtung zum Duplexen von Übertragungen auf einer Kommunikationsverbindung in drahtlosen Kommunikationssystemen beschrieben. Die Effizienz der Kommunikationsverbindung wird durch dynamisches Anpassen an die Uplink- und Downlink-Bandbreitenanforderungen der Kommunikationskanäle verbessert. Zeit-Slots werden je nach Bandbreitenbedarf eines Kanals flexibel und dynamisch für die Uplink- und Downlink-Übertragungen zugewiesen. Bandbreitenanforderungen von Kommunikationsverbindungen werden unter Verwendung eines Satzes vorbestimmter Bandbreitenanforderungsparameter kontinuierlich überwacht. Die Kommunikationskanäle sind derart konfiguriert, dass sie je nach Bedarf des Kanals entweder symmetrische oder asymmetrische Uplink-/Downlink-Bandbreiten aufweisen.
  • Es ist ein drahtloses Breitbandzugriffs-Telekommunikationssystem gewünscht, das eine QoS-Fähigkeit bietet, die mit der von Drahtleitungs-Breitbandzugriffsvorrichtungen gelieferten vergleichbar ist. Beim Stand der Tech nik ist eines der Hindernisse beim Einsatz von drahtlosen Breitbandzugriffssystemen das Nichtvorhandensein akzeptabler QoS-Charakteristiken, während gleichzeitig eine Bandbreite geliefert wird, die ausreicht, um als Breitband qualifiziert zu werden. Das Liefern einer Roh-Bandbreite über drahtlose Medien ohne akzeptable QoS wäre für Endbenutzer nicht sinnvoll. Ähnlich wäre das Liefern einer hohen QoS zulasten einer ausreichenden Bandbreite für Endbenutzer ebenfalls nicht sinnvoll.
  • Beim Stand der Technik erfolgte Bemühungen, drahtlose Breitbandzugriffssysteme bereitzustellen, haben der QoS als Leitprinzip beim Erstellen der drahtlosen Systeme keine ausreichende Priorität eingeräumt, was zu suboptimalen Ausführungen führte. Mit dem schnellen Auftreten des Internet, des Paketvermittlungs-Paradigmas und des Übertragungssteuerungsprotokolls/Internetprotokolls (TCP/IP) als universelles Datenprotokoll ist offensichtlich geworden, dass eine neue Ausführung drahtloser Systeme erforderlich ist.
  • Somit wird ein IP-zentriertes drahtloses Breitbandzugriffssystem mit echten QoS-Fähigkeiten benötigt.
  • Zusammenfassender Überblick über die Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein paketzentriertes drahtloses Punkt-zu-Mehrpunkt-Telekommunikationssystem gemäß Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß Anspruch 12. Die Unteransprüche betreffen einzelne Ausführungsformen.
  • Das System weist eine Ressourcen-Zuweisungseinrichtung zum Zuweisen einer gemeinsam genutzten Bandbreite zu Teilnehmer-CPE-Stationen auf. Die Ressourcen-Zuweisung erfolgt zum Optimieren der einem Endbenutzer zur Verfügung gestellten Servicequalität (QoS). Das drahtlose Kommunikationsmedium kann umfassen: ein Radiofrequenz-(RF-)Kommunikationsmedium; ein Kabelkommunikationsmedium; und/oder ein Satellitenkommuni kationsmedium. Das drahtlose Kommunikationsmedium kann ferner ein Telekommunikationszugriffsverfahren umfassen mit: einem Zeitmultiplex-Vielfachzugriffs-(TDMA-)Zugriffsverfahren; einem Zeitmultiplex-Vielfachzugriffs-/Zeitmultiplex-(TDMA-/TDD-)Zugriffsverfahren; einem Codemultiplex-Vielfachzugriffs-(CDMA-)Zugriffsverfahren; und/oder einem Frequenzvielfachzugriffs-(FDMA-)Zugriffsverfahren.
  • Das erste Datennetzwerk umfasst: ein Drahtleitungsnetzwerk; ein drahtloses Netzwerk; ein Lokalnetzwerk (LAN); und/oder ein Fernnetzwerk (WAN). Das zweite Netzwerk umfasst: ein Drahtleitungsnetzwerk; ein drahtloses Netzwerk; ein Lokalnetzwerk (LAN); und/oder ein Fernnetzwerk (WAN).
  • Das System kann eine Ressourcen-Zuweisungseinrichtung aufweisen, die eine gemeinsam genutzte Bandbreite Teilnehmer-CPE-Stationen zuweist. Die Ressourcen-Zuweisungseinrichtung optimiert die Endbenutzer-Servicequalität (QoS). Die Ressourcen-Zuweisungseinrichtung kann auch anwendungsbewusst arbeiten.
  • A-21506
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein servicequalitäts-(QoS-) bewusstes drahtloses Punkt-zu-Mehrpunkt-Telekommunikationssystem. Das System weist auf: eine mit einem ersten Datennetzwerk gekoppelte drahtlose Basisstation; eine oder mehrere mit dem ersten Datennetzwerk gekoppelte Host-Arbeitsstationen; eine oder mehrere Teilnehmerendgeräte-(CPE-)Stationen, die über eine gemeinsam genutzte Bandbreite über das paketzentrierte Protokoll mit der drahtlosen Basisstation in drahtloser Verbindung stehen; eine oder mehrere Teilnehmer-Arbeitsstationen, die über ein zweites Netzwerk mit jeder Teilnehmer-CPE-Station gekoppelt sind; und eine Ressourcen-Zuweisungseinrichtung zum Zuweisen einer gemeinsam genutzten Bandbreite an die Teilnehmer-CPE-Stationen. Die Ressourcen-Zuweisung erfolgt zum Optimieren der Endbenutzer-QoS.
  • Die Ressourcen-Zuweisungseinrichtung weist auf: eine Analysier- und Disponiervorrichtung, die IP-Ströme über die gemeinsam genutzte drahtlose Bandbreite analysiert und disponiert, wobei die IP-Ströme umfassen: einen Übertragungssteuerungsprotokoll-/Internetprotokoll-(TCP-/IP-)Strom und/oder einen Benutzer-Datagrammprotokoll-/Internetprotokoll-(UDP-/IP-)Strom.
  • Die Analysier- und Disponiervorrichtung kann aufweisen: eine Identifiziereinrichtung zum Identifizieren der IP-Ströme, eine Charakterisiereinrichtung zum Charakterisieren der IP-Ströme und eine Klassifiziereinrichtung zum Klassifizieren der IP-Ströme, wobei die Analysier- und Disponiervorrichtung eine Priorisiervorrichtung zum Priorisieren der IP-Ströme aufweist.
  • Die Identifiziereinrichtung weist auf: eine Analysiereinrichtung zum Analysieren von Paketkopffeldern; und eine Identifiziereinrichtung zum Identifizieren eines neuen und eines bestehenden IP-Stroms. Die Analysiereinrichtung weist auf: eine Puffervorrichtung zum Puffern von Paketen der IP-Ströme; eine Datenextrahiervorrichtung zum Extrahieren von Daten aus den Paketkopffeldern jedes Pakets; und eine Paketkopffeld-Analysiereinrichtung zum Analysieren der Paketkopffelder. Die Datenextrahiervorrichtung kann aufweisen: eine Einrichtung zum Feststellen, ob ein Paket eines IP-Stroms eine Paketversion IPv.4 oder IPv6 ist; und eine Einrichtung zum Parsen der Pakete der IP-Ströme. Die Paketkopffeld-Analysiereinrichtung kann aufweisen: eine Einrichtung zum Bestimmen des Quellenanwendungstyps, wobei diese Einrichtung aufweisen kann: eine Einrichtung zum Speichern und Abrufen einer Quellenanwendung für eine Quellenadresse aus einer Quellenanwendungs-Paketkopftabelle; eine Einrichtung zum Bestimmen einer Quellenanwendung aus einem Servicetyp-(TOS-)Paketkopffeld; und/oder eine Einrichtung zum Bestimmen einer Quellenanwendung aus einem Differenziert-Service-(DiffServ-)Paketkopffeld.
  • Die Charakterisiereinrichtung weist auf: eine Einrichtung zum Feststellen, ob ein Paket ein Schwellenalter überschreitet; eine Einrichtung zum Vor hersagen von Kundenanwendungs-IP-Strom-Abbrüchen auf der Basis des Alters des Pakets; eine Einrichtung zum Bestimmen einer QoS-Anforderung für den neuen IP-Strom; und eine Einrichtung zum Bestimmen einer Teilnehmeridentifikation für die dem neuen IP-Strom zugeordnete Teilnehmer-CPE-Station.
  • Die Einrichtung zum Feststellen, ob ein Paket ein Schwellenalter überschreitet, kann eine Einrichtung zum Analysieren eines Time-To-Live-(TTL-)Paketkopffelds zum Bestimmen des Alters des Pakets aufweisen. Die Einrichtung zum Bestimmen einer QoS-Anforderung für den neuen IP-Strom bestimmt die QoS-Anforderung anhand von: einer Quellenadresse, einer Zieladresse und/oder einer UDP-Portnummer. Die Einrichtung zum Bestimmen einer QoS-Anforderung für den neuen IP-Strom kann eine Einrichtung zum Speichern und Abrufen einer QoS-Anforderung für eine IP-Strom aus einer IP-Strom-QoS-Anforderungstabelle aufweisen.
  • Die Klassifiziereinrichtung kann eine Einrichtung zum Zuordnen des Pakets von einem der bestehenden IP-Ströme zu dem einen der IP-Ströme aufweisen. Die Klassifiziereinrichtung kann eine Einrichtung zum Klassifizieren des Pakets des neuen IP-Stroms in eine QoS-Klassengruppierung aufweisen.
  • Die Einrichtung zum Klassifizieren des Pakets des neuen IP-Stroms in die QoS-Klassengruppierung kann eine Einrichtung zum Bestimmen und Berücksichtigen von QoS-Klassengruppierungen für den IP-Strom aufweisen. Die Einrichtung zum Klassifizieren des Pakets des neuen IP-Stroms in eine QoS-Klassengruppierung kann eine Einrichtung zum Berücksichtigen optionaler Differenziert-Service-(DiffServ-)Feldprioritätsmarkierung für den IP-Strom aufweisen. Die Einrichtung zum Klassifizieren des Pakets des neuen IP-Stroms in eine QoS-Klassengruppierung kann eine Einrichtung zum Berücksichtigen einer optionalen Servicetyp-(TOS-)Feldprioritätsmarkierung für den IP-Strom aufweisen.
  • Die Priorisiervorrichtung kann eine Einrichtung zum Berücksichtigen hierarchischer klassenbasierter Prioritäten (HCBPs) für den IP-Strom aufweisen. Die Priorisiervorrichtung kann eine Einrichtung zum Berücksichtigen von Virtuell-Privatnetzwerks-(VPN-)Prioritäten für den IP-Strom aufweisen. Die Priorisiervorrichtung kann eine Einrichtung zum Berücksichtigen von auf einer Servicevereinbarung (SLA) basierenden Prioritäten für den IP-Strom aufweisen. Die Priorisiervorrichtung kann eine Einrichtung zum Berücksichtigen beliebigen Servicetyp-(TOS-)Prioritäten für den IP-Strom aufweisen. Die Priorisiervorrichtung kann ferner eine Einrichtung zum Berücksichtigen von Differenziert-Service-(DiffServ-)Prioritäten für den IP-Strom aufweisen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein paketzentriertes drahtloses Punkt-zu-Mehrpunkt-Telekommunikationssystem, das aufweist: eine mit einem ersten Datennetzwerk gekoppelte drahtlose Basisstation; eine oder mehrere mit dem ersten Datennetzwerk gekoppelte Host-Arbeitsstationen; eine oder mehrere Teilnehmerendgeräte-(CPE-)Stationen, die über eine gemeinsam genutzte Bandbreite über das paketzentrierte Protokoll mit der drahtlosen Basisstation in drahtloser Verbindung stehen; und eine oder mehrere Teilnehmer-Arbeitsstationen, die über ein zweites Netzwerk mit jeder Teilnehmer-CPE-Station gekoppelt sind; und eine Ressourcen-Zuweisungseinrichtung zum Optimieren der Endbenutzer-Servicequalität (QoS) und Zuweisen der gemeinsam genutzten Bandbreite an die Teilnehmer-CPE-Stationen; und eine Einrichtung zum Analysieren und Disponieren eines Internetprotokoll-(IP-)Stroms über die gemeinsam genutzte drahtlose Bandbreite, wobei die Analysiereinrichtung aufweist: eine Identifiziereinrichtung zum Identifizieren des IP-Stroms.
  • Der IP-Strom kann ein Übertragungssteuerungsprotokoll-/Internetprotokoll-(TCP/IP-)Strom sein. Der IP-Strom kann ein Benutzer-Datagrammprotokoll-/Internetprotokoll-(UDP/IP-)Strom sein. Die Identifiziereinrichtung kann aufweisen: eine Einrichtung zum Analysieren von einem oder mehreren Paketkopffeldern in dem IP-Strom; und eine Einrichtung zum Unterscheiden zwischen einem neuen und einen bestehenden IP-Strom.
  • Die Analysiereinrichtung kann für eine Uplink-Drahtlos-Verbindung von der Teilnehmer-CPE-Station zu der drahtlosen Basisstation an der Teilnehmer-CPE-Station angeordnet sein. Die Unterscheidungseinrichtung kann für eine Uplink-Drahtlos-Verbindung von der Teilnehmer-CPE-Station zu der drahtlosen Basisstation an der Teilnehmer-CPE-Basisstation angeordnet sein.
  • Die Analysiereinrichtung kann für eine Downlink-Drahtlos-Verbindung von der drahtlosen Basisstation zu der Teilnehmer-CPE-Station an der drahtlosen Basisstation angeordnet sein. Die Unterscheidungseinrichtung kann für eine Downlink-Drahtlos-Verbindung von der drahtlosen Basisstation zu der Teilnehmer-CPE-Station an der drahtlosen Basisstation angeordnet sein.
  • Die Einrichtung zum Analysieren von Paketkopffeldern weist auf: eine Einrichtung zum Puffern von Paketen der IP-Ströme; eine Einrichtung zum Extrahieren von Daten aus Paketkopffeldern jedes Pakets; und eine Einrichtung zum Analysieren der Paketkopffelder. Die Einrichtung zum Extrahieren von Daten aus den Paketkopffeldern jedes Pakets kann aufweisen: eine Einrichtung zum Feststellen, ob die Pakete Pakete der Version IPv.4 oder IPv.6 sind; und eine Einrichtung zum Parsen der Paketkopffelder der IP-Ströme.
  • Die Analysiereinrichtung kann aufweisen: eine Einrichtung zum Bestimmen eines Quellenanwendungstyps, der aufweisen kann: eine Einrichtung zum Speichern und Abrufen eines Quellenanwendungstyps in und aus einer Quellenanwendungs-Paketkopftabelle; eine Einrichtung zum Bestimmen einer Quellenanwendung aus einem Servicetyp-(TOS-)Paketkopffeld; eine Einrichtung zum Bestimmen einer Quellenanwendung aus einem Differenziert-Service-(DiffServ-)Paketkopffeld; und eine Einrichtung zum Bestimmen einer Quellenanwendung aus über eine Direktanwendungsleitung gelieferten Informationen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein paketzentriertes drahtloses Punkt-zu-Mehrpunkt-Telekommunikationssystem, das aufweist: eine mit ei nem ersten Datennetzwerk gekoppelte drahtlose Basisstation; eine oder mehrere mit dem ersten Datennetzwerk gekoppelte Host-Arbeitsstationen; eine oder mehrere Teilnehmerendgeräte-(CPE-)Stationen, die über eine gemeinsam genutzte Bandbreite unter Verwendung eines paketzentrierten Protokolls mit der drahtlosen Basisstation in drahtloser Verbindung stehen; und eine oder mehrere Teilnehmer-Arbeitsstationen, die über ein zweites Netzwerk mit jeder Teilnehmer-CPE-Station gekoppelt sind; eine Ressourcen-Zuweisungseinrichtung zum Optimieren der Endbenutzer-Servicequalität (QoS) und Zuweisen der gemeinsam genutzten Bandbreite an die Teilnehmer-CPE-Stationen; eine Einrichtung zum Analysieren und Disponieren eines Internetprotokoll-(IP-)Stroms über die gemeinsam genutzte drahtlose Bandbreite. Die Analysiereinrichtung weist eine Charakterisiereinrichtung zum Charakterisieren des IP-Stroms auf.
  • Die Charakterisiereinrichtung kann eine Einrichtung zum Feststellen, ob ein Paket ein vorbestimmtes Schwellenalter überschreitet, aufweisen. Die Altersbestimmungseinrichtung kann eine Einrichtung zum Analysieren eines Time-To-Live-(TTL-)Paketkopffelds zum Bestimmen des Alters des Pakets oder eine Einrichtung zum Vorhersagen von Anwendungs-IP-Strom-Abbrüchen auf der Basis des Alters des Pakets aufweisen.
  • Die Charakterisiereinrichtung kann eine Einrichtung zum Bestimmen einer QoS-Anforderung für den IP-Strom aufweisen, wenn des IP-Strom ein neuer IP-Strom ist. Die Charakterisiereinrichtung kann eine Einrichtung zum Bestimmen einer Teilnehmer-CPE-Identifikation für eine Teilnehmer-CPE-Station aufweisen, die dem IP-Strom zugeordnet ist, wenn der IP-Strom ein neuer IP-Strom ist. Die Einrichtung zum Bestimmen einer QoS-Anforderung für den neuen IP-Strom kann eine Einrichtung zum Bestimmen der QoS-Anforderungen anhand von folgendem aufweisen: einer Quellenadresse, einer Zieladresse und/oder einer UDP-Portnummer. Die Einrichtung zum Bestimmen einer QoS-Anforderung für den neuen IP-Strom kann eine Einrichtung zum Speichern und Abrufen einer QoS-Anforderung für einen IP-Strom aus einer IP-Strom-QoS-Anforderungstabelle aufweisen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein IP-Strom-Klassifiziersystem zur Verwendung in einem drahtlosen Telekommunikationssystem. Insbesondere fasst das IP-Strom-Klassifiziersystem IP-Ströme in einem paketzentrierten drahtlosen Punkt-zu-Mehrpunkt-Telekommunikationssystem zusammen.
  • Das Klassifiziersystem weist auf: eine mit einem ersten Datennetzwerk gekoppelte drahtlose Basisstation; eine oder mehrere mit dem ersten Datennetzwerk gekoppelte Host-Arbeitsstationen; eine oder mehrere Teilnehmerendgeräte-(CPE-)Stationen, die über eine gemeinsam genutzte Bandbreite unter Verwendung eines paketzentrierten Protokolls mit der drahtlosen Basisstation in drahtloser Verbindung stehen; und eine oder mehrere Teilnehmer-Arbeitsstationen, die über ein zweites Netzwerk mit jeder Teilnehmer-CPE-Station gekoppelt sind; eine Ressourcen-Zuweisungseinrichtung zum Optimieren der Endbenutzer-Servicequalität (QoS) und Zuweisen der gemeinsam genutzten Bandbreite an die Teilnehmer-CPE-Stationen; eine Einrichtung zum Analysieren und Disponieren eines Internetprotokoll-(IP-)Stroms über die gemeinsam genutzte drahtlose Bandbreite. Die Analysiereinrichtung weist die oben genannte IP-Strom-Klassifiziereinrichtung zum Klassifizieren des IP-Stroms auf.
  • Bei einer Ausführungsform weist die Klassifiziereinrichtung eine Einrichtung zum Zuordnen eines Pakets eines bestehenden IP-Stroms zu dem IP-Strom auf. Die Klassifiziereinrichtung kann eine QoS-Gruppiervorrichtung zum Eingruppieren eines Pakets eines neuen IP-Stroms in eine QoS-Klassengruppierung aufweisen. Die QoS-Gruppiervorrichtung kann eine Bestimmungseinrichtung aufweisen, die die QoS-Klassengruppierung für den IP-Strom bestimmt und berücksichtigt. Die QoS-Gruppiervorrichtung kann eine optionale Differenziert-Service-(DiffServ-)Vorrichtung aufweisen, die eine optionale DiffServs-Feldprioritätsmarkierung für den IP-Strom berücksichtigt. Die QoS-Gruppiervorrichtung kann ferner eine optionale Servicetyp-(TOS-)Vorrichtung aufweisen, die eine beliebige Servicetyp-(TOS-)Feldprioritätsmarkierung für den IP-Strom berücksichtigt.
  • Die vorliegende Erfindung schafft eine IP-Strom-Priorisierung in einem drahtlosen Punkt-zu-Mehrpunkt-(PtMP-)Telekommunikationssystem. Das System weist auf: eine mit einem ersten Datennetzwerk gekoppelte drahtlose Basisstation; eine oder mehrere mit dem ersten Datennetzwerk gekoppelte Host-Arbeitsstationen; eine oder mehrere Teilnehmerendgeräte-(CPE-)Stationen, die über eine gemeinsam genutzte Bandbreite unter Verwendung eines paketzentrierten Protokolls mit der drahtlosen Basisstation in drahtloser Verbindung stehen; eine oder mehrere Teilnehmer-Arbeitsstationen, die über ein zweites Netzwerk mit jeder Teilnehmer-CPE-Station gekoppelt sind; eine Ressourcen-Zuweisungseinrichtung zum Optimieren der Endbenutzer-Servicequalität (QoS) und Zuweisen der gemeinsam genutzten Bandbreite an die Teilnehmer-CPE-Stationen; eine Internetprotokollstrom-(IP-Strom-)Analysiereinrichtung zum Analysieren der IP-Ströme, die mit der Ressourcen-Zuweisungseinrichtung gekoppelt ist, und eine IP-Strom-Disponiereinrichtung zum Disponieren der gemeinsam genutzten drahtlosen Bandbreite, wobei die IP-Disponiereinrichtung eine IP-Strom-Priorisiereinrichtung aufweist.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist die Priorisiereinrichtung eine Priorisiereinrichtung für hierarchische klassenbasierte Prioritäten (HCBP) zum Priorisieren des IP-Stroms anhand einer HCBP-Priorität des IP-Stroms auf. Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist die HCBP-Priorisiereinrichtung klassenbasierte Prioritätsgrenzen auf, die Grenzen für jede HCBP-Priorität festlegen.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist die Priorisiereinrichtung eine Virtuell-Privatnetzwerk-(VPN-)Priorisiereinrichtung zum Priorisieren der IP-Ströme anhand dessen auf, dass ihre Quelle ein VPN ist. Bei einer Ausführungsform der Erfindung gewährt die VPN-Priorisiereinrichtung sämtlichen VPN-IP-Strömen Priorität. Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung gewährt die VPN-Priorisiereinrichtung vorzugsweise denjenigen VPN-Strömen Priorität, die Ströme eines speziellen IP-Strom-Typs sind, oder denjenigen VPN-IP-Strömen, die Ströme des VPN-Typs sind. Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist der VPN-Typ einen verzeichnisaktivierten Netzwerk-(DEN-)Tabellenmanagementtyp auf.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist die Priorisiereinrichtung eine auf einer Servicevereinbarung (SLA) basierende Priorisiereinrichtung zum Priorisieren der IP-Ströme anhand eines SLA-Level einer Teilnehmerquelle des IP-Stroms auf. Bei einer Ausführungsform der Erfindung umfasst der SLA-Level z.B. einen hohen Level, einen Standard-Level oder einen Werte-Level. Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist die Priorisiereinrichtung eine Servicetyp-(TOS-)Priorisiereinrichtung zum Priorisieren der IP-Ströme anhand einer TOS-Markierung eines Pakets des IP-Stroms auf.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist die Priorisiereinrichtung eine Differenziert-Service-(DiffServ-)Priorisiereinrichtung zum Priorisieren der IP-Ströme anhand einer DiffServ-Markierung eines Pakets des IP-Stroms auf.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung weist die Priorisiereinrichtung eine Gewichtet-Fair-Prioritäts-(WFP-)Priorisiereinrichtung zum Sicherstellen einer fairen Verteilung der gemeinsam genutzten Bandbreite auf, die Reservierungsrichtliniengrenzen anhand von IP-Strom-Prioritäten setzt.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein paketzentriertes drahtloses Punkt-zu-Mehrpunkt-Telekommunikationssystem, das aufweist: eine mit einem ersten Datennetzwerk gekoppelte drahtlose Basisstation; eine oder mehrere mit dem ersten Datennetzwerk gekoppelte Host-Arbeitsstationen; eine oder mehrere Teilnehmerendgeräte-(CPE-)Stationen, die über eine gemeinsam genutzte Bandbreite unter Verwendung eines paketzentrierten Protokolls mit der drahtlosen Basisstation in drahtloser Verbindung stehen; und eine oder mehrere Teilnehmer-Arbeitsstationen, die über ein zweites Netzwerk mit jeder Teilnehmer-CPE-Station gekoppelt sind, und zwar derart, dass Ressourcen zum Optimieren der Endbenutzer-Servicequalität (QoS) und eine gemeinsam genutzte Bandbreite den Teilnehmer-CPE-Stationen zugewiesen werden und dass ein Internetprotokoll-(IP-)Strom über die gemeinsam genutzte drahtlose Bandbreite analysiert und disponiert wird, wobei die Art des Disponierens eine Art und Weise zum Priorisieren des IP-Stroms anhand von Prioritäten einer Servicevereinbarung (SLA) für SLA-Teilnehmer umfasst.
  • Alternative Merkmale des oben beschriebenen Systems umfassen eine Art und Weise zum Analysieren der SLA für den IP-Strom und eine Art und Weise zum Priorisieren des IP-Stroms anhand eines oder mehrerer teilnehmerdefinierten Parameter. Die SLA-Level können einen hohen Servicelevel, einen Standard-Servicelevel und eine Werte-Servicelevel umfassen. Das System kann derart ausgelegt sein, dass die verschiedenen SLA-Level zum Liefern von unterschiedlichen (1) Verkehrsraten zwischen den SLA-Teilnehmern, (2) Netzwerkverfügbarkeiten für die SLA-Teilnehmer, (3) Bandbreiten für die jeweiligen SLA-Teilnehmer, (4) Fehlerraten für die SLA-Teilnehmer, (5) Latenzgarantien für die SLA-Teilnehmer und (5) Jittergarantien für die SLA-Teilnehmer bieten.
  • Ein Disponierverfahren zur Anwendung in einem paketzentrierten Punkt-zu-Mehrpunkt-Telekommunikationssystem ist ebenfalls offenbart, welches umfasst: ein Telekommunikationssystem, eine mit einem ersten Datennetzwerk gekoppelte drahtlose Basisstation; eine oder mehrere mit dem ersten Datennetzwerk gekoppelte Host-Arbeitsstationen; eine oder mehrere Teilnehmerendgeräte-(CPE-)Stationen, die über eine gemeinsam genutzte Bandbreite unter Verwendung eines paketzentrierten Protokolls mit der drahtlosen Basisstation in drahtloser Verbindung stehen; und eine oder mehrere Teilnehmer-Arbeitsstationen, die über ein zweites Netzwerk mit jeder Teilnehmer-CPE-Station gekoppelt sind, und zwar derart, dass Ressourcen zum Optimieren der Endbenutzer-Servicequalität (QoS) und eine gemeinsam genutzte Bandbreite den Teilnehmer-CPE-Stationen zugewiesen werden; und ein Verfahren zum Analysieren und Disponieren eines Internetprotokoll-(IP-)Stroms über die gemeinsam genutzte drahtlose Bandbreite, wobei das Disponierverfahren den Schritt des Priorisierens des IP-Stroms anhand von Prioritäten einer Servicevereinbarung (SLA) für SLA-Teilnehmer umfasst.
  • Eine Ausführungsform des beschriebenen Verfahrens kann ferner das Analysieren der SLA für den IP-Strom umfassen. Eine weitere Ausführungsform umfasst den zusätzlichen Schritt des Priorisierens des IP-Stroms anhand eines oder mehrerer teilnehmerdefinierten Parameter. Das Verfahren kann die Schritte des Priorisierens auf einen hohen Servicelevel, des Priorisierens auf einen Standard-Servicelevel und des Priorisierens auf einen Werte-Servicelevel umfassen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine servicequalitäts-(QoS-)bewusstes drahtloses Punkt-zu-Mehrpunkt-Telekommunikationssystem, das aufweist: eine mit einem ersten Datennetzwerk gekoppelte drahtlose Basisstation; eine oder mehrere mit dem ersten Datennetzwerk gekoppelte Host-Arbeitsstationen; eine oder mehrere Teilnehmerendgeräte-(CPE-)Stationen, die über ein drahtloses Medium mit einer gemeinsam genutzten Bandbreite unter Verwendung eines paketzentrierten Protokolls mit der drahtlosen Basisstation in drahtloser Verbindung stehen; eine oder mehrere Teilnehmer-Arbeitsstationen, die über ein zweites Netzwerk mit jeder Teilnehmer-CPE-Station gekoppelt sind; und eine Ressourcen-Zuweisungsvorrichtung zum Zuweisen der gemeinsam genutzten Bandbreite zu den Teilnehmer-CPE-Stationen zwecks Optimierung der Endbenutzer-Servicequalität (QoS) für einen IP-Strom.
  • Die Ressourcen-Zuweisungsvorrichtung kann eine Einrichtung zum Zuordnen künftiger Slots eines Übertragungs-Frame zu einem Datenpaket in dem Übertragungs-Frame über das drahtlose Medium aufweisen. Die Zuordnungsvorrichtung kann aufweisen: eine Einrichtung zum Anlegen eines erweiterten Reservierungsalgorithmus; eine Einrichtung zum Reservieren eines ersten Slot für ein erstes Datenpaket eines Internetprotokoll-(IP-)Stroms in einem künftigen Übertragungs-Frame auf der Basis des Algorithmus; und eine Einrichtung zum Reservieren eines zweiten Slot für ein zweites Datenpaket des IP-Stroms in einem Übertragungs-Frame im zeitlichen Anschluss an das künftige Übertragungs-Frame auf der Basis des Algorithmus, wobei das zweite Datenpaket isochron zu dem Platzieren des ersten Datenpakets in dem ersten Slot in dem zweiten Slot platziert wird.
  • Bei einer Ausführungsform besteht eine periodische Abweichung zwischen dem Platzieren des ersten Datenpakets in dem ersten Slot und dem Platzieren des zweiten Datenpakets in dem zweiten Slot. Bei einer weiteren Ausführungsform besteht keine periodische Abweichung zwischen dem Platzieren des ersten Datenpakets in dem ersten Slot und dem Platzieren des zweiten Datenpakets in dem zweiten Slot.
  • Die Ressourcen-Zuweisungsvorrichtung kann eine Einrichtung zum Berücksichtigen hierarchischer klassenbasierter Prioritäten (HCBPs) für den IP-Strom aufweisen. Die Priorisiervorrichtung kann eine Einrichtung zum Berücksichtigen von Virtuell-Privatnetzwerks-(VPN-)Prioritäten für den IP-Strom aufweisen. Die Priorisiervorrichtung kann eine Einrichtung zum Berücksichtigen von auf einer Servicevereinbarung (SLA) basierenden Prioritäten für den IP-Strom aufweisen. Die Priorisiervorrichtung kann eine Einrichtung zum Berücksichtigen beliebigen Servicetyp-(TOS-)Prioritäten für den IP-Strom aufweisen. Die Priorisiervorrichtung kann eine Einrichtung zum Berücksichtigen von Differenziert-Service-(DiffServ-)Prioritäten für den IP-Strom aufweisen.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein drahtloses Telekommunikationsnetzwerk mit einer ausgezeichneten Servicequalität bereit. Ein Verfahren zum Zuordnen künftiger Slots eines Übertragungs-Frame zu einem Datenpaket in dem Übertragungs-Frame über ein drahtloses Telekommunikationsnetzwerksystem kann umfassen: Anlegen eines erweiterten Reservierungsalgorithmus; Reservieren eines ersten Slot für ein erstes Datenpaket eines Internetprotokoll-(IP-)Stroms in einem künftigen Übertragungs-Frame auf der Basis des Algorithmus; und Reservieren eines zweiten Slot für ein zweites Datenpaket des IP-Stroms in einem Übertragungs-Frame im zeitlichen Anschluss an das künftige Übertragungs-Frame auf der Basis des Algorithmus, wobei das zweite Datenpaket isochron zu dem Platzieren des ersten Datenpakets in dem ersten Slot in dem zweiten Slot platziert wird.
  • Bei einer Ausführungsform besteht eine periodische Abweichung zwischen dem Platzieren des ersten Datenpakets in dem ersten Slot und dem Platzieren des zweiten Datenpakets in dem zweiten Slot, während bei einer weiteren Ausführungsform keine periodische Abweichung zwischen dem Platzieren des ersten Datenpakets in dem ersten Slot und dem Platzieren des zweiten Datenpakets in dem zweiten Slot besteht.
  • Der erweiterte Reservierungsalgorithmus stellt fest, ob der IP-Strom jitteranfällig ist.
  • Es werden isochrone Datenpakete in einem Telekommunikationssystem bereitgestellt, wobei das Telekommunikationssystem aufweist: eine mit einem ersten Datennetzwerk gekoppelte drahtlose Basisstation; eine oder mehrere mit dem ersten Datennetzwerk gekoppelte Host-Arbeitsstationen; eine oder mehrere Teilnehmerendgeräte-(CPE-)Stationen, die über eine gemeinsam genutzte Bandbreite über das paketzentrierte Protokoll mit der drahtlosen Basisstation in drahtloser Verbindung stehen; eine oder mehrere Teilnehmer-Arbeitsstationen, die über ein zweites Netzwerk mit jeder Teilnehmer-CPE-Station gekoppelt sind; und eine Ressourcen-Zuweisungseinrichtung zum Optimieren der Endbenutzer-Servicequalität (QoS) und Zuweisen der gemeinsam genutzten Bandbreite an die Teilnehmer-CPE-Stationen; wobei ein erweiterter Reservierungsalgorithmus zum Reservieren nachfolgender Slots in einem oder mehreren künftigen Übertragungs-Frames des IP-Stroms isochron auf der Basis des Algorithmus an einen Internetprotokoll-(IP-)Strom angelegt wird. Es können periodische Abweichungen zwischen dem aufeinanderfolgenden Reservieren der nachfolgenden Slots bestehen, wobei der Algorithmus feststellt, ob der IP-Strom jitteranfällig ist.
  • Ein System zum Zuordnen künftiger Slots eines Übertragungs-Frame zu einem Paket in dem Übertragungs-Frame zur Übertragung über ein draht loses Medium weist auf: eine Einrichtung zum Anlegen eines erweiterten Reservierungsalgorithmus, eine Einrichtung zum Reservieren eines ersten Slot für ein erstes Datenpaket eines Internetprotokoll-(IP-)Stroms in einem künftigen Übertragungs-Frame auf der Basis des Algorithmus; und eine Einrichtung zum Reservieren eines zweiten Slot für ein zweites Datenpaket des IP-Stroms in einem Übertragungs-Frame im zeitlichen Anschluss an das künftige Übertragungs-Frame auf der Basis des Algorithmus, wobei das zweite Datenpaket isochron zu dem Platzieren des ersten Datenpakets in dem ersten Slot in dem zweiten Slot platziert wird. Das Platzieren kann periodisch erfolgen. Der erweiterte Reservierungsalgorithmus wird zum Feststellen verwendet, ob der IP-Strom jitteranfällig ist.
  • Das System stellt isochrone Datenpakete in einem Telekommunikationssystem bereit, das aufweisen kann: eine mit einem ersten Datennetzwerk gekoppelte drahtlose Basisstation; eine oder mehrere mit dem ersten Datennetzwerk gekoppelte Host-Arbeitsstationen; eine oder mehrere Teilnehmerendgeräte-(CPE-)Stationen, die über eine gemeinsam genutzte Bandbreite über ein paketzentriertes Protokoll mit der drahtlosen Basisstation in drahtloser Verbindung stehen; eine oder mehrere Teilnehmer-Arbeitsstationen, die über ein zweites Netzwerk mit jeder Teilnehmer-CPE-Station gekoppelt sind; und eine Ressourcen-Zuweisungseinrichtung zum Optimieren der Endbenutzer-Servicequalität (QoS) und Zuweisen der gemeinsam genutzten Bandbreite an die Teilnehmer-CPE-Stationen; wobei das System aufweist: eine Einrichtung zum Anlegen eines erweiterten Reservierungsalgorithmus an einen Internetprotokoll-(IP-)Strom; und eine Einrichtung zum isochronen Reservieren nachfolgender Slots in einem oder mehreren nachfolgenden künftigen Übertragungs-Frames des IP-Stroms auf der Basis des Algorithmus.
  • Das System kann eine periodische Abweichung zwischen aufeinanderfolgenden Reservierungen nachfolgender Übertragungs-Slots aufweisen, wobei der erweiterte Reservierungsalgorithmus feststellt, ob der IP-Strom jitteranfällig ist.
  • Die vorliegende Erfindung stellt ein drahtloses Telekommunikationsnetzwerksystem mit ausgezeichneter Servicequalität (QoS) bereit. Ein System zum Umsetzen von internetpriorisierten Internetprotokoll-(IP-)Strömen in Drahtlos-Bandbreiten-Ressourcen-Zuweisungen umfasst ein drahtloses Punkt-zu-Mehrpunkt-(PtMP-)Übertragungssystem, das aufweist: eine mit einem ersten Datennetzwerk gekoppelte drahtlose Basisstation; eine oder mehrere mit dem ersten Datennetzwerk gekoppelte Host-Arbeitsstationen; eine oder mehrere Teilnehmerendgeräte-(CPE-)Stationen, die über eine gemeinsam genutzte Bandbreite über ein paketzentriertes Protokoll mit der drahtlosen Basisstation in drahtloser Verbindung stehen; eine oder mehrere Teilnehmer-Arbeitsstationen, die über ein zweites Netzwerk mit jeder Teilnehmer-CPE-Station gekoppelt sind; und eine Ressourcen-Zuweisungseinrichtung zum Zuweisen der gemeinsam genutzten Bandbreite zu den Teilnehmer-CPE-Stationen, wobei die Ressourcen-Zuweisungseinrichtung aufweist: eine Analysiereinrichtung für TCP/IP- und UDP/IP-Ströme (IP-Ströme), die IP-Prioritäts-Paketkopf-IP-Strom-Identifikationsinformationen identifiziert und die IP-Ströme klassifiziert; und eine IP-Strom-Disponiereinrichtung zum Priorisieren der IP-Ströme unter Berücksichtigung der IP-Prioritäts-Kopf-Identifikationsinformationen.
  • Die IP-Prioritäts-Paketkopf-IP-Strom-Identifikationsinformationen umfassen eine Einrichtung zum Bestimmen und Berücksichtigen von QoS-Klassengruppierungen für den IP-Strom. Die IP-Prioritäts-Paketkopf-IP-Strom-Identifikationsinformationen berücksichtigen ferner optionale Servicetyp-(TOS-)Feldprioritätsmarkierungen.
  • Die Systemtyp-(TOS-)System-Feldprioritätsmarkierung ist mit der Internet Engineering Task Force-(IETF-)RFC 1992b und IETF RFC 1349 kompatibel. Die Markierungen umfassen eine Minimier-Verzögerungsmarkierung, eine Maximier-Durchsatzmarkierung, eine Maximier-Zuverlässigkeitsmarkierung, eine Minimier-Kostenmarkierung und eine Standardservicemarkierung. Ferner kann das System IP-Strom-Identifikationsinformationen zum Berücksichtigen einer optionalen Differenziert-Service-(DiffServ-)Feldprioritätsmar kierung, wie denjenigen, die mit der Internet Engineering Task Force-(IETF-)2474 und IETF RFC 2475 kompatibel sind, verarbeiten.
  • Bei einer Ausführungsform umfassen die IP-Prioritäts-Paketkopf-IP-Strom-Identifikationsinformationen eine Einrichtung zum Berücksichtigen von beliebigen Ressourcen-Reservierungsprotokoll-(RSVP-)Mitteilungen und Gegenständen. Die RSVP-Protokollmitteilungen können Wegmitteilungen, Reservierung (Resv), Wegabbaumitteilungen, Resv-Abbaumitteilungen, Wegfehlermitteilungen und Bestätigungsmitteilungen umfassen. Andere RSVP-Protokoll-Ziele umfassen Null, Session, RSVP_hop, Time_Values, Style, Flowspec, Sender_template, Sender_Tspec, Adspec, Error_Spec, Policy_Data, Integrity, Scope und Resv_Confirm. Die RSVP-Markierung ist mit der Internet Engineering Task Force (IETF) RFC 2205 kompatibel.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein paketzentriertes drahtloses Punkt-zu-Mehrpunkt-Telekommunikationssystem, das aufweist: eine mit einem ersten Datennetzwerk gekoppelte drahtlose Basisstation; eine oder mehrere mit dem ersten Datennetzwerk gekoppelte Host-Arbeitsstationen; eine oder mehrere Teilnehmerendgeräte-(CPE-)Stationen, die über eine gemeinsam genutzte Bandbreite über ein paketzentriertes Protokoll mit der drahtlosen Basisstation in drahtloser Verbindung stehen; und eine oder mehrere Teilnehmer-Arbeitsstationen, die über ein zweites Netzwerk mit jeder Teilnehmer-CPE-Station gekoppelt sind; und eine Ressourcen-Zuweisungseinrichtung zum Optimieren der Endbenutzer-Servicequalität (QoS) und Zuweisen der gemeinsam genutzten Bandbreite an die Teilnehmer-CPE-Stationen; eine Einrichtung zum Analysieren und Disponieren eines Internetprotokoll-(IP-)Stroms über die gemeinsam genutzte drahtlose Bandbreite.
  • Die Disponiereinrichtung weist eine Priorisiereinrichtung zum Priorisieren des IP-Stroms anhand von Prioritäten eines virtuellen Privatnetzwerks (VPN) auf. Das System kann eine Einrichtung zum Analysieren der Virtuell-Privatnetzwerk-(VPN-)Prioritäten für den IP-Strom oder zum Priorisieren sämtlicher VPN-IP-Ströme aufweisen. Das System kann eine Einrichtung zum Prio risieren des IP-Stroms anhand eines oder mehrerer teilnehmerdefinierten Parameter aufweisen. Bei dem System kann das VPN einen einen verzeichnisaktivierten Netzwerk-(DEN-)Tabellenmanagementtyp aufweisen. Das VPN kann unter Verwendung eines Punkt-zu-Punkt-Tunnelungsprotokolls (PPTP) implementiert werden.
  • Ferner ist ein Verfahren zum Durchführen des oben Beschriebenen vorgesehen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein paketzentriertes drahtloses Punkt-zu-Punkt-(PtP-)Telekommunikationssystem, das aufweist: eine drahtlose Basisstation, die über ein paketzentriertes Protokoll mit einem ersten Datennetzwerk in Verbindung steht; eine oder mehrere Host-Arbeitsstationen, die über das paketzentrierte Protokoll mit dem ersten Datennetzwerk in Verbindung stehen; eine Teilnehmerendgeräte-(CPE-)Station, die über eine gemeinsam genutzte Bandbreite über das paketzentrierte Protokoll über ein drahtloses Medium mit der drahtlosen Basisstation gekoppelt ist; und eine oder mehrere Teilnehmer-Arbeitsstationen, die über das paketzentrierte Protokoll über ein zweites Netzwerk mit der Teilnehmer-CPE-Station gekoppelt sind. Das paketzentrierte Protokoll kann ein Übertragungssteuerungsprotokoll/Internetprotokoll (TCP/IP) sein. Das paketzentrierte Protokoll kann ein Benutzer-Datagrammprotokoll/Internetprotokoll (UDP/IP) sein.
  • Das System kann eine Ressourcen-Zuweisungseinrichtung zum Zuweisen einer gemeinsam genutzten Bandbreite zu den Teilnehmer-CPE-Stationen aufweisen. Die Ressourcen-Zuweisung kann zum Optimieren der Endbenutzer-Servicequalität (QoS) durchgeführt werden.
  • Das drahtlose Kommunikationsmedium kann umfassen: ein Radiofrequenz-(RF-)Kommunikationsmedium; ein Kabelkommunikationsmedium; und/oder ein Satellitenkommunikationsmedium. Das drahtlose Kommunikationsmedium kann ferner ein Telekommunikationszugriffsverfahren umfassen mit: einem Zeitmultiplex-Vielfachzugriffs-(TDMA-)Zugriffsverfahren; einem Zeitmultiplex-Vielfachzugriffs-/Zeitmultiplex-(TDMA-/TDD-)Zugriffsverfahren; einem Codemultiplex-Vielfachzugriffs-(CDMA-)Zugriffsverfahren; und/oder einem Frequenzvielfachzugriffs-(FDMA-)Zugriffsverfahren.
  • Das erste Datennetzwerk kann umfassen: ein Drahtleitungsnetzwerk; ein drahtloses Netzwerk; ein Lokalnetzwerk (LAN); und/oder ein Fernnetzwerk (WAN). Das zweite Netzwerk kann umfassen: ein Drahtleitungsnetzwerk; ein drahtloses Netzwerk; ein Lokalnetzwerk (LAN); und/oder ein Fernnetzwerk (WAN).
  • Das System kann eine Ressourcen-Zuweisungseinrichtung aufweisen, die eine gemeinsam genutzte Bandbreite Teilnehmer-CPE-Stationen zuweist. Die Ressourcen-Zuweisungseinrichtung optimiert die Endbenutzer-Servicequalität (QoS). Die Ressourcen-Zuweisungseinrichtung kann auch anwendungsbewusst arbeiten.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein paketzentriertes Breitband-Koaxialkabel-Punkt-Telekommunikationssystem, das aufweist: eine drahtlose Kabel-Basisstation, die über ein paketzentriertes Protokoll mit einem ersten Datennetzwerk in Verbindung steht; eine oder mehrere Host-Arbeitsstationen, die über das paketzentrierte Protokoll mit dem ersten Datennetzwerk in Verbindung stehen; eine oder mehrere Teilnehmerendgeräte-(CPE-)Stationen, die über eine gemeinsam genutzte Bandbreite über das paketzentrierte Protokoll über ein Koaxialkabel-Kommunikationsmedium mit der drahtlosen Basisstation gekoppelt sind; und eine oder mehrere Teilnehmer-Arbeitsstationen, die über das paketzentrierte Protokoll über ein zweites Netzwerk mit der Teilnehmer-CPE-Station gekoppelt sind. Das paketzentrierte Protokoll kann ein Übertragungssteuerungsprotokoll/Internetprotokoll (TCP/IP) sein. Das paketzentrierte Protokoll kann ein Benutzer-Datagrammprotokoll/Internetprotokoll (UDP/IP) sein.
  • Das System kann eine Kabel-Ressourcen-Zuweisungseinrichtung zum Zuweisen einer gemeinsam genutzten Bandbreite zu den Teilnehmer-CPE-Sta tionen aufweisen. Die Ressourcen-Zuweisung kann die Endbenutzer-Servicequalität (QoS) optimieren. Das Koaxialkabel-Kommunikationsmedium kann eine Radiofrequenz-Datenkommunikation über ein Koaxialkabel umfassen, wobei ein oder mehrere Kabelmodems über das Medium übertragene Signale moduliert und demoduliert. Das Kabelmodem kann DOC/SYS-konform sein. Das QoS-optimierte Kabel-Ressourcen-Zuweisungssystem kann aufweisen: eine IP-Strom-Identifiziereinrichtung; eine IP-Strom-Charakterisiereinrichtung; eine IP-Strom-Klassifiziereinrichtung; und eine IP-Strom-Priorisiereinrichtung.
  • Das Koaxialkabel-Kommunikationsmedium kann ein Telekommunikationszugriffsverfahren aufweisen mit: einem Zeitmultiplex-Vielfachzugriffs-(TDMA-)Zugriffsverfahren; einem Zeitmultiplex-Vielfachzugriffs-/Zeitmultiplex-(TDMA-/TDD-)Zugriffsverfahren; einem Codemultiplex-Vielfachzugriffs-(CDMA-)Zugriffsverfahren; und/oder einem Frequenzvielfachzugriffs-(FDMA-)Zugriffsverfahren. Das erste Datennetzwerk kann ein Drahtleitungsnetzwerk; ein drahtloses Netzwerk; ein Lokalnetzwerk (LAN); und ein Fernnetzwerk (WAN) sein. Das zweite Netzwerk kann ein Drahtleitungsnetzwerk; ein drahtloses Netzwerk; ein Lokalnetzwerk (LAN); und/oder ein Fernnetzwerk (WAN) umfassen.
  • Die Ressourcen-Zuweisungseinrichtung kann anwendungsbewusst sein. Das System kann ein Punkt-zu-Punkt-(PtP-)Netzwerk sein. Das System kann auch ein Punkt-zu-Mehrpunkt-(PtMP-)Netzwerk sein.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Zuweisen einer gemeinsam genutzten drahtlosen Bandbreite in einem paketzentrierten drahtlosen Punkt-zu-Mehrpunkt-Telekommunikationssystem. Das Verfahren umfasst das Zuweisen der gemeinsam genutzten Bandbreite zu einer drahtlosen Basisstation und einer oder mehreren Teilnehmerendgeräte-(CPE-)Stationen. Das Verfahren kann das dynamische Zuweisen der gemeinsam genutzten Bandbreite umfassen. Das Verfahren kann das Zuweisen des der gemeinsam genutzten Bandbreite auf Frame-Basis umfassen, wie z.B. (1) Zuweisen des Frame der gemeinsam genutzten Bandbreite in Uplink-Richtung von einer Teilnehmer-CPE-Station zu der drahtlosen Basisstation; oder (2) Zuweisen des Frame der gemeinsam genutzten Bandbreite in Downlink-Richtung von der drahtlosen Basisstation zu einer Teilnehmer-CPE-Station.
  • Das Verfahren kann ferner umfassen: Zuweisen der gemeinsam genutzten Bandbreite auf einer Subframe-in-einem-Frame-Basis; Zuweisen des Subframe der gemeinsam genutzten Bandbreite in Uplink-Richtung von einer Teilnehmer-CPE-Station zu der drahtlosen Basisstation; Zuweisen des Subframe der gemeinsam genutzten Bandbreite in Downlink-Richtung von der drahtlosen Basisstation zu einer Teilnehmer-CPE-Station.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Zuweisen der gemeinsam genutzten Bandbreite auf einer Slot-in-einem-Frame-Basis, mit Zuweisen des Slot der gemeinsam genutzten Bandbreite in Uplink-Richtung von einer Teilnehmer-CPE-Station zu der drahtlosen Basisstation; und Zuweisen des Slot der gemeinsam genutzten Bandbreite in Downlink-Richtung von der drahtlosen Basisstation zu einer Teilnehmer-CPE-Station.
  • Bei einer Ausführungsform umfasst das Verfahren das Zuweisen der gemeinsam genutzten Bandbreite auf einer Subslot-in-einem-Frame-Basis. Dieses umfasst das Zuweisen des Subslot der gemeinsam genutzten Bandbreite in Uplink-Richtung von einer Teilnehmer-CPE-Station zu der drahtlosen Basisstation; oder Zuweisen des Subslot der gemeinsam genutzten Bandbreite in Downlink-Richtung von der drahtlosen Basisstation zu einer Teilnehmer-CPE-Station.
  • Das Verfahren kann das Zuweisen der gemeinsam genutzten Bandbreite zu einem oder mehreren Steuerpaketen umfassen. Das Verfahren umfasst das Zuweisen eines Downstream-Bestätigungs-Slot; Zuweisen eines Reservierungsanforderungs-Slot; Zuweisen eines Upstream-Bestätigungs-Slot; Zuweisen eines Bestätigungsanforderungs-Slot; Zuweisen eines Frame-Deskriptor-Slot; und Zuweisen eines Befehls- und Steuer-Slot.
  • Das Verfahren kann das Zuweisen einer gemeinsam genutzten Bandbreite zu einem oder mehreren Datenpaketen umfassen. Das Verfahren kann das Zuweisen der gemeinsam genutzten Bandbreite in einer Uplink-Richtung und das Zuweisen der gemeinsam genutzten Bandbreite in einer Downlink-Richtung umfassen.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schaffen einer servicequalitäts-(QoS-) bewussten, drahtlosen Punkt-zu-Mehrpunkt-Telekommunikation in einem Telekommunikationssystem. Das Telekommunikationssystem weist auf: eine mit einem ersten Datennetzwerk gekoppelte drahtlose Basisstation; eine oder mehrere mit dem ersten Datennetzwerk gekoppelte Host-Arbeitsstationen; eine oder mehrere Teilnehmerendgeräte-(CPE-)Stationen, die über eine gemeinsam genutzte Bandbreite unter Verwendung eines paketzentrierten Protokolls mit der drahtlosen Basisstation in drahtloser Verbindung stehen; eine oder mehrere Teilnehmer-Arbeitsstationen, die über ein zweites Netzwerk mit jeder eilnehmer-CPE-Station gekoppelt sind.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann das Zuweisen der gemeinsam genutzten Bandbreite zu den Teilnehmer-CPE-Stationen derart, dass die Endbenutzer-QoS optimiert wird, umfassen.
  • Das Verfahren umfasst das Analysieren und Disponieren von IP-Strömen über die gemeinsam genutzte Bandbreite. Es umfasst das Identifizieren der IP-Ströme; das Charakterisieren der IP-Ströme; das Klassifizieren der IP-Ströme; und das Priorisieren der IP-Ströme.
  • Der Identifizierschritt kann das Analysieren von Paketkopffeldern und das Identifizieren eines neuen und eines bestehenden IP-Stroms umfassen. Dies umfasst: Puffern von Paketen der IP-Ströme; Extrahieren von Daten aus den Paketkopffeldern jedes Pakets; und Analysieren der Paketkopffelder. Dies umfasst ferner das Feststellen, ob ein Paket eines IP-Stroms eine Paketversion IPv.4 oder IPv-6 ist und eine Einrichtung zum Parsen des Pakets. Dies um fasst ferner das Bestimmen eines Quellenanwendungstyp und folgendes: Speichern und Abrufen einer Quellenanwendung für eine Quellenadresse aus einer Quellenanwendungs-Paketkopftabelle; Bestimmen einer Quellenanwendung aus einem Servicetyp-(TOS-)Paketkopffeld; und/oder Bestimmen einer Quellenanwendung aus einem Differenziert-Service-(DiffServ-)Paketkopffeld. Der Identifizierschritt kann ferner das Speichern und Abrufen eines bestehenden IP-Stroms in die und aus der IP-Strom-Identifizierungsdatentabelle umfassen.
  • Das Verfahren kann ferner umfassen: Feststellen, ob ein Paket ein Schwellenalter überschreitet; Vorhersagen von Kundenanwendungs-IP-Strom-Abbrüchen auf der Basis des Alters des Pakets; Bestimmen einer QoS-Anforderung für den neuen IP-Strom; und Bestimmen einer Teilnehmeridentifikation für die dem neuen IP-Strom zugeordnete Teilnehmer-CPE-Station. Dies kann das Analysieren eines Time-To-Live-(TTL-)Paketkopffelds zum Bestimmen des Alters des Pakets umfassen.
  • Das Verfahren kann ferner umfassen: Bestimmen einer QoS-Anforderung für den neuen IP-Strom anhand von: einer Quellenadresse, einer Zieladresse und/oder einer UDP-Portnummer.
  • Das Verfahren kann das Klassifizieren des Pakets des neuen Stroms in eine QoS-Klassengruppierung umfassen. Dies kann umfassen: Bestimmen und Berücksichtigen von QoS-Klassengruppierungen für den IP-Strom; Berücksichtigen optionaler Differenziert-Service-(DiffServ-)Feldprioritätsmarkierung für den IP-Strom; Berücksichtigen einer optionalen Servicetyp-(TOS-)Feldprioritätsmarkierung für den IP-Strom; Berücksichtigen hierarchischer klassenbasierter Prioritäten (HCBPs) für den IP-Strom; Berücksichtigen von Virtuell-Privatnetzwerks-(VPN-)Prioritäten für den IP-Strom; Berücksichtigen von auf einer Servicevereinbarung (SLA) basierenden Prioritäten für den IP-Strom; Berücksichtigen beliebigen Servicetyp-(TOS-)Prioritäten für den IP-Strom; und Berücksichtigen von Differenziert-Service-(DiffServ-)Prioritäten für den IP-Strom.
  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Integrieren differenziertservice-(DiffServ-) markierter IP-Ströme in Servicequalitäts-(QoS-)Prioritäten in einem drahtlosen Punkt-zu-Mehrpunkt-(PtMP-)Übertragungssystem. Das System weist auf: eine mit einem ersten Datennetzwerk gekoppelte drahtlose Basisstation; eine oder mehrere mit dem ersten Datennetzwerk gekoppelte Host-Arbeitsstationen; eine oder mehrere Teilnehmerendgeräte-(CPE-)Stationen, die über eine gemeinsam genutzte Bandbreite über ein paketzentriertes Protokoll mit der drahtlosen Basisstation in drahtloser Verbindung stehen; eine oder mehrere Teilnehmer-Arbeitsstationen, die über ein zweites Netzwerk mit jeder Teilnehmer-CPE-Station gekoppelt sind; und eine Ressourcen-Zuweisungseinrichtung zum Zuweisen einer gemeinsam genutzten Bandbreite an die Teilnehmer-CPE-Stationen. Das erfindungsgemäße Verfahren umfasst folgende Schritte: Analysieren eines IP-Stroms hinsichtlich einer Differenziert-Service-(DiffServ-)Markierung; und Disponieren der IP-Ströme unter Berücksichtigung einer DiffServ-Markierung.
  • Der IP-Strom kann umfassen: eine TCP/IP-Strom und/oder einen UDP/IP-Strom. Der Analysierschritt kann umfassen: Identifizieren des IP-Stroms mit der DiffServ-Markierung; Charakterisieren des IP-Stroms mit der DiffServ-Markierung; und Klassifizieren des IP-Stroms mit der DiffServ-Markierung. Der Disponierschritt kann das Priorisieren des IP-Stroms unter Berücksichtigung der DiffServ-Markierung und anderer IP-Prioritäts-Kopfidentifikationsinformationen umfassen. Der Priorisierschritt kann gewichtete Fair-Prioritäten (WFP) umfassen.
  • Der Priorisierschritt kann umfassen: Priorisieren auf der Basis einer IP-Strom-Hierarchieklassen-basierten Priorität; Priorisieren auf der Basis einer Virtuell-Privatnetzwerk-(VPN-)Subskription; und Priorisieren auf der Basis einer Virtuell-Privatnetzwerk-(VPN-)Subskriptions-Klassenpriorität.
  • Der Identifizierschritt kann mindestens einen der folgenden Schritte umfassen: Analysieren eines oder mehrerer Kopffelder in dem IP-Strom; und Unterscheiden zwischen einem neuen und einem bestehenden IP-Strom. Der Schritt des Analysierens von Paketkopffeldern kann umfassen: Puffern von Paketen der IP-Ströme; Extrahieren von Daten aus den Paketkopffeldern jedes Pakets; und Analysieren der Informationen der der Paketkopffelder. Der Extrahierschritt kann mindestens einen der folgenden Schritte umfassen: Feststellen, ob die Pakete eine Paketversion IPv.4 oder IPv.6 sind; und Parsen der Pakete der IP-Ströme. Der Analysierschritt kann den Schritt des Bestimmens eines Quellenanwendungstyps umfassen.
  • Der Analysierschritt kann den Schritt des Berücksichtigens einer Differenziert-Service-(DiffServ-)Feldprioritätsmarkierung umfassen. Die DiffServ-Feldprioritätsmarkierung kann mit der Internet Engineering Task Force-(IETF-) 2474 kompatibel sein. Die DiffServ-Feldprioritätsmarkierung kann mit der IETF RFC 2475 kompatibel sein.
  • Der Klassifizierschritt kann den Schritt des Zuordnens eines Pakets eines bestehenden IP-Stroms zu dem bestehenden IP-Strom umfassen. Der Klassifizierschritt kann den Schritt des Eingruppierens eines Pakets eines neuen IP-Stroms in eine QoS-Prioritätsklasse umfassen. Der Eingruppierschritt kann den Schritt des Berücksichtigens einer DiffServ-Markierung für den IP-Strom umfassen. Der Priorisierschritt kann den Schritt des Berücksichtigens einer DiffServ-Markierung für den IP-Strom umfassen.
  • Kurzbeschreibung der Figuren
  • Die vorliegende Erfindung wird nun anhand der beiliegenden Figuren beschrieben. Es zeigen:
  • 1A ein Blockschaltbild, das einen Überblick über ein Standard-Telekommunikationsnetzwerk gibt, welches Local Exchange Carrier-Services innerhalb eines oder mehrerer Local Access- und Transportbereiche bietet;
  • 1B ein herkömmliches Videonetzwerk, wie beispielsweise ein Kabelfernseh-(CAN-)Netzwerk;
  • 2A ein Blockschaltbild, das einen Überblick über ein Standard-Telekommunikationsnetzwerk gibt, welches sowohl Local Exchange Carrier Services als auch Interchange Carrier Services zwischen in verschiedenen Local Access- und Transportbereichen befindlichen Teilnehmern bietet;
  • 2B eine detailliert Darstellung eines Signalnetzwerks;
  • 2C ein beispielhaftes Netzwerk, das Sprach-, Daten- und Videoverkehr über ein Datennetzwerk übermittelt;
  • 2D ein Netzwerk mit einem Punkt-zu-Mehrpunkt-Netzwerk, das über einen Router mit einem Datennetzwerk gekoppelt ist;
  • 3A eine beispielhafte perspektivische grafische Darstellung eines Punkt-zu-Mehrpunkt-Netzwerks;
  • 3B ein Blockschaltbild mit Darstellung eines drahtlosen Punkt-zu-Mehrpunkt-Netzwerks;
  • 4 eine erfindungsgemäße Drahtlos-Internetprotokoll-Netzwerkszugriffsarchitektur;
  • 5A Internetprotokollströme von einem Teilnehmer-Host zu einer drahtlosen Basisstation und über eine drahtlose Verbindung zu einem Ziel-Host;
  • 5B ein Funktions-Ablaufdiagramm mit einer beispielhaften Funktionsbeschreibung eines Übertragungssteuerungsprotokoll-Hilfs agenten, der eine Ausgangs-Übertragungssteuerungsprotokoll-Spoof-Funktion durchführt;
  • 5C ein Funktions-Ablaufdiagramm mit einer beispielhaften Funktionsbeschreibung eines Übertragungssteuerungsprotokoll-Hilfsagenten, der eine Eingangs-Übertragungssteuerungsprotokoll-Spoof-Funktion durchführt;
  • 6 ein Blockschaltbild mit Darstellung des Disponierens gemischter Internetprotokollströme;
  • 7 Paketkopffeldinformationen, die zum Identifizieren von Internetprotokollströmen und der Servicequalitätsanforderungen der Internetprotokollströme verwendet werden können;
  • 8A ein Blockschaltbild, das eine beispielhafte Downlink-Analyse-, Priorisier- und Disponierfunktion zusammenfasst;
  • 8B ein Blockschaltbild, das eine beispielhafte Uplink-Analyse-, Priorisier- und Disponierfunktion zusammenfasst;
  • 9 wie eine Downlink-Strom-Disponiereinrichtung eine Servicevereinbarung beim Priorisieren eines Frame-Slot und Disponieren der Ressourcen-Zuweisung berücksichtigen kann;
  • 10 eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Medienzugriffssteuerungs-Hardwarearchitektur;
  • 11 eine beispielhafte Softwareorganisation für ein paketzentriertes drahtloses Punkt-zu-Mehrpunkt-Telekommunikationssystem;
  • 12A ein beispielhaftes Zeitmultiplex-Mehrfachzugriffs-Medienzugriffssteuerungs-Airframe;
  • 12B eine beispielhafte Struktur für ein Zeitmultiplex-Mehrfachzugriffs-/Zeitmultiplex-Duplex-Airframe;
  • 12C ein beispielhaftes Downstream-Übertragungs-Subframe;
  • 12D ein beispielhaftes Upstream-Bestätigungsblockfeld eines Downstream-Übertragungs-Subframe;
  • 12E ein beispielhaftes Bestätigungsanforderungsblockfeld eines Downstream-Übertragungs-Subframe;
  • 12F ein beispielhaftes Frame-Deskriptor-Blockfeld eines Downstream-Übertragungs-Subframe;
  • 12G eine beispielhafte Downstream-Medienzugriffssteuerungs-Nutzdateneinheit eines Downstream-Übertragungs-Subframe;
  • 12H einen beispielhaften Befehls- und Steuerblock eines Downstream-Übertragungs-Subframe;
  • 12I ein beispielhaftes Upstream-Übertragungs-Subframe;
  • 12J einen beispielhaften Downstream-Bestätigungsblock eines Upstream-Übertragungs-Subframe;
  • 12K einen beispielhaften Reservierungsanforderungsblock eines Upstream-Übertragungs-Subframe 1204;
  • 12L eine beispielhafte Medienzugriffssteuerungs-Nutzdateneinheit eines Upstream-Übertragungs-Subframe;
  • 12M, 12N und 12O einen beispielhaften Operations-Datenblock eines Upstream-Übertragungs-Subframe;
  • 13 wie eine beispielhafte Strom-Disponiereinrichtung für die vorliegende Erfindung funktioniert;
  • 14 ein beispielhaftes zweidimensionales Blockschaltbild eines erweiterten Reservierungsalgorithmus;
  • 15A ein beispielhaftes logisches Ablaufdiagramm für eine Downlink-Strom-Analysiereinrichtung;
  • 15B ein beispielhaftes logisches Ablaufdiagramm für eine Downlink-Strom-Disponiereinrichtung;
  • 16A ein beispielhaftes logisches Ablaufdiagramm für eine Uplink-Strom-Analysiereinrichtung;
  • 16B ein beispielhaftes logisches Ablaufdiagramm für eine Uplink-Strom-Disponiereinrichtung;
  • 17 einen Internetprotokoll-Strom in einer Downlink-Richtung mit einer Internetprotokoll-Sicherheitsverschlüsselung; und
  • 18 eine Uplink-Richtung des Internetprotokoll-Sicherheits-Support.
  • In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen generell identische, im Wesentlichen funktionsgleiche und/oder im Wesentlichen strukturgleiche Elemente. Die Figur, in der ein Element zum ersten Mal gezeigt ist, ist durch die ganz links angegebene(n) Zahl(en) in dem Bezugszeichen angezeigt.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • VII. Beispielhafte Umgebung
  • Die vorliegende Erfindung wird anhand einer beispielhaften Umgebung beschrieben. Bei der beispielhaften Umgebung wird eine feste drahtlose Punkt-zu-Mehrpunkt-(PtMP)-)Verbindung zum Übertragen von paketisierten Dateninformationen, einschließlich beispielsweise IP-Telefonie, Video, Daten, die von einem Telekommunikationsübermittler kommen, verwendet. Wie hier verwendet, kann der Ausdruck Telekommunikationsübermittler in den USA ansässige Unternehmen (siehe nachstehende Definition unter Abschnitt II), wie z.B. ILECs, CLECs, IXCs, NGTs oder Provider von erweiterten Diensten (ESPs) sowie globale Unternehmen, wie z.B. PTTs und NEs, die Fachleuten auf dem Sachgebiet bekannt sind, umfassen. Ferner umfasst, wie hier verwendet, ein Telekommunikationssystem von Unternehmen, wie z.B. ILECs, CLECs, IXCs und Providern von erweiterten Diensten (ESP), verwendete inländische Systeme sowie globale Systeme, die Fachleuten auf dem Sachgebiet bekannt sind.
  • Bei der bevorzugten Ausführungsform kommt der Verkehr über eine Fernnetzwerk-(WAN-)Verbindung. Der Datenverkehr wird über einen Netzwerk-Router von einem Datennetzwerk empfangen und kann aus einem Internetprotokoll-(IP-)Format beispielsweise in das Punkt-zu-Punkt-Protokoll (PPP) demoduliert werden. Netzwerk-Router können beispielsweise einen Universalcomputer, wie z.B. die auf einer Routing-Software laufende SUN-Arbeitsstation oder eine zweckbestimmte Routing-Vorrichtung, wie z.B. verschiedene Modell von CISCO, San Jose, CA, ASCEND, Alameda, CA, NETOPIA, Alameda, CA oder 3COM, Santa Clara, CA, umfassen.
  • Alternativ kann ein Virtuell-Privatnetzwerksprotokoll, wie z.B. das Punkt-zu-Punkt-Tunnelungsprotokoll (PPTP) verwendet werden, um einen "Tunnel" zwischen einem entfernten Benutzer und einem Unternehmens-Da tennetzwerk herzustellen. Ein Tunnel ermöglicht es einem Netzwerkadministrator, ein virtuelles Privatnetzwerk von einem Server (z.B. einem Windows-NT-Server) zu einem Datennetzwerk (z.B. das Internet) zu erweitern.
  • Obwohl die Erfindung anhand dieser beispielhaften Umgebung beschrieben wird, sei darauf hingewiesen, dass die Beschreibung anhand dieser Umgebung nur der Erläuterung dient. Die Erfindung ist nicht auf diese beispielhafte Umgebung oder die genauen Interaktionen zwischen den oben genannten Vorrichtungen beschränkt. Anhand der folgenden Beschreibung wird es für einen Fachmann auf dem Sachgebiet ersichtlich, wie die Erfindung in alternative Umgebungen zu implementieren ist.
  • VIII. Definitionen
  • In der nachstehenden Tabelle ist die Telekommunikations-Terminologie definiert. Diese Ausdrücke werden in der gesamten Beschreibung der Erfindung verwendet. Tabelle 1.
    Figure 00330001
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  • IX. Einführung
  • A. Servicequalität (QOS) in einer drahtlosen Umgebung
  • Das Konzept der Servicequalität (QoS) ist eines der schwierigsten und am wenigsten verstandenen Themen hinsichtlich Datennetzwerken. Obwohl es sich hierbei um einen gängigen Ausdruck auf dem Sachgebiet der Datennetzwerke handelt, gibt es zahlreiche unterschiedlichen Verwendungen und Definitionen von QoS, was zu einer Verwirrung bezüglich der exakten Bedeutung in präziser oder quantitativer Hinsicht führt. Die Verwirrung wird noch größer, wenn versucht wird, numerischen Quantitäten zu messen oder zu spezifizieren, die ausreichen, um einen Vergleich der Geräte- oder Netzwerkleistung hinsichtlich der QoS zu ermöglichen.
  • Die Verwirrung bezüglich der QoS in allgemeinen Datennetzwerken wird transferiert und vergrößert, wenn sie auf drahtlose Datenübertragung angewendet wird. Die drahtlose Übertragung weist eine höhere inhärente Bitfehlerrate (BER) auf als eine Drahtleitungsübertragung. Aufgrund des Hinzu fügens von z.B. einer Punkt-zu-Mehrpunkt-(PtMP-)Topologie für mehrere Benutzer, die ein drahtloses Medium gemeinsam nutzen, ist es wünschenswert, dass die QoS derart definiert ist, dass die mehreren komplizierenden Faktoren, die bei einer drahtlosen Datenübertragung auftreten, spezifisch angesprochen werden.
  • Zum unzweideutigen Definieren der QoS, die auf eine drahtlose Datenübertragung anwendbar ist, ist die Art des Problems, das mit der QoS gelöst werden soll, hilfreich. Viele der Probleme bei der drahtlosen Datenübertragung sind einzigartig und unterscheiden sich von denjenigen, die bei der Drahtleitungs-Datenübertragung auftreten, wobei einige jedoch auch gleich sind. Bei drahtlosen Breitband-Zugangssystemen sind die Probleme der Qualitätsbereitstellung komplexer als bei der analogen Drahtleitungsübertragung. Wie beim Drahtleitungs-Gegenpart umfassen die bei der drahtlosen Übermittlung von Daten auftretenden Probleme z.B. langsamen Zugriff auf Peripheriegeräte, Datenfehler, "Abstürze", unnötige erneute Übertragung, Verkehrsüberlastung, außersequentielle Datenpakete, Latenz und Jitter. Zusätzlich zu diesen Problemen treten bei der drahtlosen Übermittlung weitere Probleme auf, wie z.B. hohe inhärente Fehlerbitraten (BER), begrenzte Bandbreite, Benutzerwettbewerb, Radiointerferenz und TCP-Verkehrsratenmanagement. Ein QoS-bewusstes drahtloses System ist zum Lösen aller dieser Probleme gewünscht.
  • Es gibt eine Anzahl von Arten, wie Benutzer oder Teilnehmer eines Datennetzwerks Schwierigkeiten erleben. Eine Netzwerk-Schwierigkeit ist auf einen Mangel an Netzwerkverfügbarkeit zurückzuführen. Je nach angewendeter Zugangstechnik kann diese eine "Modem-keine-Antwort", "keine Netzwerkverbindung" oder ein plötzlicher unerwarteter "Absturz" einer Netzwerkverbindung sein. Diese Schwierigkeiten werden nicht als mit einer hohen QoS übereinstimmend angesehen. Wenn eine Netzwerkverbindung hergestellt ist, können durch Überlastung verursachter langsamer Verkehr, lokale Zugangsengpässe und Netzwerkausfälle als langsames Laden einer Webseite, langsame Dateiübertragungen und schlechte Sprach-/Videoqualität bei konti nuierlichen Multimediaanwendungen erfahren werden. Schlechte Qualität bei kontinuierlichen Multimediaanwendungen können auch aus hohem "Jitter" oder große und schnelle Veränderungen bei der Latenz resultieren, was zu Unterbrechungen, Verzerrung oder Beendigung der Sitzung führt. Zahlreiche unterschiedliche Schwierigkeiten können zu tatsächlichen Datenfehlern führen, die in einigen Fällen katastrophal sein können, wie z.B. bei der Dateiübertragung einer Tabelle. Es ist wünschenswert, dass diese Probleme eines Datenübertragungsnetzwerks minimiert oder eliminiert werden.
  • 1. Qualität
  • Bei Datennetzwerken impliziert Qualität normalerweise den Prozess der zuverlässigen und rechtzeitigen Übermittlung von Daten. Was zuverlässig und rechtzeitig bedeutet, hängt von der Art des durchgeführten Verkehrs ab. Diese Ausdrücke können den Bezug auf Begrenzungen beim Datenverlust, Erwartungen hinsichtlich der Datengenauigkeit, Begrenzungen von Datenlatenzveränderungen (auch als Jitter bekannt) und Begrenzungen von erneuten Datenübertragungen und Begrenzungen von Umkehrungen der Reihenfolge von Datenpaketen umfassen. Daher ist die QoS ein komplexes Konzept, das einen entsprechend komplexen Mechanismus zur Implementierung erforderlich machen kann.
  • Die QoS kann ein relativer Ausdruck sein, der für unterschiedliche Benutzer unterschiedliche Bedeutungen hat. Ein Benutzer, der gelegentlich im Web surft, jedoch kein Dateiübertragungsprotokoll (FTP) herunterlädt oder keine Echtzeit-Multimediasitzung durchführt, kann eine andere Definition von QoS haben als ein Benutzer, der zahlreiche FTP-Dateien großer Datenbanken oder Finanzdateien herunterlädt und häufig H.323-Videokonferenzen und IP-Telefoniegespräche durchführt. Ferner kann ein Benutzer einen Beitragssatz (d.h. eine sogenannte Servicevereinbarung (SLA)) für hohe Netzwerkverfügbarkeit, geringe Latenz und geringen Jitter zahlen, während ein anderer Benutzer einen niedrigen Satz nur für gelegentliches Surfen nur am Wochenende zahlt. Daher sollte QoS am besten als Kontinuum verstanden werden, das durch das für einen bestimmten Benutzer und die SLA des Benutzers wichtigste Netzwerkleistungscharakteristikum definiert ist. Das Maximieren der Erfahrung des Endbenutzers ist eine wesentliche Komponente beim Bereitstellen einer drahtlosen QoS.
  • 2. Service
  • Bei Datennetzwerken kann ein Service als eine Art von Verbindung von einem Ende eines Netzwerks zu einem anderen definiert sein. Früher wäre dies als protokollspezifisch definiert worden, wie z.B. die System-Netzwerkarchitektur (SNA) von IBM, IPX von Novell, DECnet von Digital. Es scheint jedoch so, dass sich das TCP/IP (d.h. einschließlich Benutzer-Datagrammprotokoll (UDP)) auf überwältigende Weise zu dem Protokoll der Wahl entwickelt hat und dies auch in absehbarer Zukunft bleiben wird. Daher kann der Service als eine spezielle Art der TCP/IP-Verbindung oder -Übertragung definiert werden. Ein solcher Servicetyp kann z.B. FTP-Dateiübertragungen, E-Mail-Verkehr, Hypertexttransferprotokoll-(http-)Verkehr und H.323-Videokonferenzsitzungen umfassen. Es ist wünschenswert, dass ein QoS-Mechanismus zusätzlich zum Behandeln der oben beschriebenen unterschiedlichen Qualitätstypen diese unterschiedlichen Servicearten berücksichtigt.
  • 3. QOS als Mechanismus
  • QoS kann als Mechanismus zum selektiven Zuweisen der knappen Netzwerkkapazität und Übertragung von Ressourcen an unterschiedliche Netzwerkverkehrsklassen mit angemessen Prioritätslevels angesehen werden. Idealerweise wird durch die Art des Datenverkehrs, die Anforderungen der Benutzer, die Netzwerkbedingungen und die Charakteristiken der Verkehrsquellen und -ziele das Wirken des QoS-Mechanismus zu einem gegebenen Zeitpunkt modifiziert. Letztendlich ist es jedoch auch wünschenswert, dass der QoS-Mechanismus derart funktioniert, dass dem Benutzer ein optimaler Service geboten wird, unabhängig davon, wie der Benutzer diesen definiert.
  • a. Leitungsvermittelter QoS
  • Bei älteren Netzwerken, die primär für Sprachverkehr über Telefongesellschaften vorgesehen waren, erfolgte die Datenübertragung im Hinblick auf eine Definition einer leitungsvermittelten QoS. Bei dieser Definition impliziert QoS die Fähigkeit zum Durchführen von asynchronem (d.h. Datenübertragung durch Start- und Stoppsequenzen ohne Verwendung eines gemeinsamen Takts) sowie isochronem (d.h. konsistenter zeitlich festgelegter Zugang zu einer Netzwerkbandbreite für zeitempfindlichen Sprach- und Videoverkehr) Verkehr. Die leitungsvermittelte QoS erfolgte durch Zweckbestimmen einer Ende-zu-Ende-Schaltung für jede Verbindung oder jeden Service, unabhängig davon, ob es sich um Sprache (siehe 1A) oder Daten handelte. Der schaltungszentrierte QoS-Mechanismus war einfach das Bereitstellen dieser Schaltung ausschließlich zur Benutzung durch den Benutzer. Selbstverständlich sind bei dieser Vorgehensweise die Schaltung, sämtliche dieser Schaltung zugeordneten Übertragungskanäle und das Transportmedium selbst über die Gesamtdauer der Sitzung für einen einzigen Benutzer zweckbestimmt, unabhängig davon, ob die Daten tatsächlich in jedem Moment der Sitzung übertragen werden. Es wurde allgemein angenommen, dass nur auf diese Weise eine echte QoS erreicht werden kann. Daher wurde bei herkömmlichen Konfigurationen für drahtlose Breitband-Zugangssysteme (siehe 2A) ebenfalls diese Vorgehensweise angewendet, wodurch ein drahtloser Radiokanal für jede spezielle Datenverbindung zweckbestimmt wurde, unabhängig von der Anwendung und davon, ob Daten tatsächlich in jedem gegebenen Moment übertragen wurden. Diese schaltungszentrierte Vorgehensweise bezüglich der QoS ist hinsichtlich der Kosten für die Geräte und der Ausnutzungsfaktoren für das Übertragungsmedium selbst ziemlich aufwendig.
  • b. Asynchroner QoS-Transfermodus (ATM)
  • Bei ATM-Netzwerken können Telefongesellschaften weiterhin einen paketzentrierten QoS-Mechanismus bei Herstellung permanenter virtueller Verbindungen (PVCs) (d.h. eine virtuelle Weg- oder Kanalverbindung (VPC oder VCC) für unbegrenzte Benutzung) und vermittelte virtuelle Verbindungen (SVCs) (d.h. logische Verbindungen zwischen von einem ATM-Netzwerk je nach Bedarf anhand von von einem Endbenutzer oder einem anderen Netzwerk kommenden Signalmitteilungen erzeugten Endpunkten) auf analoge Weise für den älteren Sprachschaltungsmechanismus bereitstellen. Es wurden jedoch mehrere neue Konzepte benötigt, einschließlich einer Zugangsrichtlinie, Verkehrsgestaltung und Mechanismen, wie z.B. Leaky-Buckets, um den Verkehr zu handhaben, der jetzt als variable Bitrate (VBR), konstante Bitrate (CBR) und unspezifizierte Bitrate (UBR) kategorisiert wurde.
  • Virtuelle Schaltungen wurden für Datenübertragungssitzungen erstellt, wieder unabhängig von der Datenanwendung oder davon, ob Daten in jedem gegebenen Moment übertragen wurden. Obwohl der ATM eine QoS für Breitband-Netzwerkverkehr bietet, umfassen die diesem zugrundeliegenden Annahmen der ATM-Konfiguration die Niedrig-BER-Charakteristik von Drahtleitungsnetzwerken und nicht die hohe BER des drahtlosen Mediums. Ohne ein Erkennen der Charakteristiken des von dem ATM-Mechanismus durchgeführten Verkehrs und der hohen inhärenten BER eines drahtlosen Mediums kann keine echte QoS geboten werden. ATM-QoS-Mechanismen berücksichtigen nicht die mit einer drahtlosen Kommunikation in Zusammenhang stehenden einzigartigen Herausforderungen.
  • c. Paketvermittelte QoS
  • Das Paketvermitteln revolutioniert die Datenübertragungen, so dass herkömmliche Leitungsvermittlungs- und ATM-Netzwerkkonzepte und ihre älteren QoS-Mechanismen aktualisiert werden müssen. Bei paketvermittelten Datenübertragungen kann keine Schaltung für eine spezielle Datenübertragungssitzung zweckbestimmt werden. Eine Stärke der Paketvermittlung liegt in der Flexibilität der Routen und der Parallelität des entsprechenden physischen Netzwerks. Daher kann der QoS-Mechanismus nicht auf die gleiche Weise arbeiten wie der ältere schaltungszentrierte QoS-Mechanismus.
  • Das einfache Bereitstellen einer "adäquaten" Bandbreite ist kein ausreichender QoS-Mechanismus für paketvermittelte Netzwerke und insbesondere nicht für drahtlose Breitband-Zugangssysteme. Obwohl einige IP-Ströme "bandbreitenempfindlich" sind, sind andere Ströme latenz- und/oder jitteranfällig. Bei Echtzeit- oder Multimediaströmen und -anwendungen kann kein zeitgerechtes Verhalten durch einfaches Bereitstellen einer übermäßig großen Bandbreite garantiert werden, selbst wenn dies nicht schon durch die dabei anfallenden Kosten verhindert würde. Es ist wünschenswert, das die QoS-Mechanismen für ein IP-zentriertes drahtloses Breitband-Zugangssystem die genauen Anforderungen pro Strom des Verkehrs erkennt und die zum optimalen Zuführen dieser Ströme erforderlichen System- und Medienressourcen zuweist.
  • d. Zusammenfassung-QoS-Mechanismen
  • Schließlich ist die Erfahrung des Endbenutzers endgültig ausschlaggebende für die QoS. Es ist wünschenswert, dass ein IP-zentriertes drahtloses Breitband-Zugangssystem System- und Medienressourcen derart zuordnet und reguliert, dass dadurch die Erfahrung des Endbenutzers maximiert werden kann. Bei einigen Anwendungen, wie z.B. einem Anfangsbild beim Downloaden einer Webseite, ist die Datenübertragungsgeschwindigkeit das beste Maß für die QoS. Bei anderen Anwendungen, wie z.B. dem Downloaden oder Uploaden einer Tabelle, kann die Minimierung des Übertragungsfehlers das beste Maß für die QoS sein. Bei einigen Anwendungen kann die Optimierung sowohl von Geschwindigkeit als auch Fehler das beste Maß für die QoS sein. Bei einigen Anwendungen kann die rechtzeitige Lieferung von Paketen das beste Maß für die QoS sein. Es sei darauf hingewiesen, dass eine schnelle Datenübertragung nicht unbedingt das gleiche ist wie das rechtzeitige Liefern von Paketen. Zum Beispiel können Datenpakete, die bereits "zu alt" sind, schnell übertragen werden, jedoch für den Benutzer aufgrund der Tatsache, dass sie zu alt sind, nutzlos sein. Die Art der Datenanwendung selbst und die gewünschte Erfahrung des Endbenutzers können dann die zuverlässigsten Kriterien für den QoS-Mechanismus sein. Es ist gewünscht, dass ein IP-zentriertes drahtloses Breitband-Zugangssystem einen QoS-Mechanismus bereitstellt, der das Systemverhalten dynamisch auf jeden speziellen IP-Strom optimieren kann und ferner an Änderungen bei sich verändernder Netzwerklast, Überlastung und Fehlerraten anpassen kann.
  • 4. Servicegarantien und Servicevereinbarungen (SLAs)
  • Servicegarantien können gegeben werden und Servicevereinbarungen können zwischen einem Telekommunikations-Service-Provider und einem Teilnehmer abgeschlossen werden, wobei ein spezifizierter Betrag an Netzwerkverfügbarkeit beschrieben sein kann und Zugangsgebühren auf dem spezifizierten Betrag basieren können. Leider ist es schwierig, den Betrag an Netzwerkverfügbarkeit jederzeit zu quantifizieren, und daher ist dies ein ziemlich grobes Maß für die Serviceleistung. Es ist gewünscht, dass Datenübermittlungsrate, Fehlerrate, erneute Übertragungen, Latenz und Jitter als Maß der Netzwerkverfügbarkeit verwendet werden, das Messen dieser Größen auf Echtzeitbasis kann jedoch die Fähigkeit bekannter Netzwerk-Service-Provider (NSPs) übersteigen.
  • Ein weiteres von Netzwerk-Service-Providern gewünschtes Maß hinsichtlich einer Service-Abgrenzung ist eine Servicevereinbarung (SLA), die unterschiedliche Verkehrsraten-, Netzwerkverfügbarkeits-, Bandbreiten-, Fehlerraten-, Latenz- und Jittergarantien bietet. Es ist gewünscht, dass ein IP-zentriertes drahtloses Breitband-Zugangssystem bereitgestellt wird, bei dem SLAs vorgesehen sind, die Service-Providern mehr Gelegenheiten zu Service-Abgrenzung und Rentabilität bieten.
  • 5. Serviceklasse und Servicequalität
  • Zum Implementieren eines praktischen QoS-Mechanismus ist es gewünscht, dass ein System in der Lage ist, zwischen Verkehrstypen oder Servicetypen zu unterscheiden, so dass unterschiedliche Levels von Systemressourcen diesen Typen zugewiesen werden können. Dabei spricht man normalerweise von "Serviceklassen" als Mittel zum Zusammenfassen von Verkehrstypen, die eine im Wesentlichen gleiche Behandlung oder Zuweisung von System- und Medienressourcen erfahren können.
  • Derzeit gibt es mehrere Verfahren, die in drahtlosen Netzwerkvorrichtungen zum Implementieren differenzierter Serviceklassen angewendet werden können. Beispiele für diese Verfahren umfassen Verkehrsgestaltung, Zugangssteuerung, IP-Vorrang und unterschiedliches Überlastungsmanagement. Es ist gewünscht, dass ein IP-zentriertes drahtloses Breitband-Zugangssystem alle diese Verfahren zum Aufteilen des Verkehrs in Serviceklassen, Abbilden dieser Serviceklassen auf einer QoS-Matrix und dadurch Vereinfachen der Operation und Verwaltung der QoS-Mechanismen anwendet.
  • B. QoS und IP-zentrierte drahtlose Umgebung
  • Bei einem erfindungsgemäßen drahtlosen Punkt-zu-Mehrpunkt-(PtMP-)System ist es wünschenswert, dass der QoS-Mechanismus nicht nur Überlegungen hinsichtlich eines Drahtleitungsnetzwerks bewältigt, sondern auch Überlegungen, die für die drahtlose Umgebung spezifisch sind. Wie oben beschrieben, ist es gewünscht, dass die inhärente BER eines drahtlosen Mediums gehandhabt wird. Die hohe BER kann es erforderlich machen, dass Fehlerdetektion, Korrektur und erneute Übertragung auf effiziente Weise durch geführt werden. Es ist gewünscht, dass ein BER-Handhabungsmechanismus mit den Neuübertragungsalgorithmen des TCP/IP ebenso effizient arbeitet, so dass keine weitere unnötige Verschlechterung der Bandbreitenausnutzung verursacht wird. Eine zusätzliche Herausforderung bei einem drahtlosen Medium ist der Wettbewerb zwischen Benutzern hinsichtlich der begrenzten drahtlosen Bandbreite. Es ist wünschenswert, dass das System Serviceanforderungen von mehreren Benutzern in einem Radiomedium handhabt, das Interferenz und Rauschen ausgesetzt ist, wodurch eine effiziente Zuweisung der Radiobandbreite schwierig sein kann.
  • Wie oben beschrieben, hat die Umstellung von leitungsvermittelten und ATM-Datennetzwerken auf paketvermittelte Datennetzwerke die Definition von QoS-Mechanismen beeinflusst. Die vorliegende Erfindung schafft einen neuartigen QoS-Mechanismus in einem IP-zentrierten drahtlosen Punkt-zu-Mehrpunkt-System für paketvermittelten Netzwerkverkehr. Damit das System eine optimale QoS-Leistung bieten kann, ist es wünschenswert, dass es eine neuartige Vorgehensweise hinsichtlich QoS-Mechanismen implementiert. Die Verwendung der QoS als zugrundeliegende Richtlinie für die Systemarchitektur und -konfiguration stellt einen wichtigen, substantiellen und vorteilhaften Unterschied zwischen dem erfindungsgemäßen IP-zentrierten drahtlosen Breitband-Zugangssystem und bestehenden drahtlosen Breitband-Zugangssystemen dar, bei denen herkömmliche schaltungszentrierte oder ATM-Zellenschaltungszentrierte Vorgehensweisen implementiert sind, wie z.B. die von Teligent und Winstar angewendeten.
  • C. IP-zentrierte drahtlose Breitbandzugriffs-QoS und Warteschlangen-Disziplinen
  • 1. Management-Warteschlangen
  • Das Einreihen in Warteschlangen ist ein weitverbreitetes Tool, das zum Manipulieren von Datenübertragungsströmen erforderlich ist. Damit Paketköp fe geprüft oder modifiziert werden können, Routing-Entscheidungen getroffen werden können oder Datenströme an geeigneten Ports ausgegeben werden können, ist es wünschenswert, dass Datenpakete in Warteschlangen eingereiht werden. Durch das Einreihen in Warteschlangen wird jedoch definitionsgemäß eine Verzögerung in die Verkehrsströme eingebracht, die sich negativ auswirken kann und sogar den Zweck des Einreihens in eine Warteschlange vollständig zunichte machen kann. Ein übermäßiges Einreihen in eine Warteschlange kann durch Verzögerung bei zeitempfindlichen Paketen über deren nutzbaren Zeitrahmen hinaus oder Erhöhung der RTT (Umlaufzeit), Erzeugung eines inakzeptablen Jitter oder sogar Bewirkung des Timeout von Datentransportmechanismen negative Auswirkungen auf den Verkehr haben. Daher ist gewünscht, dass das Einreihen in eine Warteschlange intelligent und sparsam eingesetzt wird, ohne dass eine unangemessene Verzögerung in den verzögerungsempfindlichen Verkehr, wie z.B. Echtzeitsitzungen, eingebracht wird.
  • Bei einer drahtlosen Umgebung, in der Zeitmultiplex-Mehrfachzugriff (TDMA), vorwärtsgerichtete Fehlerdetektion (FEC) und andere Techniken erforderlich sein können, ist es wünschenswert, dass das Einreihen in eine Warteschlange nur zum Ermöglichen einer Paket- und Radio-Frame-Verarbeitung angewendet wird. Bei Echtzeitströmen kann die gesamte hinzugefügte Verzögerung beim Echtzeitverkehr jedoch vorzugsweise unter ungefähr 20 Millisekunden gehalten werden.
  • Die Anwendung des Warteschlangen-Managements als primärer QoS-Mechanismus beim Bieten von QoS-basierten differenzierten Services ist ein einfaches und unkompliziertes Verfahren für drahtlose Breitbandsysteme. Drahtlose Systeme sind jedoch normalerweise hinsichtlich der Bandbreite stärker eingeschränkt und daher verzögerungsanfälliger als ihre Drahtleitungs-Gegenparts. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, dass QoS-basierte differenzierte Services mit Mechanismen bereitgestellt werden können, die über ein einfaches Einreihen in eine Warteschlange hinausgehen. Es kann jedoch immer noch ein gewisses Maß an Einreihung in eine Warteschlange er forderlich sein, und die unterschiedlichen Warteschlangeneinreihungsverfahren werden nun beschrieben.
  • 2. Einreihen in eine Warteschlange nach dem First-in-First-out-(FIFO-)Prinzip
  • Ein Einreihen in eine Warteschlange nach dem First-in-First-out-(FIFO-)Prinzip kann in drahtlosen System wie in Drahtleitungssystemen zum Puffern von Datenpaketen angewendet werden, wenn der Upstream-Datenkanal vorübergehend überlastet ist. Wenn eine vorübergehende Überlastung durch Stoßverkehr verursacht wird, kann eine FIFO-Warteschlange mit angemessener Tiefe zum Glätten des Datenstroms in dem überlasteten Übertragungssegment verwendet werden. Wenn jedoch die Überlastung einen sehr starken Umfang annimmt oder relativ lang dauert, kann FIFO zu einem Verwerfen von Paketen führen, wenn die FIFO-Warteschlangen bis zu ihrer Kapazitätsgrenze gefüllt sind und das Netzwerk nicht in der Lage ist, zusätzliche Pakete anzunehmen, wodurch ein Verwerfen von Paketen bewirkt wird, d.h. ein sogenanntes "Wegwerfen von Paketen". Obwohl sich dies negativ auf die QoS selbst auswirken kann, kann das Verwerfen von Paketen auch künftige Probleme hinsichtlich des Verkehrsstroms verursachen, da das TCP-Protokoll ein erneutes Übertragen von verlorenen Paketen in der korrekten Sequenz bewirkt, wodurch das Problem weiter verstärkt wird. Das Problem des Verwerfens von Paketen kann durch Vergrößern der FIFO-Puffer derart, dass vor dem Verwerfen mehr Zeit vergehen kann, minimiert werden. Leider kann schließlich der FIFO groß genug werden, so dass Pakete zu alt werden, und die Umlaufzeit (RTT) kann sich bis zu dem Punkt erhöhen, an dem die Pakete nutzlos sind, und die Datenverbindung ist somit praktisch verloren.
  • In einer drahtlosen Breitbandumgebung hängt die Anforderung hinsichtlich einer FIFO-Warteschlange teilweise vom Typ des angewendeten RF-Zugriffsverfahrens ab. Beim Zeitmulitplex-Mehrfachzugriff/Zeitmultiplex-Duplex (TDMA/TDD) kann es wünschenswert sein, dass Daten in eine Warte schlange eingereiht werden, so dass genügend Daten für das Erstellen von zur Übertragung vorgesehenen Daten-Frames erfasst werden. Frequenzmultiplex-Mehrfachzugriff (FDMA) und Codemultiplex-Mehrfachzugriff (CDMA) sind nicht so "sequentiell" wie TDMA und stellen daher weniger Anforderungen hinsichtlich einer FIFO-Warteschlange. Generell gilt jedoch für sämtliche drahtlose Zugriffstechniken, dass Rauschen und Interferenz Faktoren sind, die zu einer erneuten Übertragung und daher zu weiteren Verzögerungen und folglich einer negativen Auswirkung auf die QoS führen können.
  • Bei Verwendung einer FIFO-Warteschlange können gemeinsam genutzte drahtlose Breitbandsysteme den gesamten Verkehr gleichförmig verzögern. Dies kann als das "fairste" Verfahren erscheinen, es ist jedoch nicht unbedingt das beste Verfahren, wenn das Ziel darin besteht, den Benutzern eine hohe QoS zu bieten. Durch Verwenden unterschiedlicher Warteschlangen-Management-Typen kann eine viel bessere Basis der Gesamt-QoS erreicht werden.
  • 3. Einreihen in eine Warteschlange nach dem Prioritätsprinzip
  • Die gemeinsam genutzte Breitbandumgebung kann beim Übertragen von Daten über das RF-Medium ein eingeschränktes Breitbandsegment aufweisen. Daher können diese Systeme unabhängig von der Zugriffstechnik ein gewisses Maß an Einreihung in eine Warteschlange erforderlich machen. Das Verwenden einer FIFO-Warteschlange kann jedoch zu einer konstanten Verzögerung beim gesamten Verkehr führen, und zwar unabhängig von dem Prioritätstyp des Verkehrs. Die meisten Datenübertragungsumgebungen können einen Mischverkehr mit einer Kombination aus interaktiven Echtzeitdaten, Datei- und Daten-Downloads, Webseitenzugriff etc., aufweisen. Einige dieser Verkehrstypen sind anfälliger gegenüber Verzögerung und Jitter als andere. Beim Einreihen in eine Warteschlange nach dem Prioritätsprinzip werden in der Warteschlange befindliche Datenpakete anhand ihrer relativen Prioritäten und Typen derart neugeordnet, dass Daten aus dem latenz- und jitteranfälligerem Verkehr in der Warteschlange nach vorn bewegt werden können.
  • Leider kann bei Überlastung in einem Downlink-Datenkanal oder durch eine Überfülle von Verkehr mit hoher Priorität verursachter Überlastung ein "Verhungern des Puffers" auftreten. Aufgrund des relativen Volumens an Paketen mit hoher Priorität, die den Großteil des Pufferplatzes einnehmen, verbleibt wenig Raum für Pakete mit niedrigerer Priorität. Diese Pakete mit niedrigerer Priorität können signifikante Verzögerungen erfahren, wobei Systemressourcen für Pakte mit hoher Priorität verwendet werden. Außer der Tatsache, dass Pakete mit niedriger Priorität über lange Zeiträume in Puffern gehalten werden oder niemals die Puffer erreichen, was zu signifikant verzögerten Datenströmen für diese Pakete führt, können die tatsächlichen Anwendungen, die diesen Paketen mit niedriger Priorität entsprechen, ebenfalls unterbrochen werden und ihre Funktion einstellen. Aufgrund der Art dieser Vorgehensweise hinsichtlich des Einreihens in eine Warteschlange können die Gesamtlatenz und der Gesamtjitter und die Gesamt-RTT für Pakete mit niedrigerer Priorität unvorhersehbar sein, was sich negativ auf die QoS auswirkt.
  • Wenn Warteschlangen klein sind, hat ein Neuordnen von Daten in den Warteschlangen möglicherweise eine geringe positive Auswirkung auf die QoS. Das zum Prüfen von Paketköpfen erforderliche Verarbeiten zwecks Erhalts der zum Neuordnen der Warteschlangen benötigten Informationen kann selbst signifikant zu einer Verzogerung beim Datenstrom beitragen. Daher ist insbesondere bei drahtlosen Breitband-Datenumgebungen ein Einreihen in eine Warteschlange nach dem Prioritätsprinzip möglicherweise nicht ein viel besserer QoS-Mechanismus als das Einreihen in eine Warteschlange nach dem FIFO-Prinzip.
  • 4. Klassenbasiertes Einreihen in eine Warteschlange
  • Durch Zuweisen von Warteschlangenraum und Systemressourcen zu Paketen auf der Basis der Paketklasse kann ein Verhungern der Puffer vermieden werden. Jede Klasse kann als Datenströme mit im Wesentlichen gleichen Prioritäten und Typen aufweisend definiert sein. Sämtlichen Klassen kann ein Minimum an Service verliehen werden, so dass ein Datenstrom mit hoher Priorität kein Monopol an sämtlichen Systemressourcen erringen kann. Mit dem Klassifizierungs-Vorstoß kann, da kein Datenstrom jemals vollständig abgesperrt ist, die Quellenanwendung Informationen über die Verkehrsrate empfangen und in der Lage sein, eine Einstellung TCP-vermittelter Übertragungsraten zu bewirken, wodurch ein störungsfreier Verkehrsstrom unterstützt wird.
  • Obwohl diese Vorgehensweise in drahtlosen Breitbandsystemen besser funktionieren kann als das Einreihen in eine Warteschlange nach dem FIFO-Prinzip, können latenz- und jitteranfällige Ströme immer noch durch Ströme mit hoher Priorität und hohem Volumen negativ beeinflusst werden.
  • 5. Gewichtete faire Einreihung in eine Warteschlange
  • Bei einem Verfahren zum gewichteten fairen Einreihen in eine Warteschlange kann versucht werden, Ströme mit niedrigem Volumen und garantierten Warteschlangeneinreihungs-Ressourcen zu erzeugen, und dann können die verbleibenden Ströme unabhängig von Volumen oder Priorität gleiche Mengen an Ressourcen aufweisen. Obwohl dadurch ein Verhungern der Puffer verhindert werden kann und dies zu einer etwas besseren Leistung hinsichtlich Latenz und Jitter führen kann, kann es schwierig sein, angesichts einer sich schnell verändernden RF-Downlink-Kanalbandbreitenverfügbarkeit eine stabile Leistung zu erreichen.
  • Das Bieten einer hohen Servicequalität kann einen QoS-Mechanismus erfordern, der höher entwickelt ist als ein einfaches Warteschlangen-Management.
  • D. IP-zentrierte drahtlose Breitbandzugriffs-QoS und TCP/IP
  • 1. TCP/IP
  • Der TCP/IP-Protokollstapel ist zum Standardverfahren beim Übertragen von Daten über das Internet geworden und wird immer mehr zum Standard in virtuellen Privatnetzwerken (VPNs). Der TCP/IP-Protokollstapel weist nicht nur ein Internetprotokoll (IP) auf sondern auch ein Übertragungssteuerungsprotokoll (TCP), ein Benutzer-Datagrammprotokoll (UDP) und ein Internet-Control-Message-Protokoll (ICMP). Bei Annahme, dass der TCP/IP-Protokollstapel das Standard-Netzwerkprotokoll für die Datenübertragung ist, ist die Erstellung eines Satzes optimaler QoS-Mechanismen für die drahtlose Breitbanddatenumgebung besser handhabbar. Es können QoS-Mechanismen geschaffen werden, die den Gesamtumfang des Netzwerks umspannen können, einschließlich sowohl der Drahtleitungs- als auch der drahtlosen Teile des Netzwerks. Diese Mechanismen können auf sanfte und transparente Weise in den TCP-Ratensteuerungsmechanismen integriert sein und Ende-zu-Ende-QoS-Mechanismen bieten, die sowohl an Drahtleitungs- als auch drahtlose Teile des Netzwerks anpassbar sind. Natürlich können bei Segmenten des Drahtleitungsnetzwerks Überlastungsprobleme oder andere Transportprobleme nicht mit einem drahtlosen QoS-Mechanismus gelöst werden. Ein drahtloser QoS-Mechanismus kann jedoch Datenströme derart optimieren, dass der Endbenutzer bessere Erfahrungen macht, wenn keine große Überlastung oder kein großer Engpass bei Drahtleitungsnetzwerken auftritt.
  • 2. Differenzierung durch Klassen
  • Der Datenverkehr kann auf der Basis von Serviceklassen gehandhabt werden, wie oben beschrieben. Zur Aufteilung des Verkehrs in Klassen kann der Datenverkehr (oder eine Sequenz der einer speziellen Anwendung, einer speziellen Funktion oder einem speziellen Zweck geordneten Datenpakete) in mehrere Serviceklassen klassifiziert werden. Die Aufteilung kann auf der Basis einiger in den Paketköpfen enthaltender identifizierbarer Informationen erfolgen. Ein Verfahren kann das Analysieren mehrerer Punkte z.B. in einem IP-Paketkopf umfassen, die zum einzigartigen Identifizieren und Zuordnen des Pakets und anderer Pakete aus diesem Paketstrom zu einer speziellen Anwendung, einer speziellen Funktion oder einem speziellen Zweck dienen. Als Minimum kann eine Quellen-IP-Adresse, ein Quellen-TCP- oder UDP-Port, eine Ziel-IP-Adresse und ein Ziel-IP- oder UDP-Prt zum Zuordnen von Paketen zu einem gemeinsamen Strom dienen, d.h. zum Klassifizieren der Pakete in eine Serviceklasse.
  • Durch Schaffen einer endlichen und handhabbaren Anzahl von diskreten Serviceklassen können mehrere IP-Ströme mit einem vorgegebenen Satz von QoS-Parametern von den QoS-Mechanismen konsolidiert und gehandhabt werden. Diese Klassen können als gemeinsame und nützliche Charakteristiken für ein optimales Management in den kombinierten Drahtleitungs- und drahtlosen Netzwerksegmenten bietend definiert sein.
  • 3. Differenzierung pro Strom
  • Ein endlicher und diskreter Satz von Serviceklassen kann bewirken, dass QoS-Mechanismen weniger rechenintensiv sind, weniger Speicherplatz und Zustandsmaschinen benötigen und daher eine besser Skalierbarkeit aufweisen als einzelne QoS-Mechanismne (oder Sätze von Parametern) für jeden einzelnen IP-Strom. In einer Netzwerkszugriffsvorrichtung, wie z.B. einem drahtlosen Punkt-zu-Mehrpunkt-(PtMP-)Breitbandzugriffssystem übersteigt die Gesamtanzahl von gleichzeitig auftretenden IP-Strömen typischerweise nicht den Bereich von 1000, und daher kann der Betrag an möglicherweise erforderlichem Verarbeitungs-Overhead eine QoS-Differenzierung pro Strom ohne Rückgriff auf Serviceklassen ermöglichen. Eine Serviceklassenkonsolidierung für IP-Ströme bietet jedoch Vorteile hinsichtlich des Marketing, der Fakturierung und der Verwaltung.
  • Vor dem Vorliegen der Erfindung wurde keine Differenzierung pro Strom in einer drahtlosen Umgebung (einschließlich über Koaxialkabel übertragene Radiofrequenzen und Satellitenübertragung) durchgeführt.
  • 4. Anwendung von IP-Vorrang für Serviceklassen
  • IP-Vorrangsbits in einem Servicetyp-(IP TOS-) Feld, wie in Internet Engineering Task Force (IETF) 1992b beschrieben, können theoretisch als Mittel zum Sortieren von IP-Strömen in Serviceklassen verwendet werden. IETF RFC 1349 schlug einen Satz von 4-Bit-Definitionen mit 5 unterschiedlichen Bedeutungen vor: Minimieren der Verzögerung; Maximieren des Durchsatzes; Maximieren der Zuverlässigkeit; Minimieren der Kosten; und Standardservice.
  • Diese Definitionen können in Netzwerken, Routern und Zugriffsvorrichtungen einen signifikanten Beitrag beim Differenzieren unterschiedlicher Stromtypen leisten, so dass Ressourcen auf angemessene Weise zugewiesen werden können, was zu einer verbesserten QoS führt. Der Vorschlag hat jedoch keine breite Anwendung gefunden. Bei mehreren Vorschlägen in IETF kann dieses Feld zusammen mit einem Ressourcen-Reservierungsprotokoll (RSVP) zum Verbessern der Handhabung von Paketen im Netzwerk genutzt werden.
  • Obwohl das Servicetyp-(TOS-)Feld viele Jahre lang integraler Bestandteil der TCP/IP-Spezifikation war, wird das Feld nicht allgemein verwendet. Aufgrund des Nichtvorhandenseins geeigneter Bits in dem Feld, die von einen Quellenprozessor gesetzt werden, können die Zugriffsvorrichtungen, das Netzwerk und Netzwerk-Router keine QoS-Mechanismen implementieren.
  • 5. TCP-vermittelte Übertragungsratenmechanismen
  • Die Art und Weise, in der das TCP die Übertragungsrate regelt, kann von einem IP-zentrierten drahtlosen QoS-Mechanismus integriert und gemanagt werden. Wenn ein TCP-Mechanismus nicht gemanagt wird, kann ein beliebiger drahtloser QoS-Mechanismus von drahtlosen Bandbreitefaktoren überrannt werden oder können sich diese ihm entgegenstellen. Vor dem Beschreiben der spezifischen drahtlosen Faktoren, die die TCP-Übertragungsgeschwindigkeit beeinflussen können, ist eine Betrachtung des TCP-Übertragungsratenmechanismus erforderlich.
  • Das TCP kann die Übertragungsrate durch "Erfassen" eines Paketverlustes steuern. Da das TCP/IP primär für eine Drahtleitungsumgebung mit ihrer extrem niedrigen inhärenten BER, wie z.B. die bei Faseroptikleitungen festgestellten, erstellt worden ist, wird ein Paketverlust von dem TCP als Verlust durch Netzwerküberlastung und nicht als Verlust aufgrund eines Bitfehlers angenommen. Daher nimmt das TCP an, dass die Übertragungsrate die Kapazität des Netzwerks überstiegen hat und reagiert durch Verlangsamen der Übertragungsrate. Ein Paketverlust in dem drahtlosen Linksegment ist jedoch primär auf eine inhärent hohe BER und nicht auf eine Überlastung zurückzuführen. Der Unterschied hat sich als unwesentlich herausgestellt.
  • Das TCP kann anfangs bewirken, dass die Übertragungsrate zu Beginn eines Paketstroms ansteigt, und dies wird als Slow-Start-Modus bezeichnet. Die Rate kann kontinuierlich erhöht werden, bis ein Verlust oder Timeout der Paketempfangsbestätigungsmitteilung auftritt. Das TCP kann sich dann "zurückziehen", kann die Übertragungsfenstergröße reduzieren und kann dann verlorene Pakete in der korrekten Reihenfolge mit einer signifikant langsameren Rate erneut übermitteln. Das TCP kann dann die Übertragungsrate lang sam linear erhöhen, was als Überlastungsvermeidungsmodus bezeichnet werden kann.
  • Wenn mehrere Benutzer ein drahtloses Radiolink gemeinsam nutzen, wie es bei der vorliegenden Erfindung der Fall ist, kann die inhärent hohe BER des Mediums potentiell häufige Paketverluste bewirken, was in dem Überlastungsvermeidungsmodus zu einer unproduktiven TCP-Neuübertragung führt. Da die drahtlose Bandbreite ein wertvolles Gut sein kann, bewirkt ein IP-zentrierter drahtloser QoS-Mechanismus vorzugsweise eine erneute Übertragung eines Pakets ohne erneute TCP-Übertragung und daraus folgendes unnötiges "Schaukeln" der Übertragungsrate. Dies und mehrere andere Faktoren machen die Herstellung einer IP-zentrierten drahtlosen Medienzugriffssteuerungs-(MAC-)Schicht wünschenswert. Eine Funktion einer IP-zentrierten MAC-Schicht kann das Vermitteln einer lokalen erneuten Übertragung von verlorenen Paketen ohne Signalverarbeitung des TCP und unnötige Veränderung der TCP-Übertragungsgeschwindigkeit sein. Eine primäre Aufgabe der IP-zentrierten drahtlosen MAC-Schicht ist das Ermöglichen eines gemeinsamen geordneten und effizienten Zugriffs auf das drahtlose Medium. Die erfindungsgemäße MAC-Schicht, eine proaktive reservierungsbasierte intelligente multimediabewusste Medienzugriffs-(PRIMMA-)Schicht von Malibu Networks Inc., Calabasas, CA, kann auch sämtliche Paketübertragungen über das drahtlose Medium auf der Basis z.B. des Stromtyps, der Serviceabkommen (SLAs) und der QoS-Überlegungen disponieren.
  • 6. TCP-Überlastungsvermeidung in einem IP-zentrierten drahtlosen System
  • a. Netzwerküberlastungszusammenbruch, globale Synchronisierung und IP-zentrierte drahtlose TCP-Überlastungsvermeidung
  • Die inhärent hohe Bitrate (BER) bei einer drahtlosen Übertragung kann das Auftreten von Problemen, die als Überlastungszusammenbruch und globa le Synchronisierung bekannt sind, wahrscheinlicher machen als bei einer Drahtleitungsumgebung. Wenn mehrere TCP-Sender gleichzeitig eine Überlastung aufgrund eines Paketverlustes detektieren, können sämtliche TCP-Sender durch Reduzieren ihrer Übertragungsfenstergrößen und durch vorübergehendes Pausieren in den TCP-Slow-Start-Modus gehen. Die mehreren Sender können dann alle versuchen, die verlorenen Pakete gleichzeitig erneut zu übertragen. Da sie alle ungefähr synchron mit dem erneuten Übertragen beginnen können, kann die Möglichkeit einer Überlastung auftreten, und der Zyklus kann erneut starten.
  • In der drahtlosen Umgebung kann das Auftreten eines Stoßrauschens einen gleichzeitigen Paketverlust aus zahlreichen IP-Strömen bewirken. Die TCP-Übertragungsratenmechanismen der TCP-Sender können annehmen, dass der Paketverlust auf Überlastung zurückzuführen war, und sie können sich alle synchron zurückziehen. Wenn die TCP-Sender erneut starten, können die Sender ungefähr synchron neu starten und können jetzt eine echte Überlastung des drahtlosen Linksegments bewirken. Dieses zyklische Verhalten kann einige Zeit andauern und möglicherweise eine unvorhersehbare Systemleistung verursachen. Dies kann teilweise auf überfließende System-Warteschlangen zurückzuführen sein, die bewirken können, dass mehr Pakete fallengelassen werden, und können mehr unproduktive Neuübertragungen hervorrufen. Dadurch kann eine Verschlechterung zu einem "Renn"-Zustand erfolgen, bei dem es viele Minuten dauert, bis die Stabilität wiederhergestellt ist; dies kann eine offensichtliche negative Auswirkung auf die QoS haben.
  • In der drahtlosen Welt kann eine willkürliche Früherkennung (RED) zum Umgehen der globale Synchronisierung angewendet werden. Durch willkürliches Auswählen von Paketen aus willkürlich ausgewählten Paketströmen vor dem Auftreten eines Überlastungszusammenbruchs kann die globale Synchronisierung vermieden werden. Warteschlangen können überwacht werden, und wenn die Warteschlangentiefe eine vorbestimmte Grenze überschreitet, kann RED aktiviert werden, wodurch ein asynchrones Aktivieren der Übertragungsratencontroller der TCP-Sender erfolgt. Dadurch wird die anfängliche Überlastung vermieden, die andernfalls zu einem Zusammenbruch und dann einer globalen Synchronisierung führen würde.
  • Anstelle des rein willkürlichen Verwerfens von Paketen können die zu verwerfenden Pakete unter Berücksichtigung der Paketpriorität oder des Pakettyps behandelt werden. Obwohl dies immer noch ein willkürlicher Vorgang ist, kann die Wahrscheinlichkeit eines Verwerfens bei einem bestimmten Strom eine Funktion der Paketpriorität oder des Pakettyps sein. In einem drahtlosen System kann eine gewichtete willkürliche Früherkennung (WRED) angewendet werden, und zwar ohne das Problem der erneuten Übertragung und dem TCP-Ratenrücksetzen durch vorzugsweises Auswählen von UDP-Paketen von Echtzeit-IP-Strömen, wie z.B. kontinuierliche Audio- und H.323-Ströme mit einem kritischeren Paket-Time-To-Live-Parameter. Diese IP-Ströme sind anfälliger für Latenz und Jitter und weniger anfällig für Paketverlust.
  • In der drahtlosen Umgebung kann bei einer angemessen konfigurierten MAC-Schicht ein Paketverlust aufgrund der BER, der andernfalls einen Überlastungszusammenbruch und eine globale Synchronisierung hervorrufen würde, am besten durch eine lokale Neuübertragung von verlorenen Paketen gemäß der vorliegenden Erfindung und ohne RED und die unnötige Neuübertragung von Paketen durch den TCP-Sender und das daraus resultierende Rücksetzen der TCP-Übertragungsrate gemanagt werden. Das IP-zentrierte drahtlose System führt separat ein Fern-Management des TCP-Übertragungsfensters des TCP-Senders durch Übertragen einer Paketempfangsbestätigung durch, bevor der TCP-Sender ein verlorenes Paket detektiert und eine Neuübertragung zusammen mit einem unnötigen Rücksetzen der Übertragungsrate initiiert. Dieser TCP-Übertragungsfenstermanager des IP-zentrierten drahtlosen Systems steht mit der MAC-Schicht in Verbindung, um sich des Status sämtlicher über das drahtlose Medium übertragener Pakete bewusst zu sein.
  • b. Effekt der fraktalen selbstähnlichen Netzwerkverkehrscharakteristiken im Vergleich zu Poisson-Verteilungen bei Netzwerküberlastung
  • Beim Stand der Technik ist davon ausgegangen worden, dass der Netzwerkverkehr mit einer Poisson-Verteilung modelliert werden kann. Die Anwendung dieser Verteilung führt durch Systemsimulationen zu dem Schluss, dass die Summe der Tausenden von einzelnen Verkehrsströmen mit Poisson-Verteilungen zu einer gleichmäßigen Gesamt-Netzwerkverkehrverteilung führt. Mit anderen Worten: das gesamte Netzwerk kann die zeitlich getrennte Übertragung der einzelnen Verkehrsströme "mitteln". Bei Anwendung dieses Modells wurden Netzwerküberlastungsverhalten, Stoß-Verhalten, und die Charakteristiken des dynamischen Verkehrs zum Erstellen herkömmlicher Überlastungsvermeidungsstrategien, Konfigurieren der Warteschlangenpuffergrößen in Netzwerkvorrichtungen und Vorhersagen von Verkehrs- und Kapazitätsgrenzen angewendet.
  • Jüngere Studien haben gezeigt, dass der TCP/IP-basierte Verkehr bewirkt, dass Netzwerke ein fraktales selbstähnliches Verhalten aufweisen. Bei diesem Modell weist dann, wenn die zeitlich getrennte Übertragung der einzelnen Verkehrsströme für das gesamten Netzwerk zusammengefasst werden, das gesamte Netzwerk Stoßverkehr auf. Der Stoßverkehr des Netzwerkverkehrsstroms ist über sämtliche Zeitskalen und Stromskalen des Netzwerks zu sehen. Die hat immense Auswirkungen sowohl auf die Konfiguration eines erfindungsgemäßen IP-zentrierten drahtlosen Breitbandsystems als auch die Konfiguration von Überlastungsvermeidungsstrategien in dem Netzwerk insgesamt. Bei dieser neuen Perspektive bezüglich des Netzwerkverhaltens ist klar geworden, dass Netzwerk-Router, Vermittler und Übertragungseinrichtungen in vielen Fällen "technisch inadäquat ausgeführt" sind. Diese inadäquate technische Ausführung hat zu einer weiteren Verschlechterung des Überlastungsverhaltens des Netzwerks geführt.
  • Die Auswirkungen auf die IP-zentrierte drahtlose Systemarchitektur und die Konfiguration reichen von der Warteschlangenpufferkapazität bis zu lokalen Überlastungsvermeidungsstrategien. Da drahtlose Systeme die zusätzliche Last einer hohen inhärenten BER zu tragen haben, muss der Effekt von netzwerkweitern Überlastungsverhalten auf lokale (Drahtlos-Medienkanal-) Überlastungsvermeidungsstrategien korrekt beurteilt und diesem entgegengewirkt werden. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, dass Überlastungsvermeidungsalgorithmen des IP-zentrierten drahtlosen Systems zum Optimieren des Verkehrsstroms mit neuen mathematischen und technischen Überlegungen, die bis vor kurzem für Systemkonstrukteure nicht ersichtlich waren oder diesen nicht zur Verfügung standen, erzeugt sind.
  • Bei Berücksichtigung dieser Überlegungen kann einer IP-zentrierten drahtlosen Systemkonfiguration nicht mit Vorgehensweisen wie bei einer Drahtleitungs-Systemkonfiguration begegnet werden, ohne dass daraus sehr niedrige Systemleistungscharakteristiken resultieren. Bei herkömmlichen Vorgehensweisen bezüglich der Konfiguration eines schaltungszentrierten drahtlosen Systems führen die Bandbreitennutzung, die Echtzeit-Multimedia-Qualität und die Gesamt-System-QoS zu einer dramatisch geringeren Erfahrung des Endbenutzers.
  • 7. Anwendungsspezifische Stromsteuerung in einem IP-zentrierten drahtlosen System
  • Bei einem Bereich von Datenströmen, von denen jeder eine andere Bandbreiten-, Latenz- und Jitteranforderung für das Erreichen einer hohen QoS für den Endbenutzer aufweist, ist es wünschenswert, dass das IP-zentrierte drahtlose System in der Lage ist, QoS-Mechanismusparameter über einen weiten Bereich und in Echtzeit zu managen. Der QoS-Mechanismus muss in der Lage sein, das Systemverhalten derart zu verändern, dass ein oder mehrere Datenströme, die spezifischen Anwendungen entsprechen, von geeigneten Endbenutzers in transparenter Weise ein- und ausgeschaltet werden. Diese Vorgehensweise steht im Gegensatz zu anderen QoS-Mechanismen, die versuchen, eine hohe QoS durch Herstellen von schaltungszentrier ten Verbindungen von Ende zu Ende ohne Berücksichtigung von zugrundeliegenden tatsächlichen QoS-Anforderungen der Anwendung zu erreichen. Mit der vorliegenden Erfindung kann durch Bereitstellen eines QoS-Mechanismus, der anwendungsspezifisch statt schaltungsspezifisch ist, die knappe drahtlose Bandbreite konserviert und dynamisch zugeordnet werden, wenn von den jedem Anwendungstyp zugeordneten QoS-Mechanismen gefordert.
  • B. QoS- und IP-zentrierte drahtlose Medienzugriffssteuerung
  • 1. Proaktive reservierungsbasierte intelligente multimediabewusste Medienzugriffs-(PRIMMA-)MAC-Schicht
  • Die erfindungsgemäße proaktive reservierungsbasierte intelligente multimediabewusste Medienzugriffs-(PRIMMA-)Medienzugriffssteuerungs-(MAC-)Schicht bietet eine Anwendungsvermittlungsfunktion des IP-zentrierten drahtlosen QoS-Mechanismus. Wenn der Typ der QoS-Anforderungen jedes IP-Stroms von anderen Teilen des Systems bestimmt worden ist, werden diese Informationen an die PRIMMA-MAC-Schicht übertragen, so dass die IP-Ströme jeder Anwendung in korrekter Prioritätsreihenfolge zu geeigneten Zielen vermittelt werden können.
  • 2. PRIMMA-IP-Protokollstapel-Vertikalsignalverabeitung
  • Bei IP-Strömen, die von einem CPE eines lokalen Benutzers kommen, können Anwendungslevel-Informationen über die Art der Anwendung von dem System zum Zuordnen von geeigneten QoS-Mechanismusparametern zu dem IP-Strom verwendet werden. Bei IP-Strömen, die von einem nichtlokalen Host kommen, können Informationen über die IP-Ströme zur Verwendung beim Konfigurieren der geeigneten QoS-Mechanismusparameter aus den Paketköpfen extrahiert werden. Die Informationen über die IP-Ströme werden in dem Protokollstapelmodell von der Anwendungsschicht (d.h. OSI-Level 7) zu der PRIMMA-MAC-Schicht (d.h. OSI-Level 2) zu Bandbreitenreservierungs- und Anwendungsvermittlungszwecken "vertikal" übertragen. Obwohl dies gegen die herkömmliche Praxis zum Bewirken einer Isolierung und Unabhängigkeit jeder Schicht des Protokollstapels verstößt, wodurch das Maß an Austauschbarkeit für einzelne Schichten des Stapels begrenzt wird, überwiegen die Vorteile bei weitem die negativen Aspekte in einem IP-zentrierten drahtlosen Breitbandzugriffssystem.
  • 3. PRIMMA-IP-Stromsteuerung und Anwendungsvermittlung
  • Anhand eines spezifizierten Satzes von QoS-Anforderungen jedes IP-Anwendungsstroms in dem IP-zentrierten drahtlosen System werden Anwendungen durch geeignete Bandbreitenreservierungen über das drahtlose Medium "proaktiv" vermittelt. Die drahtlosen Übermittlungs-Frames in jeder Richtung sind durch die einzelnen QoS-Anforderungen jedes IP-Stroms zweckbestimmt aufgebaut. Durch Verwendung der QoS-Anforderungen zum Aufbauen der drahtlosen Übertragungs-Frames kann eine optimale QoS-Leistung über den gesamten Anwendungsbereich, der von dem System gehandhabt wird, erreicht werden. Beispielsweise können latenz- und jitteranfällige IP-Telefonie, andere H.323-konforme IP-Ströme und Echtzeit-Audio- und Videoströme eine höhere Priorität für optimales Platzieren in den drahtlosen Übertragungs-Frames erhalten. Andererseits kann Hypertexttransportprotokoll-(http-)Verkehr, wie z.B. Webstartseiten-Übertragungen, höhere Bandbreitenreservierungsprioritäten für diese spezielle Anwendung erhalten. Anderer Verkehr ohne Latenz-, Jitter- oder Bandbreitenanforderungen, wie z.B. Dateiübertragungsprotokoll-(FTP-)Datei-Downloads, E-Mail-Übertragungen, können eine niedrigere Priorität hinsichtlich Systemressourcen und Platzierung in dem drahtlosen Übertragungs-Frame erhalten.
  • 4. PRIMMA-TCP-Übertragungsratenagent
  • Drahtlose Endbenutzer sind von einem drahtlosen Hochgeschwindigkeits-Drahtleitungs-Backbone durch ein drahtloses Segment mit niedrigerer Geschwindigkeit und hoher BER, das Bündelfehlern ausgesetzt sein kann, getrennt. TCP/IP-Verkehr, der das drahtlose Segment durchläuft, kann häufigen Paketverlust erleiden, der ohne Intervention zu Überlastungszusammenbruch und globaler Synchronisierung führen kann, wie oben beschrieben. Daher ist es wünschenswert, dass das erfindungsgemäße IP-zentrierte drahtlose System einen TCP-Übertragungsratenagenten benutzt, der einen Paketverlust über das drahtlose Segment überwachen und die Fern-TCP-Übertragungsratenfunktion durch Wiederherstellung und Übertragung von Bestätigungen bezüglich verlorener Pakete managen kann. Die PRIMMA-MAC-Schicht kann selbst verlorene Pakete erneut über das drahtlose Medium übertragen.
  • Der IP-zentrierte drahtloser TCP-Übertragungsratenagent oder "Hilfsagent" kann auch erforderlichenfalls gemäß den QoS-Anforderungen der IP-Ströme die IP-Ströme einer Strömungssteuerung unterziehen. Die gesamte IP-zentrierte drahtlose TCP-Übertragungsraten-Agentenfunktionalität kann sowohl für Lokal- als auch Fern-Hosts und Anwendungen transparent sein.
  • F. Telekommunikationsnetzwerke
  • 1. Sprachnetzwerk
  • a. Einfaches Sprachnetzwerk
  • 1A zeigt ein Blockschaltbild, das einen Überblick über ein Standard-Telekommunikationsnetzwerk 100 gibt, welches Local Exchange Carrier-(LEC-)Services innerhalb eines oder mehrerer Local Access- und Transportbereiche (LATAs) bietet. Das Telekommunikationsnetzwerk 100 kann eine vermittelte Sprachverbindung von einem Anrufer 102 zu einem Angerufenen 110 bereitstellen. 1A zeigt ferner einen Privatanschluss 112, der mehreren Benutzern über z.B. eine Privatleitung Zugriff auf LEC-Services bieten kann. Bei dem Anrufer 102 und dem Angerufenen 110 kann es sich um Standardtelefongeräte, Tastentelefonsysteme, einen Privatanschluss (PBX) 112 oder auf einem Hostcomputer laufende Anwendungen handeln. Das Netzwerk 100 kann bei einem Modemzugriff als Datenverbindung von einem Anrufer 102 zu beispielsweise einem (nicht gezeigten) Internet-Service-Provider (ISP) genutzt werden. Das Netzwerk 100 kann ferner für einen Zugriff auf z.B. ein Privatdatennetz genutzt werden. Beispielsweise kann der Anrufer 102 ein an einem entfernten Ort an einem Notebook-Computer arbeitender Arbeitnehmer sein, der über beispielsweise eine Modem-Wählverbindung auf das Privatdatennetz seines Arbeitgebers zugreift.
  • 1A zeigt Endämter (EOs) 104 und 108. Das EO 104 wird als Eingangs-EO bezeichnet, da es eine Verbindung von einem Anrufer 102 zu dem öffentlichen Fernsprechnetzwerk (PSTN) herstellt. Das EO 108 wird als Ausgangs-EO bezeichnet, da es eine Verbindung von der PSTN-Einrichtung zu einem Angerufenen 110 herstellt. Zusätzlich zu dem Eingangs-EO 104 und dem Ausgangs-EO 108 weist die dem Telekommunikationsnetzwerk 100 zugeordnete PSTN-Einrichtung einen (nicht gezeigten) Zugriffs-Tandem (AT) an Points-of-Presence (POPs) 132 und 134 auf, der einen Zugriff auf z.B. ein oder mehrere Übertragungssysteme (IXCs) 106 für Ferngespräche bieten kann, siehe 2A. Alternativ ist es für einen Fachmann auf dem Sachgebiet ersichtlich, dass das IXC 106 beispielsweise auch ein CLEC oder ein anderer Provider von erweiterten Diensten (ESP), ein internationaler Netzübergang oder ein Global-Point-of-Presence (GPOP) oder ein intelligentes Peripheriegerät (IP) sein kann.
  • 1A zeigt ferner einen mit dem EO 104 gekoppelten Privatanschluss (PBX) 112. Der PBX 112 koppelt Anrufer 124 und 126, ein Fax 116, einen Client-Computer 118 und ein diesen zugeordnetes Modem 130 und ein Lokalnetzwerk 128 mit einem Client-Computer 120 und einem Server-Computer 122, die über ein diesen zugeordnetes Modem 130 miteinander gekoppelt sind. Der PBX 112 ist ein spezifisches Beispiel für eine allgemeine Klasse von Telekommunikationsvorrichtungen bei einem Teilnehmer, die normalerweise als Teilnehmerendgerät (CPE) bezeichnet wird.
  • Das Netzwerk 100 weist ferner ein gemeinsames Kanal-Interaktiv-Signalverarbeitungs-(CCIS-)Netzwerk für Gesprächsaufbau und eine Gesprächsabbruch auf. Insbesondere zeigt 1A ein Signalverarbeitungssystem 7 (SS7), das einem Netzwerk 114 Signale zusendet. Das Signalverarbeitungsnetzwerk 114 wird nachstehend anhand von 2B beschrieben.
  • b. Detailliertere Version des Sprachnetzwerks
  • 2A zeigt ein Blockschaltbild, das einen Überblick über ein Standard-Telekommunikationsnetzwerk 200 gibt, welches sowohl LEC- als auch IXC-Carrier Services zwischen in verschiedenen LATAs befindlichen Teilnehmern bietet. Das Telekommunikationsnetzwerk 200 ist eine detailliertere Version des Telekommunikationsnetzwerks 100. Ein Anrufer 102a und ein Angerufener 110a sind mit EO-Vermittlungen 104a bzw. 108a gekoppelt. Mit anderen Worten: der Anrufer 102a ist an das Eingangs-EO 104a in einem ersten LATA angeschlossen, wohingegen der Angerufene 110a an ein Ausgangs-EO 108a in einem zweiten LATA angeschlossen ist. Gespräche zwischen Teilnehmern in verschiedenen LATAs sind Ferngespräche, die typischerweise zu Übertragungssystemen geleitet werden. In den Vereinigten Staaten ansässige IXCs umfassen AT&T, MCI und Sprint.
  • Das Telekommunikationsnetzwerk 200 weist Zugriffs-Tandems (AT) 206 und 208 auf. Das AT 206 stellt eine Verbindung zu Points-of-Presence (POPs) 132a, 132b, 132c und 132d her. IXCs 106a, 106b und 106c stellen eine Verbindung zwischen den POPs 132a, 132b und 132c (in dem ersten LATA) und POPs 134a, 134b und 134c (in dem zweiten LATA) her. Ein konkurrierender Local Exchange Carrier (CLEC) 214 bietet eine alternative Verbindung zwischen dem POP 132d und dem POP 134d. Die POPs 134a, 134b, 134c und 134d sind wiederum mit dem AT 208 verbunden, der eine Verbindung mit dem Eingangs-EO 108a herstellt. Der Angerufene 110a kann Gespräche von dem EO 108a empfangen, an das er angeschlossen ist.
  • Alternativ ist es für einen Fachmann auf dem Sachgebiet ersichtlich, dass ein AT 206 ferner beispielsweise ein CLEC oder ein anderer Provider für erweiterte Dienste (ESP), ein internationaler Netzübergang oder ein Global Point-of-Presence (GPOP) oder ein intelligentes Peripheriegerät sein kann.
  • Das Netzwerk 200 weist ferner einen an die CLEC-Vermittlung 104c angeschlossenen Anrufer 102c auf. Gemäß dem in den USA geltenden Telecommunications Act von 1996 ist es CLECs erlaubt, hinsichtlich des Zugriffs innerhalb des Territoriums der lokalen RBOCs zu konkurrieren. RBOCs werden nun als etablierte Local Exchange Carriers (ILECs) bezeichnet.
  • i. Feste drahtlose CLECs
  • Das Netzwerk 200 weist ferner einen festen drahtlosen CLEC 209 auf. Beispiele für feste drahtlose CLECs sind Teligent Inc., Vienna, VA, WinSTar Communications Inc., Advanced Radio Telecom Corp. und BizTEI Unit of Teleport Communications Group Inc. Der feste drahtlose CLEC 209 weist einen drahtlosen Sendeempfangs-/Empfangs-Radiofrequenz-(RF-)Turm 210 auf, der über ein RF-Link mit einem Teilnehmer-Sendeempfänger-RF-Turm 212 in Verbindung steht. Der Teilnehmer-RF-Turm 212 ist in der Figur mit einer CPE-Box, einem PBX 112b gekoppelt. Der PBX 112b koppelt Anrufer 124b und 126b, ein Fax 116b, einen Client-Computer 118b und ein diesen zugeordnetes Modem 130b und ein Lokalnetzwerk 128b mit einem Client-Computer 120b und einem Server-Computer 122b, die über ein diesen zugeordnetes Modem 130b miteinander gekoppelt sind.
  • Das Netzwerk 200 weist ferner einen Anrufer 102a, ein Fax 116a, einen Client-Computer 118a und ein diesen zugeordnetes Modem 130a und ei nen Mobilkommunikations-RF-Turm 202 und einen diesem zugeordneten angerufenen Mobilteilnehmer 204 auf, die alle mit dem EO 108a gekoppelt sind, wie dargestellt.
  • Das EO 104a, 108a und das AT 206, 208 sind Teil einer Vermittlungshierarchie. Das EO 104a ist als ein Amt der Klasse 5 bekannt, und das AT 208 ist eine Vermittlung der Klasse 3/4. Vor dem Trennen der regionalen Telefongesellschaften (RBOCs) von AT&T nach dem geänderten rechtskräftigen Urteil war eine Amtsklassifizierung die Nummer, die den Ämtern gemäß ihrer hierarchischen Funktion in dem öffentlichen US-Fernsprechnetzwerk (PSTN) zugeordnet war. Eine Amtsklasse ist ein funktionales Ranking einer Telefonvermittlung je nach Übertragungsanforderungen und hierarchischer Beziehung zu anderen Vermittlungen. Ein Amt der Klasse 1 war als Regionalvermittlung (RC) bekannt und somit das Amt mit dem höchsten Level oder das "Beendigungsamt" zum Beenden eines Gesprächs. Ein Amt der Klasse 2 war als Sektionszentrale (SC) bekannt. Ein Amt der Klasse 3 war als Primärzentrale (PC) bekannt. Ein Amt der Klasse 4 war entweder als Gebührenzentrale (TC), wenn Telefonisten anwesend waren, oder andernfalls als Gebührenstelle (TP) bekannt. Ein Amt der Klasse 5 war als Endamt (EO) bekannt, d.h. als eine lokale Zentrale, dem niedrigsten Level für Orts- und Ferngesprächsvermittlung, und war dem Teilnehmer am nächsten. Jede Zentrale handhabt Verkehr von einer oder mehreren in der Hierarchie niedrigeren Zentralen. Seit der Trennung und mit intelligenterer Software in den Vermittlungsämtern sind diese Bezeichnungen nicht mehr so starr. Die Technologie hat die Technik näher an den Endbenutzer herangebracht, wodurch traditionelle Definitionen von Netzwerkvermittlungs-Hierarchien und die Vermittlungsklassen aufgeweicht wurden.
  • ii. Konnektivität mit Internet-Service-Providern (ISPs)
  • Zusätzlich zu dem Herstellen einer Sprachverbindung von dem Anrufer 102a zu dem Angerufenen 110a kann das PSTN einem Anrufer 102a eine Da tenverbindung zu einem ISP (d.h. dem Client 118b im Wesentlichen gleich) bereitstellen.
  • Das Netzwerk 200 kann ferner einen (nicht gezeigten) Internet-Service-Provider (ISP) aufweisen, der einen mit einem Datennetzwerk 142 gekoppelten Server-Computer 122 aufweisen kann, wie nachstehend anhand von 1B beschrieben wird. Das Internet ist ein bekanntes weltweites Netzwerk mit mehreren durch Datenlinks miteinander verbundenen großen Netzwerken. Diese Links können beispielsweise Diensteintegrierend-Digital-Fernmeldenetz-(ISDN-), T1-, T3-, FDDI- und SONET-Links umfassen. Alternativ kann ein Internet ein Privatnetzwerk sein, das mehrere LANs und/oder WANs miteinander verbindet, wie beispielsweise ein Intranet. Ein ISP kann Internetzugangsdienste für Teilnehmer, wie z.B. Client 118b, bereitstellen
  • Zum Herstellen einer Verbindung mit einem ISP kann der Client 118b einen mit einem Modem (Modulator/Demodulator) 130b verbundenen Hostcomputer verwenden. Das Modem kann Daten von dem Hostcomputer in eine zum Übertragen an die LEC-Einrichtungen geeignete Form (beim Stand der Technik eine analoge Form) modulieren. Typischerweise konvertieren die LEC-Einrichtungen das ankommende analoge Signal in eine digitale Form. Bei einer Ausführungsform werden die Daten in das Punkt-zu-Punkt-Protokoll-(PPP-)Format konvertiert. (PPP ist ein bekanntes Protokoll, das einem Computer das Herstellen einer Verbindung mit dem Internet unter Verwendung eines Standard-Modems ermöglicht. Es unterstützt qualitativ hochwertige grafische Benutzer-Interfaces.) Es ist für Fachleute auf dem Sachgebiet ersichtlich, dass andere Formate zur Verfügung stehen, einschließlich z.B. eines Übertragungssteuerungsprogramms, eines Internetprotokoll-(TCP/IP-)Paketformats, eines Benutzer-Datagrammprotokolls, eines Internetprotokoll-(UDP/IP-)Paketformats, eines Asynchron-Transfermodus-(ATM-)Zellenpaketformats, eines Seriellleitungs-Interface-Protokoll-(SLIP-)Protokollformats, eines Punkt-zu-Punkt-(PPP-)Protokollformats, eines Punkt-zu-Punkt-Tunnelungsprotokoll-(PPTP-)Formats, eines erweiterten NETBIOS-Benutzer-Interface-(NETBEUI-)Protokollformats, eines Appletalk-Protokollformats, ei nes DECnet, BANYAN/VINES, eines Internet-Paketaustausch-(IPX-)Protokollformats und eines Internetsteuerungsmitteilungsprotokoll-(ICMP-)Protokollformats.
  • iii. Übertragungslinks
  • Es sei darauf hingewiesen, dass 1A, 2A und andere hier beschriebene Figuren Leitungen, die sich auf Übertragungsleitungen oder logische Verbindungen zwischen Netzwerkknotenpunkten beziehen können, oder Systeme zeigen, die von Telekommunikations-Carrier-Vorrichtungen physisch implementiert werden. Diese Carrier-Vorrichtungen weisen Schaltungen und Netzwerkknotenpunkte zwischen den Schaltungen auf, einschließlich beispielsweise Digital-Crossconnect-Schalteinrichtungs-(DACS-)Regeneratoren, Tandems, Kupferdrähte und Faseroptikkabel. Es ist für Fachleute auf dem Sachgebiet ersichtlich, dass alternative Übertragungsleitungen zum Verbinden einer oder mehrerer Telekommunikationssystemvorrichtungen verwendet werden können. Ferner kann ein Telekommunikations-Carrier, wie hier definiert, beispielsweise ein LEC, ein CLEC, ein IXC, einen Provider von erweiterten Diensten (ESP), einen globalen oder internationalen Sevice-Provider, wie z.B. einen Global-Point-of-Presence (GPOP), und ein intelligentes Peripheriegerät aufweisen.
  • Das EO 104a und das AT 206 sind über eine Leitung miteinander verbunden. Eine Leitung verbindet ein AT mit eine EO. Eine Leitung kann als Transitleitung (IMT) bezeichnet werden. Das AT 208 und das EO 108a sind über eine Leitung, die eine IMT sein kann, miteinander verbunden.
  • Gemäß 1A können das EO 104 und der PBX 112 über eine Privatleitung mit Wählton miteinander verbunden sein. Eine Privatleitung kann beispielsweise auch einen (nicht gezeigten) ISP mit dem EO 104 verbinden. Eine Privatleitung mit Wählton kann mit einem Modemfeld oder einem Zugriffskonvertiergerät am ISP verbunden sein. Beispiele für eine Privatleitung sind ein kanalisierter T1 oder ein Diensteintegrierend-Digital-Fernmeldenetz-(ISDN-)-Primärraten-Interface (PRI). Ein ISP kann auch über eine Leitung oder eine zweckbestimmte Kommunikationseinrichtung mit dem Internet verbunden sein. Eine Leitung kann eine zweckbestimmte Kommunikationseinrichtung sein. Eine Privatleitung kann Daten-Modem-Verkehr zu und von einem ISP handhaben.
  • Leitungen können vermittelten Sprachverkehr und Datenverkehr handhaben. Beispielsweise können Leitungen über T1-T4-Carrier übertragene digitale Signale DS1-DS4 aufweisen. Tabelle 2 zeigt typische Carrier zusammen mit ihren jeweiligen digitalen Signalen, der Anzahl von Kanälen und den Bandbreitenkapazitäten. Tabelle 2
    Figure 00740001
  • Alternativ können Leitungen optische Träger (OCs), wie z.B. OC-1, OC-3 etc. aufweisen. Tabelle 3 zeigt typische optische Träger zusammen mit ihren jeweiligen Synchrontransportsignalen (STSs), ITU-Bezeichnungen und Bandbreitenkapazitäten.
  • Tabelle 3
    Figure 00750001
  • Wie beschrieben, ist eine Privatleitung eine Verbindung, die Daten-Modem-Verkehr übermitteln kann. Eine Privatleitung kann ein spezifisch für eine Benutzung durch einen Kunden zwischen zwei spezifischen Punkten zweckbestimmter Direktkanal sein. Eine Privatleitung kann auch als Mietleitung bekannt sein. Bei einer Ausführungsform ist eine Privatleitung eine ISDN/Primärraten-Interface-(ISDN PRI-)Verbindung. Eine ISDN PRI-Verbindung kann ein Einzelsignalkanal (der als Daten- oder D-Kanal bezeichnet wird) an einem T1 sein, wobei die verbleibenden 23 Kanäle als Übermittler- oder B-Kanäle genutzt werden. (Übermittlerkanäle sind digitale Kanäle, die Sprach- und Dateninformationen übermitteln). Wenn mehrere ISDN PRI-Leitungen verwendet werden, kann die Signalverarbeitung für alle diese Leitungen über einen Einzel-D-Kanal übermittelt werden, wodurch die verbleibenden Leitungen zum ausschließlichen Übermitteln von Übermittlungskanälen frei werden.
  • iv. Telekommunikationsverkehr
  • Der Telekommunikationsverkehr kann von einem beliebigen Netzwerkknotenpunkt eines Telekommunikations-Carrier gesendet und empfangen werden. Ein Telekommunikations-Carrier kann beispielsweise einen LEC, einen CLEC, einen IXC und einen Provider für erweiterte Dienste (ESP) umfassen. Bei einer Ausführungsform kann dieser Verkehr von einem Netzwerkknotenpunkt kommen, der beispielsweise ein Vermittler der Klasse 5 ist, wie z.B. das EO 104a, oder von einem Vermittler der Klasse 3/4, wie z.B. einem AT 206. Alternativ kann das Netzwerksystem auch beispielsweise ein CLEC oder ein anderer Provider für erweiterte Dienste (ESP), ein internationaler Netzübergang oder ein Global-Point-of-Presence (GPOP) oder ein intelligentes Peripheriegerät sein.
  • Der Sprachverkehr bezieht sich beispielsweise auf eine vermittelte Sprachverbindung zwischen dem Anrufer 102a und dem Angerufenen 110a. Es sei darauf hingewiesen, dass dieser auf einem zweckbestimmten Punkt-zu-Punkt-Weg erfolgt, d.h. dass die Bandbreite zugewiesen ist, unabhängig davon, ob sie benutzt wird oder nicht. Eine vermittelte Sprachverbindung wird zwischen dem Anrufer 102a und dem EO 104a, dann dem AT 206, dann über ein IXC-Netzwerk, wie z.B. einem Netzwerk des IXC 106, dem AT 208 und dann dem EO 108a und über eine Leitung zu dem Angerufenen 110a hergestellt. Bei einer weiteren Ausführungsform kann das AT 206 oder das IXC 106a beispielsweise ein CLEC oder ein anderer Provider für erweiterte Dienste (ESP), ein internationaler Netzübergang oder ein Global-Point-of-Presence (GPOP) oder ein intelligentes Peripheriegerät sein.
  • Es ist möglich, dass der Anrufer 102a ein Computer mit einer Datenverbindung über das Sprachnetzwerk zu einem Server ist. Der Datenverkehr bezieht sich beispielsweise auf eine Datenverbindung zwischen einem Anrufer 102a (unter Verwendung eines Modem) und einem Server 122b, der Teil eines ISP sein kann. Eine Datenverbindung kann z.B. zwischen dem Anrufer 102a und dem EO 104a, dann dem AT 206, dann dem CLEC 214, dann über ein festes drahtloses CLEC-Link 209 zu dem PBX 112b und zu einem dem Server 122b zugeordneten Modem 130b hergestellt werden.
  • c. Signalverarbeitungsnetzwerk
  • 2B zeigt eine genauere Darstellung eines Signalverarbeitungsnetzwerks 114. Das Signalverarbeitungsnetzwerk 114 ist ein separates Netzwerk zum Handhaben des Aufbaus, des Abbruchs und der Überwachung von Gesprächen zwischen dem Anrufer 102 und dem Angerufenen 110. Das Signalverarbeitungsnetzwerk 114 ist bei dem vorliegenden Beispiel das Signalverarbeitungssystem-7(SS7-)Netzwerk. Das Signalverarbeitungsnetzwerk 114 weist Servicevermittlungsstellen (SSPs) 236, 238, 240 und 242, Signalübertragungsstellen (STPs) 222, 224, 226, 228, 230 und 232 und eine Servicesteuerstelle (SCP) 234 auf.
  • In dem SS7-Netzwerk sind die SSPs diejenigen Teile der Backbone-Vermittler, die SS7-Funktionen bereitstellen. Die SSPs können beispielsweise eine Kombination aus einer Sprachvermittlung und einer SS7-Vermittlung oder ein mit einer Sprachvermittlung verbundener Computer sein. Die SSPs stehen unter Verwendung von Primitivelementen mit den Vermittlern in Verbindung und erzeugen Pakete für die Übertragung über das SS7-Netzwerk.
  • Die EOs 104a, 108a und die ATs 206, 208 können als SSPs 236, 238 240 bzw. 242 in dem SS7-Signalverarbeitungsnetzwerk 114 repräsentiert sein. Entsprechend können die Verbindungen zwischen den EOs 104a, 108a und den ATs 206, 208 (durch gestrichelte Linien dargestellt) durch Verbindungen 254, 256, 258 und 268 repräsentiert sein. Diese Linktypen sind nachstehend beschrieben.
  • Die STPs fungieren als Router in dem SS7-Netzwerk und sind typischerweise als Hilfsagenten für Vermittler vorgesehen. Die STPs leiten Mitteilungen von Quellen-SSPs zu Ziel-SSPs. Hinsichtlich der Architektur können und werden STPs typischerweise in "zusammenpassenden Paaren" bereitgestellt, um eine Redundanz im Falle einer Überlastung oder eines Ausfalls zu bieten, und sie nutzen Ressourcen gemeinsam (d.h. die Lastteilung erfolgt automatisch). Gemäß 2B können STPs in hierarchischen Levels angeord net sein, um ein hierarchisches Routen von Signalmitteilungen zu ermöglichen. Beispielsweise befinden sich zusammenpassende STPs 222, 224 und zusammenpassende STPs 226, 228 auf einem ersten Hierarchielevel, während sich zusammenpassende STPs 230, 232 auf einem zweiten Hierarchielevel befinden.
  • SCPs bieten Datenbankfunktionen. SCPs können zum Bereitstellen erweiterter Merkmale in einem SS7-Netzwerk verwendet werden, einschließlich Routen von speziellen Servicenummern (z.B. 800er und 900er Nummern), Speichern von Informationen bezüglich Teilnehmer-Services, Bieten von Calling Card-Validierung und Betrugsschutz und Anbieten von erweiterten intelligenten Netzwerk-(AIN-)Services. Eine SCP 234 ist mit zusammenpassenden STPs 230 und 232 verbunden.
  • In dem SS7-Netzwerk gibt es einzigartige Links zwischen den unterschiedlichen Netzwerkelementen. Tabelle 4 gibt die Definitionen für normale SS7-Links.
  • Gemäß 2B sind zusammenpassende STP-Paare durch C-Links verbunden. Beispielsweise sind die STPs 222, 224, die zusammenpassenden STPs 226, 228 und die zusammenpassenden STPs 230, 232 über (nicht markierte) C-Links verbunden. Die SSPs 236, 238 und die SSPs 240, 242 sind über F-Links 262 und 264 verbunden.
  • Die zusammenpassenden STPs 222, 224 und die zusammenpassenden STPs 226, 228, die sich auf demselben Hierarchielevel befinden, sind über B-Links 270, 272, 244 und 282 verbunden. Die zusammenpassenden STPs 222, 224 und die zusammenpassenden STPs 230, 232, die sich auf unterschiedlichen Hierarchielevels befinden, sind über D-Links 266, 268, 274 und 276 verbunden. Auf im Wesentlichen gleiche Weise sind die zusammenpassenden STPs 226, 228 und die zusammenpassenden STPs 230, 232, die sich auf unterschiedlichen Hierarchielevels befinden, über D-Links 278, 280, 246 und 248 verbunden.
  • Die SSPs 236, 238 und die zusammenpassenden STPs 222, 224 sind über A-Links 254 und 256 verbunden. Die SSPs 240, 242 und die zusammenpassenden STPs 226, 228 sind über A-Links 258 und 260 verbunden.
  • Die SSPs 236, 238 können ferner über (nicht gezeigte) E-Links mit den zusammenpassenden STPs 230, 232 verbunden sein. Schließlich sind die zusammenpassenden STPs 230, 232 über A-Links 250 und 252 mit der SCP 234 verbunden.
  • Bezüglich einer ausführlicheren Beschreibung der SS7-Netzwerktopologie wird der Leser auf Russell, Travis, Signaling System #7, McGraw-Hill, New York, NY 10020, ISBN-0-07-054991-5 verwiesen, die hiermit zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht ist. Tabelle 4
    Figure 00790001
  • d. SS7-Signal-Übertragungsstrom
  • Zum Initiieren eines Gesprächs in einem SS7-Telekommunikationsnetzwerk wählt ein Anrufer, der ein mit einem Eingangs-EO-Vermittler verbundenes Telefon benutzt, eine Telefonnummer eines Anzurufenden. Die Telefonnummer wird von dem Telefon zu der SSP im Eingangs-EO des Local Exchange Carrier (LEC) des Anrufers geleitet. Als erstes kann die SSP bei Erfüllung bestimmter Kriterien Auslöseimpulse und Internroutenregeln verarbeiten. Als zweites kann die SSP weitere Signalmitteilungen zu einem weiteren EO oder Zugriffs-Tandem (AT) initiieren, falls erforderlich. Die Signalinformationen können von der SSP zu STPs weitergeleitet werden, die die Signale zwischen dem Eingangs-EO und dem Beendigungs-Endamt oder Ausgangs-EO leiten. Das Ausgangs-EO weist einen Port auf, der durch die Telefonnummer des Angerufenen bezeichnet ist. Das Gespräch wird als Direktverbindung über Tandem-Vermittler zwischen den EOs aufgebaut, wenn keine Direktleitungen vorhanden sind oder wenn die Direktleitungen belegt sind. Wenn das Gespräch ein Ferngespräch ist, d.h. zwischen einem Anrufer und einem Angerufenen erfolgt, die sich in unterschiedlichen Local Access and Transport Areas (LATAs) befinden, wird das Gespräch über einen Übertragungssystem-(IXC-)Vermittler geschaltet. Ein solches Ferngespräch wird normalerweise als Inter-LATA-Gespräch bezeichnet. LECs und IXCs werden kollektiv als öffentliches Fernsprechnetzwerk (PSTN) bezeichnet.
  • Die Verabschiedung des Telecommunications Act von 1996, durch das ein Wettbewerb auf dem lokalen Telefondienstmarkt erlaubt wurde, hat es den CLECs ermöglicht, beim Bereitstellen von Ortsvermittlungsdiensten mit ILECs zu konkurrieren. Dieser Wettbewerb hat jedoch noch nicht zu einem Bereitstellen der zum Handhaben des großen Volumens der Sprach- und Datenübertragung erforderlichen Bandbreite geführt. Dies ist auf die Begrenzungen der Leitungsvermittlungstechnologie, durch die die Bandbreite der von den LECs verwendeten Geräte begrenzt wird, und die hohen Kosten für Zusatzgeräte zurückzuführen.
  • e. Leitungsvermittlung
  • Bei der Leitungsvermittlung wird ein Kanal über die Dauer einer Übertragung für eine Übertragung zweckbestimmt. Somit wird bei Anwendung der Leitungsvermittlung ein großer Betrag an Vermittlungsbandbreite zum Handhaben des großen Volumens von Übertragungen benötigt. Dieses Problem wird durch die Verwendung von Sprachschaltungen zum Transportieren einer Datenübertragung über dieselben Geräte, wie die zum Handhaben von Sprachübertragung benutzten, verstärkt.
  • i. Zeitmultiplexe (TDM-)Leitungsvermittlung
  • Durch die TDM-Leitungsvermittlung wird eine Vollzeitverbindung oder eine zweckbestimmte Verbindung zwischen zwei angeschlossenen Vorrichtungen für die Dauer der Verbindung hergestellt. TDM teilt die Bandbreite in feste Zeit-Slots, in denen mehrere Zeit-Slots, von denen jeder seine eigene feste Kapazität aufweist, zur Verfügung stehen können. Jeder an das TDM-Netzwerk angeschlossenen Vorrichtung ist je nach Geschwindigkeitsbedarf unter Verwendung eines oder mehrerer Zeit-Slots ein fester Teil der Bandbreite zugeordnet. Wenn sich die Vorrichtung im Transfermodus befindet, werden die Daten lediglich ohne zusätzlichen Overhead, wie z.B. Verarbeitung oder Umsetzungen, in diesen Zeit-Slot platziert. Daher ist TDM für den durchzuführenden Verkehr protokolltransparent. Leider bleiben die Zeit-Slots jedoch leer, wenn die Vorrichtung keine Daten sendet, wodurch die Nutzbarkeit der Bandbreite verschwendet wird. Eine im Netzwerk befindliche Vorrichtung mit höherer Geschwindigkeit kann beim Warten auf die Übertragung von Daten verlangsamt oder blockiert werden, die ungenutzte Kapazität kann jedoch dieser Vorrichtung mit höherer Priorität nicht für die Dauer der Übertragung zugewiesen werden. TDM ist für die Datenstöße, die bei dem Datenbedarf der heutigen Gesellschaft die Norm werden, nicht sehr gut geeignet.
  • 2. Datennetzwerk
  • 1B zeigt ein beispielhaftes Netzwerk 148 mit Arbeitsstationen 144 und 146, die mit einem Datennetzwerk 142 gekoppelt sind. Das Datennetzwerk 142 kann als Fernnetzwerk (WAN) zum Koppeln mehrerer Lokalnetzwerke (LANs) miteinander fungieren. Das Netzwerk 148 weist ein beispielhaftes Lokalnetzwerk mit mehreren Hostcomputern auf, wie z.B. einer Client-Arbeitsstation 138 und einer Server-Arbeitsstation 136, die durch Verdrahten über Netzwerk-Interface-Karten (NICs) und einen Netzknoten, wie z.B. einen Ethernet-Netzknoten, miteinander gekoppelt sind. Das LAN ist über einen Netzwerk-Router 140, der das Routen von Datenverkehr von dem Client 138 und dem Server 136 zu den Arbeitsstationen 144 und 146 ermöglicht, mit dem Netzwerk 142 gekoppelt.
  • a. Paketvermittlung
  • Anders als die oben anhand von 1A und 2A beschriebenen Sprachnetzwerke 100 und 200, die Verkehr über leitungsvermittelte Verbindungen transportieren, transportiert das Datennetzwerk 148 Verkehr unter Verwendung der Paketvermittlung.
  • Derzeit wenden Internets, Intranets und ähnliche öffentliche oder private Datennetzwerke, die Computer miteinander verbinden, generell die Paketvermittlungstechnologie an. Die Paketvermittlung ermöglicht eine effizientere Nutzung eines Übertragungskanals als die Leitungsvermittlung. Paketvermittelte Netzwerke transportieren Informationspakete, die verschiedene Datentypen, wie z.B. digitalisierte Sprache, Daten und Video, enthalten. Bei der Paketvermittlung können zahlreiche unterschiedliche Übertragungen einen Übertragungskanal gemeinsam nutzen, statt dass der Kanal für eine Einzelübertragung zweckbestimmt ist. Beispielsweise können bei einer Sprachüber tragung digitalisierte Sprachinformationen nur über 60% der Zeit zwischen Teilnehmern übertragen werden, wobei über die restlichen 40% der Zeit Stille übertragen wird. Bei einer leitungsvermittelten Verbindung kann die Sprachübertragung einen Übertragungskanal, der 50% seiner Bandbreite aufweisen kann, aufgrund der Stille ungenutzt lassen. Bei einer Datenübertragung können Informationen nur über 10% der Zeit zwischen zwei Computern übertragen werden. Bei der Datenübertragung können 90% der Kanalbandbreite ungenutzt bleiben. Im Gegensatz dazu ermöglicht eine paketvermittelte Übertragung das Senden der Sprachübertragung, der Datenübertragung und gegebenenfalls weiterer Übertragungsinformationen über denselben Kanal.
  • Bei der Paketvermittlung wird ein Medienstrom in Teile unterteilt, die beispielsweise als Pakete, Zellen oder Frames bekannt sind. Jedes Paket kann dann zum Liefern zu dem korrekten Ziel mit Adresseninformationen kodiert und über das Netzwerk gesendet werden. Die Pakete können am Ziel empfangen werden, und der Medienstrom wird zwecks Lieferung zu dem Empfänger wieder in seine ursprüngliche Form zusammengesetzt. Dieser Prozess wird durch Verwendung einer wichtigen Übertragungsprotokollfamilie, die üblicherweise als Internetprotokoll (IP) bezeichnet wird, ermöglicht.
  • In einem paketvermittelten Netzwerk gibt es keine einzelne ununterbrochene Verbindung zwischen Sender und Empfänger. Die Pakete von zahlreichen unterschiedlichen Übertragungen nutzen die Netzwerkbandbreite gemeinsam mit anderen Übertragungen. Die Pakete können gleichzeitig über zahlreiche unterschiedliche Routen zu dem Ziel gesendet und beim Empfänger wieder zusammengesetzt werden. Das Resultat ist eine viel effizientere Nutzung der Bandbreite eines Telekommunikationsnetzwerks als mit der Leitungsvermittlung erreichbar wäre.
  • b. Router
  • Das Datennetzwerk 142 kann mehrere Netzwerk-Router 140 aufweisen. Netzwerk-Router werden zum Routen von Informationen zwischen mehreren Netzwerken verwendet. Router fungieren als Interface zwischen zwei oder mehr Netzwerken. Router können den besten Weg zwischen zwei Netzwerken finden, selbst wenn mehrere unterschiedliche Netzwerke zwischen den beiden Netzwerken vorhanden sind.
  • Netzwerk-Router können Tabellen aufweisen, die verschiedene Netzwerk-Domains beschreiben. Eine Domain kann als ein Lokalnetzwerk (LAN) oder ein Fernnetzwerk (WAN) angesehen werden. Informationen können über Netzwerk-Router zwischen mehreren LANs und/oder WANs übertragen werden. Router schauen sich die Pakete an und bestimmen anhand der Zieladresse im Paketkopf die Ziel-Domain des Pakets. Wenn der Router nicht direkt mit der Ziel-Domain verbunden ist, kann der Router das Paket zu dem Default-Router des Routers leiten, d.h. einem Router, der in einer Hierarchie von Routern höher steht. Da jeder Router einen Default-Router aufweist, mit dem er verbunden ist, kann ein Paket über eine Reihe von Routern zu der Ziel-Domain und dem Ziel-Host mit der Endzieladresse des Pakets übertragen werden.
  • e. Lokalnetzwerke (LANs) und Fernnetzwerke (WANs)
  • Ein Lokalnetzwerk (LAN) kann als eine Vielzahl von Hostcomputern, die über Netzwerk-Interface-Karten (NICs) in den Hostcomputern miteinander verbunden sind, betrachtet werden. Die NICs sind beispielsweise über Kupferdrähte verbunden, um eine Übertragung zwischen den Hostcomputern zu ermöglichen. Beispiele für LANs umfassen ein Ethernet-Bus-Netzwerk, ein Ethernet-Vermittler-Netzwerk, ein Token-Ring-Netzwerk, ein Faser-Digitaldaten-Verbindungs-(FDDI-)Netzwerk und ein ATM-Netzwerk.
  • Ein Fernnetzwerk (WAN) ist ein Netzwerk, das Hostcomputer über einen großen Bereich verbindet. Damit Hostcomputer auf einem speziellen LAN mit einem Hostcomputer auf einem anderen LAN oder einem WAN kommunizieren können, müssen Netzwerk-Interfaces vorhanden sein, die LANs und WANs miteinander verbinden. Ein Beispiels für ein Netzwerk-Interface ist ein oben beschriebener Router.
  • Ein zum Verbinden von mehreren LANs und/oder WANs vorgesehenes Netzwerk ist als Internet (im Englischen mit kleinem "i") bekannt. Ein Internet kann Daten zwischen mehreren beliebigen Netzwerken, einschließlich sowohl LANs als auch WANs, übertragen. Es erfolgt eine Kommunikation beispielsweise über ein Internetprotokoll-(IP-)Protokoll zwischen Hostcomputern auf einem LAN und Hostcomputern auf einem anderen LAN. Das IP-Protokoll wird zum Zuordnen einer einzigartigen IP-Adresse zu jedem Hostcomputer auf einem Netzwerk verwendet, durch die Pakete über das Internet zu anderen Hostcomputern auf anderen LANs und/oder WANs übertragen werden können, welche mit dem Internet verbunden sind. Ein Internet kann einen Router aufweisen, der zwei oder mehr Netzwerke miteinander verbindet.
  • Das Internet (im Englischen mit großem "I") ist ein globales Internet, das Netzwerke weltweit verbindet. Das Internet weist ein globales Netzwerk von Computern auf, die über die Internetprotokoll-(IP-)Protokollfamilie miteinander kommunizieren.
  • Ein "Inteanet" ist ein Internet, bei dem es sich um ein privates Netzwerk handelt, das Internetsoftware und Internetstandards nutzt, wie z.B. das Internetprotokoll (IP). Ein Inteanet kann für die Verwendung durch Parteien reserviert sein, die die für die Benutzung des Netzwerks erforderliche Vollmacht besitzen.
  • d. Vermitteln im Vergleich zu Routen
  • Das Routen erfolgt auf den mittleren Netzwerkarchitektur-Levels auf Protokollen wie z.B. IPX oder TCP/IP. Das Vermitteln erfolgt auf einem niedrigeren Level, auf Schicht 2 des OSI-Modus, d.h. der Medienzugriffssteuerungs-(MAC-)Schicht.
  • e. Paketzentrierte TCP/IP- im Vergleich zu schaltungszentrierten ATM-Datennetzwerken
  • Der Asynchron-Transfermodus (ATM) ist ein festgrößenzellenvermitteltes schaltungszentriertes Datennetzwerk. Der ATM implementiert virtuelle Schaltungen (VCs), virtuelle Wege (VPs) und Übertragungswege (TPs). Ein schaltungszentriertes Netzwerk wie ATM erstellt virtuelle Schaltungen zwischen Quellen- und Zielknotenpunkten, die durch Zweckbestimmen der virtuellen Schaltung für einen spezifischen Verkehrstyp QoS bieten.
  • Einige Netzwerke sind paketzentrierte Netzwerke. Anders als schaltungszentrierte Netzwerke verwendet ein paketzentriertes Netzwerk keine zweckbestimmten Schaltungen zum Übertragen von Paketen. TCP/IP führt eine Paketisierung von Benutzerdaten durch, die zwischen den verschiedenen Systemen auf dem IP-Netzwerk gesendet werden. Wenn eine große Datei durch den Protokollstapel gesendet wird, ist die IP-Funktion für die Segmentierung und Paketisierung der Daten zuständig. Dann wird für die Lieferung zu dem Datenlink ein Kopf auf das vorgesehene Paket platziert. Das Routen und Vermitteln dieser Daten wird auf der IP-(d.h. Netzwerk-)Schicht gehandhabt. Das IP ist in gewissem Sinne ein dummes Protokoll. Wenn ein Paket für die Übertragung über das Medium vorbereitet wird, leitet das IP die Übertragung nicht spezifisch über einen spezifischen Kanal. Stattdessen platziert es einen Kopf auf das Paket und überlässt es dem Netzwerk, dieses zu handhaben. Daher können nach außen zu sendende Pakete verschiedene Routen nehmen, um von einer Quelle zu einem Ziel zu gelangen. Das heißt, dass die Pakete eine Datagrammform aufweisen und nicht durchlaufend nummeriert sind wie bei anderen Protokollen. Das IP gibt sich große Mühe, die Pakete zu dem Ziel-Netzwerk-Interface zu liefern; es stellt jedoch nicht sicher, dass die Daten ankommen, dass die Daten fehlerfrei sind und dass sich Knotenpunkte auf dem Weg mit der Genauigkeit der Daten und der Sequenzierung befassen oder dass die Daten zurückkommen und dem Absender dadurch anzeigen, dass im Liefermechanismus etwas fehlerhaft ist. Es ist möglich, dass beim IP-Routen eines Pakets das Paket in einer Schleife durch das Netzwerk gesendet wird, so dass das IP einen Mechanismus in seinen Kopfinformationen aufweist, der eine bestimmte Anzahl von "Sprüngen" oder sogenannter "Time-To-Live" auf dem Netzwerk ermöglicht. Statt es einem unzustellbaren Paket zu ermöglichen, das Netzwerk in einer Schleife zu durchlaufen, weist das IP einen Zähler auf, der jedes Mal eine Dekrementierung durchführt, wenn das Paket einen Netzwerkknoten durchläuft. Wenn der Zähler abgelaufen ist, verwirft der Knotenpunkt das Paket. Das TCP wirkt mit dem IP zusammen, wobei das TCP eine Steuerung durchführt, um sicherzustellen, dass ein zuverlässiger Datenstrom gesendet und geliefert wird. Am Sendeende setzt das TCP einen Bytezähl-Kopf auf die Informationen, die zu der IP-Protokollschicht geliefert werden, und kapselt ihn als Teil des Pakets. Der Empfänger ist bei Empfang der Pakete für das Neusequenzieren der Pakete und Sicherstellen von deren Genauigkeit zuständig. Wenn der gesamte IP-Strom nicht korrekt empfangen wird, kann die Bytezählbestätigungs- oder -nichtbestätigungsmitteilung zu dem Sender zurückgesendet werden, wodurch der Sender veranlasst wird, die zum Füllen der verbleibenden Teile des Paketstroms erforderlichen Bytes erneut zu senden. Das TCP puffert zusätzliche Pakete, bis das nichtbestätigte Paket erneut gesendet worden ist.
  • 3. Videonetzwerk
  • 1C zeigt ein herkömmliches Videonetzwerk 150, wie z.B. ein Kabelfernseh-(CATV-)Netzwerk. Das Videonetzwerk 150 kann ein mit verschiedenen Videoerfassungs- und -verteilungslinks und Videoausgabemonitoren gekoppeltes Videonetzwerk 160 aufweisen. Videoeingabegeräte können z.B. Konferenzkameras 154 und 158 aufweisen. Videoausgabegeräte können z.B. Fernsehgeräte 152 und 156 aufweisen. Das Videonetzwerk 160 kann eine Vielzahl von Kopfenden-(d.h. dem Server-Ende des Kabels) und Verteilungslinkgeräten aufweisen, wie z.B. Koaxialkabelfernseh-(CATV-) und Nationalfernseh-Standardcode-(NTSC-)Tunergeräte zum Multiplexen verschiedener Videosignale. Standardkabelsystemen steht ein immenser Betrag an Bandbreite zur Verfügung.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass CATV ein drahtloses Kommunikationsverfahren ist. Die Frequenzen zahlreicher Videosignale werden gleichzeitig über das Kabel verteilt. Ein Fernsehtuner wählt durch Tunen in eine spezifische Frequenz oder ein "Frequenzband" einen speziellen Kanal aus.
  • Obwohl ein Kabelfernseh-CATV-Videonetzwerk häufig nur ein physisches Kabel aufweist, kann eine Anzahl von Kanälen gleichzeitig auf dem Kabel vorhanden sein. Dies wird durch gemeinsames Nutzen des Frequenzspektrums des Kabels und Zuordnen unterschiedlicher Frequenzbereiche zu unterschiedlichen Kanälen unter Anwendung des Frequenzmultiplexens (FDM) realisiert. Ein Breitbandkabel-Kommunikationssystem kann genau wie ein CATV-System arbeiten. Ein Gegenpart zu dieser FDM-Technik ist ein Unterteilen des Kabels, das nicht in Frequenzbänder, sondern in Zeit-Slots unterteilt ist, unter Anwendung des Zeitmultiplexens (TMD). Beim TDM kann jede Videoübertragungsstation die gesamte Bandbreite des Kabels erfassen, jedoch nur für einen kurzen Zeitraum. Das Kabel ist derzeit in der Lage, bis zu 750 MHz zu transportieren. FDM-Techniken können zum Unterteilen der Kanäle in eine Anzahl von zweckbestimmten logischen Kanälen angewendet werden. Innovationen haben einen Zeitmultiplex-Mehrfachzugriff (TDMA) innerhalb eines FDM-Kanals ermöglicht.
  • Ein Kabelsystem kann ein Multiplexen in zwei separate Dimensionen zum Herstellen von Datenkanälen über einem Kabel ermöglichen. Die Kanäle können durch Anwendung des TDM voneinander getrennt werden, und in ei nem Frequenzband kann der Kanal dann über TDMA von mehreren Benutzern gemeinsam genutzt werden. Die am häufigsten angewendeten TDMA-Zugriffsverfahren auf einem Breitbandkabel sind von XEROX für Ethernet entwickelt worden.
  • Bei Verwendung eines einzigen Kabels kann eine in der Mitte gespaltene Anordnung eine gleichzeitige Zweiwege-Übertragung ermöglichen. Ein weiterer Weg, dies zu realisieren, besteht in der Verwendung eines Dualkabelsystems.
  • Bei dem Breitband handelt es sich inhärent um ein Analogsignalverfahren. Da z.B. Videokameras ebenfalls analoge Vorrichtungen sind, kann ein von einer Videokamera (oder einem Videorecorder) kommendes Signal direkt im Rot/Grün/Blau-(RGB-)Format auf einen Bandbandkabelkanal übertragen werden.
  • G. Konvergenz von Sprach-/Daten-/Videonetzwerken
  • Das Anerkennen der inhärenten Effizienz von paketvermittelten Datennetzwerken, wie z.B. dem Internet, hat sich in jüngster Zeit auf das Digitalisieren und Übertragen von Sprach-, Daten-, Video- und anderen Informationen über konvergierte paketvermittelte Datennetzwerke konzentriert. Um eine hohe Servicequalitäts-(QoS-)Endbenutzererfahrung zu erreichen, versuchen die Datennetzwerke, Mechanismen zum rechtzeitigen Liefern der unterschiedlichen Informationstypen mit angemessener Bandbreite bereitzustellen, um eine akzeptable Endbenutzererfahrung zu bieten.
  • 2C zeigt ein beispielhaftes Netzwerk 286, das Sprach-, Daten- und Videoverkehr über ein Datennetzwerk transportiert. Das Netzwerk 286 umfasst einen Anrufer 102b, der an das EO 104b angeschlossen ist, wobei das EO 104b mit einem Telefonie-Netzübergang 288b verbunden ist. Das Netzwerk 286 umfasst ferner einen Angerufenen 110c, der an das EO 108c ange schlossen ist, wobei das EO 108c mit einem Telefonie-Netzübergang 288c verbunden ist. Die EOs 104b und 108b und die Telefonie-Netzübergänge 288b und 288c können mit einem Signalverarbeitungsnetzwerk verbunden sein. Die Telefonie-Netzübergänge 288b und 288c können ferner über Router 140b bzw. 140c mit dem Datennetzwerk 142 gekoppelt sein.
  • Gemäß 2C können die Telefonie-Netzübergäng 288b und 288c zum Paketisieren von Sprachverkehr und Durchführen einer Signalverarbeitung der Informationen in eine für den Transport über das Datennetzwerk 142 geeignete Form verwendet werden. Es ist für Fachleute auf dem Sachgebiet ersichtlich, dass die Telefonie-Netzübergänge 288b und 288c verschiedene Computervorrichtungen zum Steuern, Aufbauen und Abbrechen von Gesprächen aufweisen können. Über das Datennetzwerk gelieferte Sprachübertragungen können z.B. sprachüberlagertes Paket (VoP), sprachüberlagerte Daten (VoD), sprachüberlagertes Internetprotokoll (VoIP), sprachüberlagerten Asynchron-Transfermodus (VoATM) und sprachüberlagertes Frame (VoF) umfassen. Ein Beispiel für einen Telefonie-Netzübergang 288b und 288c ist ein Medien-Netzübergangs-Steuerprotokoll-(MGCP-) konformer Netzübergang von verschiedenen Anbietern, wie z.B. Lucent, Parsippany, New Jersey, und CISCO, Paolo Alto, Kalifornien. Es sei darauf hingewiesen, dass andere Netzwerkvorrichtungen, wie z.B. ein Softswitch von verschiedenen dem SoftSwitch-Konsortium angehörigen Firmen, einschließlich Level 3 Communications, Louisville, Colorado, ebenfalls zum Ermöglichen eines Transports von z.B. VoIP erforderlich sein können.
  • Das Netzwerk 286 ist mit weiteren mit dem Datennetzwerk 142 gekoppelten Vorrichtungen gezeigt. Als erstes ist ein H.323-konformes Videokonferenzsystem 289 mit einer Kamera 154g und einem Fernseher 152g und einem Router 140g gezeigt. Als zweites ist ein Lokalnetzwerk (LAN) 128a mit einer Client-Arbeitsstation 138a und ein Server 136 über einen Netzwerk-Router 140a mit den Datennetzwerk 142 gekoppelt. Auf im Wesentlichen gleiche Weise ist ein LAN 128f mit einer Client-Arbeitsstation 138f und einem Server 136f über einen Netzwerk-Router 140f mit den Datennetzwerk 142 gekoppelt.
  • Das Datennetzwerk 142 kann ein Routen von Informationspaketen über Netzwerk-Routing-Vorrichtungen von Quellenorten zu Zielorten, die mit dem Datennetzwerk 142 gekoppelt sind, bewirken. Beispielsweise kann das Datennetzwerk 142 Internetprotokoll-(IP-)Pakete zum Übertragen von Sprach- und Datenverkehr von dem Telefonie-Netzübergang 288b zu dem Telefonie-Netzübergang 288c leiten. Das Datennetzwerk 142 repräsentiert ein auf dem Sachgebiet anerkanntes paketzentriertes Datennetzwerk. Ein bekanntes Datennetzwerk ist das globale Internet. Weitere Beispiele umfassen ein privates Inteanet, ein paketvermitteltes Netzwerk, ein Frame-Relay-Netzwerk und ein schaltungszentriertes Asynchron-Transfermodus-(ATM-)Netzwerk.
  • Bei einem Ausführungsbeispiel kann das Datennetzwerk 142 ein paketvermitteltes IP-Netzwerk sein. Bei einem paketvermittelten Netzwerk, wie z.B. einem IP-Netzwerk, werden anders als bei einem leitungsvermittelten Netzwerk keine zweckbestimmten Schaltungen zwischen Anfangs- und Endstellen innerhalb des paketvermittelten Netzwerks benötigt. Das paketvermittelte Netzwerk unterteilt stattdessen eine Mitteilung in Teile, die als Informationspakete bekannt sind. Solche Pakete können dann mit einem Kopf gekapselt werden, der eine Zieladresse bezeichnet, zu der das Paket geleitet werden muss. Das paketgeschaltete Netzwerk nimmt dann die Pakete und leitet sie zu dem von der in dem Paketkopf enthaltenen Zieladresse bezeichneten Ziel.
  • Router 140a, 140b, 140c, 140d, 140e, 140f und 140g können über physische Medien, wie beispielsweise Optikfaser-Linkverbindungen und Kupferdrahtverbindungen, miteinander verbunden sein. Die Router 140a–g übertragen Informationen zwischen einander und kommunizieren gemäß Routingprotokollen miteinander.
  • Das Datennetzwerk 142 kann unter Verwendung eines beliebigen Datennetzwerks, wie z.B. IP-Netzwerken, virtuellen schaltungszentrierten ATM- Netzwerken, Frame-Relay-Netzwerken, X.25-Netzwerken und anderen Arten von LANs und WANs, implementiert werden. Andere Datennetzwerke können austauschbar anstelle des Datennetzwerks 142 verwendet werden, wie beispielsweise FDDI, Fast Ethernet oder ein paketvermitteltes SMDS-Netzwerk. Frame-Relays und ATM sind verbindungsorientierte schaltungszentrierte Dienste. Ein vermittelter Multimegabyte-Datenservice (SMDS) ist ein verbindungsorientierter Massenpaketdienst, der Geschwindigkeiten bis zu 45 Mbps bietet.
  • 1. Beispielhafte Datennetzwerke
  • Ein ATM ist eine festgrößenzellenbasierte Multiplex-Netzwerktechnologie mit großer Bandbreite und geringer Verzögerung. Die Bandbreitenkapazität ist in 53-Byte-Zellen mit einem Kopf und Nutzinformationsfeldern segmentiert. Der ATM verwendet Zellen mit fester Länge unter der Annahme, dass die Zellen mit fester Länge in der Hardware leichter vermittelt werden können als Pakete mit variabler Größe, und dies sollte somit zu schnelleren Übertragungen in bestimmten Umgebungen führen.
  • Die ATM-Umgebung erstellt virtuelle Schaltungen in schaltungszentrierter Weise. Somit strömen ATM-Segmente mit IP-Paketen mit variabler Länge unter Anwendung eines Segmentier- und Neusequenzieralgorithmus (SAR) in Zellen mit fester Größe.
  • Jede ATM-Zelle enthält ein 48-Byte-Nutzinformationsfeld und einen 5-Byte-Kopf, der die sogenannte "virtuelle Schaltung" der Zelle identifiziert. Der ATM wird als für Hochgeschwindigkeitskombinationen aus Sprach-, Daten- und Videodiensten geeignet angesehen. Derzeit kann der ATM-Zugriff bei Geschwindigkeiten bis zu 622 Mbps oder mehr funktionieren. Der ATM hat in jüngster Zeit seine Maximalgeschwindigkeit jährlich verdoppelt.
  • Der ATM ist durch ein von International Telecommunications Union (ITU-T), American National Standards Institute (ANSI), ETSI und ATM-Forum standardisiertes Protokoll definiert. Der ATM weist eine Anzahl von Bausteinen auf, einschließlich Übertragungswege, virtuelle Wege und virtuellen Kanäle. Der Asynchron-Transfermodus (ATM) ist eine zellenbasierte Vermittlungs- und Multiplextechnologie als universeller verbindungsorientierter Transfermodus für einen großen Bereich von Telekommunikationsdiensten. Der ATM ist ferner auf LAN und private Netzwerktechnologien anwendbar, wie von dem ATM-Forum spezifiziert.
  • Der ATM handhabt sowohl verbindungsorientierten Verkehr direkt oder über Adaptionsschichten als auch verbindungslosen Verkehr durch Verwendung von Adaptionsschichten. Die ATM-Virtuell-Verbindungen können entweder mit einer konstanten Bitrate (CBR) oder einer variablen Bitrate (VBR) arbeiten. Jede in ein ATM-Netzwerk gesendete ATM-Zelle enthält einen kleinen Kopf mit Informationen, die eine virtuelle schaltungszentrierte Verbindung von einen Start zu einem Ziel herstellen. Sämtliche Zellen werden sequentiell über diese virtuelle Verbindung übertragen. Der ATM erzeugt entweder permanente oder vermittelte virtuelle Verbindungen (PVCs oder SVCs). Der ATM ist asynchron, weil die übertragenen Zellen nicht periodisch sein müssen, da sich Zeit-Slots für Daten im Synchron-Transfermodus (STM) befinden müssen.
  • Der ATM wendet eine Vorgehensweise an, bei der ein Kopffeld jeder Nutzinformation mit fester Länge vorausgeht. Der ATM-Kopf identifiziert den virtuellen Kanal (VC). Daher stehen Zeit-Slots einem beliebigen Host zur Verfügung, bei dem Daten zur Übertragung bereitstehen. Wenn keine Hosts übertragungsbereit sind, wird eine leere oder ungenutzte Zelle gesendet.
  • Der ATM ermöglicht eine Standardisierung auf einer Netzwerkarchitektur, die ein Multiplex- und Vermittlungsverfahren definiert. Das synchrone optische Netzwerk (SONET) bildet die Basis für eine physische Übertragung bei sehr hohen Geschwindigkeitsraten. Der ATM kann ferner durch Bereitstellen separater virtueller Schaltungen für unterschiedliche Verkehrstypen je nach Verzögerung und Verlustleistung mehrere Servicequalitäts-(QoS-)Klassen für unterschiedliche Anwendungsanforderungen unterstützen. Der ATM kann ferner einen LAN-ähnlichen Zugriff auf die verfügbare Bandbreite unterstützen.
  • Es werden Zellen in einen physischen Übertragungsweg, wie z.B. den nordamerikanischen DS1, DS3 und SONET; den europäischen E1, E3 und E4; ITU-T STM-Standards; und verschiedene lokale Faser- und elektrische Übertragungs-Nutzinformationen abgebildet. Sämtliche Informationen werden in einem ATM-Netzwerk über diese Zellen mit fester Länge gemultiplext und vermittelt.
  • Der ATM-Zellenkopf identifiziert den Zellentyp und die Priorität und weist sechs Teile auf. Ein ATM-Zellenkopf weist eine generische Stromsteuerung (GFC), einen Virtuell-Weg-Identifizierer (VPI), einen Virtuell-Kanal-Identifizierer (VCI), einen Nutzinformationstyp (PT), eine Übertragungsverlustpriorität (CLP) und eine Kopffehlerprüfung (HEC) auf. Der VPI und der VCI sind nur von lokaler Bedeutung und identifizieren das Ziel. Die GFC ermöglicht es einem Multiplexer, die Rate eines ATM-Anschlusses zu steuern. Der PT zeigt an, ob die Zelle Benutzerdaten, Signaldaten oder Wartungsinformationen enthält. Die CLP zeigt die relative Priorität der Zelle an, d.h. Zellen mit niedrigerer Priorität werden bei Überlastungsintervallen vor Zellen mit höherer Priorität verworfen. Beim HEC werden Fehler im Kopf detektiert und korrigiert.
  • Das ATM-Zellen-Nutzinformationsfeld durchläuft in intaktem Zustand das Netzwerk, ohne dass eine Fehlerprüfung und -korrektur durchgeführt wird. Der ATM ist zum Durchführen der Fehlerprüfung und -korrektur an den Nutzinformationen auf Protokolle höherer Schichten angewiesen. Beispielsweise kann ein Übertragungssteuerungsprotokoll (TCP) zum Durchführen von Fehlerkorrekturfunktionen verwendet werden. Die feste Zellengröße vereinfacht die Implementierung von ATM-Vermittlern und -Multiplexern und ermöglicht Implementierungen bei hohen Geschwindigkeiten.
  • Bei Anwendung des ATM können längere Pakete kürzere Pakete nicht verzögern wie in anderen paketvermittelten Netzwerken, da lange Pakete in zahlreiche Zellen mit fester Länge unterteilt sind. Dieses Merkmal ermöglicht es dem ATM, CBR-Verkehr, wie z.B. Sprache und Video, in Zusammenhang mit VBR-Datenverkehr, der potentiell sehr lange Pakete umfasst, innerhalb desselben Netzwerks zu transportieren.
  • Die ATM-Vermittler übernehmen den Verkehr und segmentieren ihn in Zellen mit fester Länge und multiplexen die Zellen in einen Einzelbitstrom zum Übertragen über ein physisches Medium. Zum Beispiels können unterschiedliche Arten von Verkehr über ein ATM-Netzwerk übertragen werden, einschließlich Sprach-, Video- und Datenverkehr. Der Video- und Sprachverkehr ist sehr zeitempfindlich, so dass eine Verzögerung keine signifikanten Variationen aufweisen kann. Daten können andererseits entweder im verbindungsorientierten oder verbindungslosen Modus gesendet werden. In beiden Fällen sind Daten nicht annähernd so verzögerungsanfällig wie der Sprach- oder Videoverkehr. Der Datenverkehr, wie z.B. Tabellendaten, machen eine akkurate Übertragung erforderlich. Daher muss der ATM auf herkömmliche Weise zwischen Sprach-, Video- und Datenverkehr unterscheiden. Der Sprach- und Videoverkehr erfordert Priorität und garantierte Lieferung ohne beschränkte Verzögerung, während der Datenverkehr gleichzeitig die Sicherstellung eines geringen Verlustes erforderlich macht. In einem konvergierten Datennetzwerk kann der Datenverkehr auch Sprachverkehr transportieren, wodurch ersterer ebenfalls zeitabhängig wird. Bei Anwendung des ATM können bei einer Ausführungsform mehrere Verkehrstypen über einen einzigen ATM-Virtuell-Weg (VP) mit virtuellen Schaltungen (VC), die separatem Daten-, Sprach- und Videoverkehr zugeordnet sind, kombiniert sein.
  • Ein Übertragungsweg kann einen oder mehrere VPs aufweisen. Jeder VP kann eine oder mehrere VCs aufweisen. Somit können mehrere VCs über einen einzigen VP geleitet werden. Das Vermitteln kann auf einem Übertragungsweg, VPs oder dem Level der VCs erfolgen.
  • Die Fähigkeit des ATM, eine Vermittlung zu einem virtuellen Kanallevel durchzuführen, ist der Operation eines privaten oder öffentlichen Anschlusses (PBX) oder einer Telefonvermittlung in der Telefonwelt im Wesentlichen gleich. Bei einer PBX-Vermittlung kann jeder Kanal innerhalb einer Leitungsgruppe vermittelt werden. Vorrichtungen, die VC-Verbindungen herstellen, werden aufgrund der Analogie zu Telefonvermittlern allgemein als VO-Vermittler bezeichnet. ATM-Vorrichtungen, die VP-Verbindungen herstellen, werden analog zu dem Übertragungsnetzwerk allgemein als VP-Cross-Connect bezeichnet. Die Analogien sind zwecks Erläuterung beabsichtigt, sind jedoch nicht wörtlich zu nehmen. Eine ATM-Zellenvermittlungsmaschine braucht nicht ausschließlich auf das Vermitteln von VCs und auf eine Kreuzschaltung ausschließlich zu VPs beschränkt zu sein.
  • Auf einer ATM-Schicht haben Benutzer die Wahl zwischen einer Virtuell-Weg-Verbindung (VPC) und einer Virtuell-Kanal-Verbindung (VCC). Virtuell-Weg-Verbindungen (VPCs) werden nur anhand des Virtuell-Weg-Identifizierer-(VPI-) Werts vermittelt. Benutzer einer VPC kann VCCs innerhalb eines VPI auf transparente Weise zuordnen, da sie alle derselben Route folgen. Virtuell-Kanal-Verbindungen (VCCs) werden anhand eines kombinierten VPI- und Virtuell-Kanal-Identifizierer-(VCI-) Werts vermittelt.
  • Sowohl VPIs als auch VCIs werden zum Routen von Übertragungen durch ein Netzwerk verwendet. Es sei angemerkt, dass VPI- und VCI-Werte auf einem spezifischen Übertragungsweg (TP) einzigartig sein müssen.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass das Datennetzwerk 142 neben einem ATM-Netzwerk ein beliebiges Datennetzwerk aus einer Anzahl anderer Datennetzwerke sein kann, einschließlich verschiedener paketvermittelter Datennetzwerke.
  • b. Frame-Relay
  • Alternativ kann das Datennetzwerk 142 ein Frame-Relay-Netzwerk sein. Es ist für Fachleute auf dem Sachgebiet ersichtlich, das ein Frame-Relay-Netzwerk als Datennetzwerk 142 verwendet werden kann. Statt des Transports von Daten in ATM-Zellen können Daten in Frames transportiert werden.
  • Das Frame-Relay ist ein in WANs verwendetes paketvermitteltes Protokoll, das bei LAN-zu-LAN-Verbindungen zwischen entfernten Orten weit verbreitete Anwendung gefunden hat. Früher erreichte der Frame-Relay-Zugriff einen oberen Wert von ungefähr 1,5 Mbps. Heute bieten sogenannte "Hochgeschwindigkeits"-Frame-Relays ungefähr 45 Mbps. Diese Geschwindigkeit ist im Vergleich zu anderen Technologien, wie z.B. ATM, immer noch relativ gering.
  • Bei Frame-Relay-Diensten wird eine Art der Paketvermittlung analog zu einer optimierten Version der X-25-Netzwerke angewendet. Die Pakete haben die Form von Frames mit variabler Länge. Der Hauptvorteil bei dieser Vorgehensweise liegt darin, dass ein Frame-Relay-Netzwerk Datenpakete mit unterschiedlichen Größen, die praktisch jedem nativen Datenprotokoll zugeordnet sind, aufnehmen kann. Ein Frame-Relay-Netzwerk ist vollständig protokollunabhängig. Eine Frame-Relay-Netzwerk-Ausführung des Datennetzwerks 142 führt keinen langwierigen Protokollkonvertierprozess durch und bietet daher eine schnellere und kostengünstigere Vermittlung als einige alternative Netzwerke. Das Frame-Relay ist ferner schneller als herkömmliche X.25-Netzwerke, da es für heutzutage verfügbare zuverlässige Schaltungen konfiguriert worden ist und eine weniger rigorose Fehlerdetektion durchführt.
  • e. Internetprotokoll (IP)
  • Bei einer Ausführungsform kann das Datennetzwerk 142 ein Internetprotokoll-(IP-)Netzwerk über einem ATM-Netzwerk sein. Es ist für Fachleute auf dem Sachgebiet ersichtlich, dass ein Internetprotokoll-(IP-)Netzwerk über verschiedenen anderen Datenlinkschicht-Netzwerken, wie z.B. dem Ethernet, als Datennetzwerk 142 verwendet werden kann. Anstelle des Transports von Daten in schaltungszentrierten ATM-Zellen mit fester Länge können Daten in paketzentrierten IP-Datagrampaketen mit variabler Länge, die von dem TCP segmentiert worden sind, transportiert werden. Das IP-Datennetzwerk kann über einem beliebigen Netzwerk aus einer Anzahl von physischen Netzwerken liegen, wie beispielsweise einem optischen SONET-Netzwerk.
  • 2. Virtuelle Privatnetzwerke (VPNs)
  • Ein virtuelles Privatnetzwerk (VPN) ist ein von einem Telekommunikations-Carrier betriebenes Telekommunikations-Fernnetzwerk, das Leitungen bereitstellt, die bei Benutzung zweckbestimmt erscheinen, die jedoch tatsächlich von sämtlichen Kunden eines öffentlichen Netzwerks gemeinsam genutzte Leitungen umfassen. Sowie ein VPN als Dienst über ein Drahtleitungs-Netzwerk bereitgestellt werden kann, kann ein VPN in einem drahtlosen Netzwerk bereitgestellt werden. Ein VPN kann es ermöglichen, ein Privatnetzwerk innerhalb eines öffentlichen Netzwerks zu konfigurieren.
  • Telekommunikations-Carriers können VPNs für Kunden bereitstellen, um eine sichere garantierte Langstreckenbandbreite für deren WANs zu bieten. Bei diesen VPNs wird generell ein Frame-Relay oder ein vermittelter Multimegabyte-Datenservice (SMDS) als Protokoll der Wahl verwendet, da diese Protokolle unabhängig vom physischen Ort Benutzergruppen logisch im Netzwerk definieren. Der ATM wird als VPN-Protokoll bevorzugt, da Firmen eine höhere Zuverlässigkeit und größere Bandbreite zum Handhaben von komplexeren Anwendungen benötigen. VPNs, bei denen der ATM angewendet wird, bieten Netzwerke von Firmen mit der gleichen virtuellen Sicherheit und QoS wie WANs mit zweckbestimmten Schaltungen.
  • Das Internet hat eine sehr viel kostengünstigere Alternative zu VPNs geschaffen, d.h. das virtuelle private Internet. Das virtuelle private Internet (VPI) lässt Firmen ungleiche LANs über das Internet verbinden. Ein Benutzer installiert entweder nur eine Software oder eine Hardware-Software-Kombination, durch die ein gemeinsam genutztes sicheres Inteanet mit Netzwerkberechtigungs- und -verschlüsselungsmöglichkeiten wie beim VPN geschaffen wird. Bei einem VPI werden normalerweise browserbasierte Administrations-Interfaces verwendet.
  • 3. H.323-Videokonferenz
  • Die H.323-Empfehlung für Videokonferenzen wird nun kurz umrissen. Der H.323-Standard bildet das Fundament beispielsweise für Audio-, Video- und Datenübertragung über IP-basierte Netzwerke, einschließlich des Internet. Durch Beachtung der H.323-Empfehlung können Multimediaprodukte und -anwendungen von mehreren Anbietern miteinander operieren, wodurch es den Benutzern ermöglicht wird, ohne Bedenken hinsichtlich der Kompatibilität miteinander zu kommunizieren. H.323 wird als das Fundament für künftige LAN-basierte Produkte und Multimediaanwendungen in Aussicht gestellt.
  • H.323 ist eine übergeordnete Empfehlung von International Telecommunications Union (ITU), die Standards für die Multimediakommunikation über Lokalnetzwerke (LANs) setzt, welche keine garantierte Servicequalität (QoS) bieten. Diese Netzwerke dominieren heutzutage die Firmen-Desktops und umfassen ein paketvermitteltes TCP/IP und IPX über Ethernet-, Fast Ethernet- und Ring-Token-Netzwerktechnologien. Daher sind die H.323-Standards wichtige Bausteine für einen weiten neuen Bereich von gemeinschaftlichen LAN-basierten Anwendungen für die Multimediakommunikation.
  • Die H.323-Spezifikation wurde 1996 von der ITU-Study Group 16 genehmigt. Version 2 wurde im Januar 1998 genehmigt. Der Standard hat einen weiten Umfang und betrifft sowohl autonome Vorrichtungen als auch die ein gebettete Personalcomputertechnologie sowie Punkt-zu-Punkt- und -Mehrpunkt-Konferenzen. H.323 betrifft ferner die Übertragungssteuerung, das Multimediamanagement und das Bandbreitenmanagement sowie Interfaces zwischen LANs und anderen Netzwerken.
  • H.323 ist Teil einer Serie von Übertragungsstandards, die Videokonferenzen über eine Reihe von Netzwerken ermöglichen. Bekannt als H.323 umfasst diese Serie H.320 und H324, die ISDN- bzw. PSTN-Übertragungen betreffen.
  • Die H.323-Architektur bildet vier Hauptkomponenten für die netzwerkbasierte Übertragung, einschließlich Terminals, Netzübergänge, Informationsregulatoren und Mehrpunkt-Steuereinheiten (MCUs).
  • Terminals sind Client-Endstellen auf dem LAN, die Echtzeit-Zweiwege-Übertragung bieten. Sämtliche Terminals unterstützen die Sprachübertragung; Video und Daten sind optional. H.323 spezifiziert die Betriebsmoden, die für die Zusammenarbeit unterschiedlicher Audio-, Video- und/oder Datenterminals erforderlich sind. H.323 ist der Standard für die nächste Generation von Internettelefonen, Audiokonferenzterminals und Videokonferenztechnologien.
  • Sämtliche H.323-Terminals unterstützen ferner H.245, das zum Aushandeln der Kanalbenutzung und -kapazität verwendet wird. Drei weitere Komponenten sind erforderlich: Q.931 für die Gesprächssignalisierung und den Gesprächsaufbau, eine als Registrierung/Zulassung/Status (RAS) bezeichnete Komponente, bei der es sich um ein zum Kommunizieren mit einem Informationsregulator verwendetes Protokoll handelt, und eine Unterstützung für RTP/RTCP zum Sequenzieren von Audio- und Videopaketen.
  • Wahlweise vorgesehene Komponenten in einem H.323-Terminal sind Video-Codecs, T.120-Datenkonferenzprotokolle und MCU-Kapazitäten.
  • Ein Netzübergang ist ein wahlweise vorgesehenes Element bei einer H.323-Konferenz. Ein H.323-Netzübergang kann zahlreiche Dienste bieten, wobei der am häufigsten genutzte eine Umsetzfunktion zwischen H.323-Konferenz-Endstellen und anderen Terminaltypen ist. Diese Funktion umfasst die Umsetzung zwischen Übertragungsformaten (d.h. H.225.0 bis H.221) und zwischen Übertragungsverfahren (d.h. H.245 bis H.242). Ferner führt ein Netzübergang eine Umsetzung zwischen Audio- und Video-Codecs durch und führt Gesprächsaufbau und -freischaltung sowohl auf der LAN-Seite als auch auf der Seite des schaltungsvermittelten Netzwerks durch.
  • Generell liegt der Zweck des H.323-Netzübergangs darin, die Charakteristiken einer LAN-Endstelle zu einer SCN-Endstelle und umgekehrt wiederzugeben. Die primären Anwendungen von Netzübergängen sind wahrscheinlich das Herstellen von Links mit analogen PSTN-Terminals, das Herstellen von Links mit entfernten H.323-konformen Terminals über ISDN-basierte schaltungsvermittelte Netzwerke und das Herstellen von Links mit entfernten H.324-konformen Terminals über PSTN-Netzwerke.
  • Netzübergänge sind nicht erforderlich, wenn Verbindungen zu anderen Netzwerken nicht benötigt werden, da Endstellen direkt mit anderen Endstellen auf demselben LAN in Verbindung stehen können. Terminals stehen über die H.245- und Q.931-Protokolle mit Netzübergängen in Verbindung.
  • Mit den geeigneten Codeumsetzern können H.323-Netzübergänge 5806 Terminals unterstützen, die H.310-, H.321,- H.322-, und V.70-konform sind.
  • Zahlreiche Netzübergangsfunktionen bleiben dem Konstrukteur überlassen. Beispielsweise unterliegt die tatsächliche Anzahl von H.323-Terminals, die über den Netzübergang kommunizieren können, keiner Standardisierung. Ähnlich bleiben die Anzahl von SCN-Verbindungen, die Anzahl von gleichzeitigen unabhängigen unterstützten Konferenzen, die Audio-/Video-/Datenkonvertierfunktionen und das Vorsehen von Mehrpunkt-Funktionen dem Herstel ler überlassen. Durch Integrieren der H.323-Netzübergangstechnologie in die H.323-Spezifikation hat die ITU H.323 als Mittel zum Zusammenhalten von standardbasierten Konferenz-Endstellen positioniert.
  • Der Netzübergang ist die wichtigste Komponente eines H.323-aktivierten Netzwerks. Er kann als Zentralstelle für sämtliche Gespräche innerhalb seiner Zone dienen und bietet Gesprächssteuerdienste für registrierte Endstellen. In vielerlei Hinsicht fungiert der Netzübergang als virtueller Vermittler.
  • Netzübergänge führen zwei wichtige Gesprächssteuerfunktionen aus. Die erste ist die Adressenumsetzung von LAN-Aliasnamen für Terminals und Netzübergänge in IP- oder IPX-Adressen, wie in der RAS-Spezifikation definiert. Die zweite Funktion ist das Bandbreitenmanagement, das ebenfalls in der RAS aufgeführt ist. Wenn beispielsweise ein Netzwerkmanager einen Schwellenwert für die Anzahl von gleichzeitig auf dem LAN ablaufenden Konferenzen spezifiziert hat, kann der Netzübergang bei Erreichen des Schwellenwerts das Herstellen weiterer Verbindungen verweigern. Der Effekt ist das Begrenzen der Gesamtbandbreite für die Konferenz auf einen Teil der verfügbaren Gesamtbandbreite; die verbleibende Kapazität bleibt frei für E-Mails, Dateiübertragungen und andere LAN-Protokolle. Eine Kollektion sämtlicher Terminals, Netzübergänge und Mehrpunkt-Steuereinheiten, die von einem einzigen Netzübergang gemanagt werden können, ist als H.323-Zone bekannt.
  • Ein wahlweise vorgesehenes, jedoch wertvolles Merkmal eines Netzübergangs ist die Fähigkeit zum Routen von H.323-Gesprächen. Durch Routen eines Gesprächs über einen Netzübergang kann dieses effektiver gesteuert werden. Service-Provider benötigten diese Fähigkeit zum Berechnen von durch ihr Netzwerk platzierten Gesprächen. Dieser Dienst kann ferner zum erneuten Routen eines Gesprächs zu einer anderen Endstelle verwendet werden, wenn die angerufene Endstelle nicht verfügbar ist. Ferner kann ein Netzübergang, der zum Routen von H.323-Gesprächen in der Lage ist, bei der Entscheidungsfindung zu helfen, bei der ein Abgleichen zwischen mehreren Netzübergängen involviert ist. Wenn beispielsweise ein Gespräch durch einen Netzübergang geleitet wird, kann dieser Netzübergang das Gespräch dann anhand einer proprietären Routing-Logik zu einem von zahlreichen Netzübergängen zurückleiten.
  • Obwohl ein Netzübergang von H.323-Endstellen logisch getrennt ist, können Anbieter die Netzübergangsfunktionalität in die physische Implementierung von Netzübergängen und MCUs integrieren.
  • Ein Netzübergang ist in einem H.323-System nicht erforderlich. Wenn ein Netzübergang vorhanden ist, müssen Terminals jedoch die von Netzübergängen angebotenen Dienste nutzen. RAS definiert diese als Adressenumsetzung, Zugangssteuerung, Bandbreitensteuerung und Zonenmanagement.
  • Netzübergänge können ferner eine Rolle bei Mehrpunkt-Verbindungen spielen. Zum Unterstützen von Mehrpunkt-Konferenzen nutzen Benutzer einen Netzübergang zum Empfangen von H.245-Steuerkanälen von zwei Terminals in einer Punkt-zu-Punkt-Konferenz. Wenn die Konferenz auf Mehrpunkt umschaltet, kann der Netzübergang den H.245-Steuerkanal zum einem Mehrpunkt-Controller, dem MAC, zurückleiten. Ein Netzübergang braucht die H.245-Signale nicht zu verarbeiten; er braucht sie nur zwischen den Terminals oder zwischen den Terminals und dem MAC weiterzuleiten.
  • LANs, die Netzübergänge aufweisen, können auch einen Netzübergang zum Umsetzen von ankommenden E-164-Adressen in Transportadressen aufweisen. Da eine Zone von ihrem Netzübergang definiert ist, können H.323-Einheiten, die einen internen Netzübergang aufweisen, einen Mechanismus zum Deaktivieren der internen Funktion benötigen, so dass dann, wenn mehrere H.323-Einheiten vorhanden sind, die einen Netzübergang auf einem LAN aufweisen, die Einheiten in dieselbe Zone konfiguriert werden können.
  • Die Mehrpunkt-Steuereinheit (MCU) unterstützt Konferenzen zwischen drei oder mehr Endstellen. Unter H.323 weist eine MCU einen Mehrpunkt-Con troller (MC), der erforderlich ist, und null oder mehr Mehrpunkt-Prozessoren (MP) auf. Der MC handhabt H.245-Verhandlungen zwischen sämtlichen Terminals zum Feststellen gemeinsamer Fähigkeiten für die Audio- und Videoverarbeitung. Der MC steuert ferner Konferenzressourcen durch Feststellen, welche, falls überhaupt welche, der Audio- und Videoströme Multicast-Ströme sind.
  • Der MC befasst sich nicht direkt mit den Medienströmen. Dies bleibt dem MP überlassen, der Audio-, Video- und/oder Datenbits mischt, umschaltet und verarbeitet. MC- und MP-Kapazitäten können in einer zweckbestimmten Komponenten vorhanden sein oder Teil anderer H.323-Komponenten sein.
  • Die vorliegende Erfindung unterstützt Multicast für eine drahtlose Basisstation 302 und stellt bereit: Kompatibilität mit RFC 1112, 1584; Erkennen und Unterstützen von Multicasting-Anwendungen, einschließlich: Multimedia, Telefonkonferenz, Datenbank, Rechnerverbund, Echtzeit-Arbeitsgruppen; Unterstützung einer Sendefunktion über ein drahtloses Link; Konservieren von Bandbreite, Festhalten von QoS-Latenzleistung; Unterstützen von IPv6 IGMP- und IPv4 IGMP-Multicast; Anfrage bezüglich Gruppenzugehörigkeit; Gruppenzugehörigkeitsmeldungen.
  • Die im Januar 1998 genehmigte Version 2 des H.323-Standards behandelt Mängel in Version 1 und führt eine neue Funktionalität in bestehende Protokolle, wie z.B. Q.931, H.245 und H.225, sowie völlig neue Protokolle ein. Die signifikantesten Fortschritte betrafen die Sicherheit, schnellen Gesprächsaufbau, Zusatzdienste und T.120/H.323-Integration.
  • G. Paketzentriertes QoS-bewusstes drahtloses Punkt-zu-Mehrpunkt-(PtMP-)Telekommunikationssystem
  • 1. Drahtloses Punkt-zu-Mehrpunkt-Telekommunikationssystem
  • 2D zeigt ein Netzwerk 296 mit einem drahtlosen Punkt-zu-Mehrpunkt-(PtMP-)Netzwerk 298, das über den Router 140d mit dem Netzwerk 142 gekoppelt ist. Es sei darauf hingewiesen, dass das Netzwerk 296 ein Netzwerk 286 aus 2C plus das drahtlose PtMP-Netzwerk 298 aufweist. Das drahtlose PtMP-Netzwerk 298 ermöglicht es einem Teilnehmerendgerät (CPE) bei einem Teilnehmer, Zugriff zu den verschiedenen, mittels einer drahtlosen Konnektivität über eine gemeinsam genutzte Bandbreite gekoppelten Sprach-, Daten- und Videoressourcen zu erhalten. Das drahtlose PtMP-Netzwerk 198 ist ein paketvermitteltes Netzwerk, das TCP/IP-paketzentriert (d.h. es wird keine zweckbestimmte Schaltung beim Liefern eines Kommunikations-IP-Stroms hergestellt) und QoS-bewusst ist.
  • Insbesondere weist das drahtlose PtMP-Netzwerk 298 eine mit dem Router 140d z.B. über eine Drahtleitungsverbindung gekoppelte drahtlose Zugriffsstelle (WAP) 290d auf. Eine drahtlose Zugriffsstelle 290e kann auf im Wesentlichen gleiche Weise über eine Drahtleitungsverbindung mit dem Router 140e gekoppelt sein. Die WAP 290d steht mit einem oder mehreren drahtlosen Sendeempfänger-Teilnehmer-Antennen 292d und 292e in drahtloser Verbindung, wie z.B. in Radiofrequenz-(RF-)Verbindung. Es ist für Fachleute auf dem Sachgebiet ersichtlich, dass verschiedene Drahtloskommunikationsverfahren angewendet werden können, wie z.B. Mikrowelle, Mobilfunk, Spreizspektrum, Privatkommunikationssystem (PCS) und Satellit.
  • Bei einer alternativen Ausführungsform erfolgt die RF-Verbindung über Kabelfernseh-(CATV-)Koaxialkabel. Es ist für Fachleute auf dem Sachgebiet ersichtlich, dass ein Koaxialkabel als Wellenleiter fungiert, über den sich RF-Wellen ausbreiten. Entsprechend kann das Übertragungslink zwischen der RF-Sendeempfänger-Teilnehmer-Antenne 292d und der WAP 290d ein Koaxial kabel sein. Daher ist die Koaxialkabelverbindung analog zu einer drahtlosen Verbindung und wird bei der vorliegenden Erfindung als alternative Form der drahtlosen Verbindung bezeichnet.
  • Bei einer weiteren alternativen Ausführungsform erfolgt die RF-Übertragung über eine Satellitenverbindung, wie z.B. einen Satelliten mit erdnaher Umlaufbahn (LEO) oder über einen Satelliten mit erdferner Umlaufbahn. Das Beispiel eine LEO-Satellitenverbindung zeigt, dass das WAP 290d und die RF-Sendeempfänger-Teilnehmer-Antenne 292d als Satelliten-Netzübergang mit den zusätzlichen hier beschriebenen Funktionalitäten fungieren.
  • Es ist für Fachleute auf dem Sachgebiet offensichtlich, dass die vorliegende Erfindung zwar in Zusammenhang mit einem Punkt-zu-Mehrpunkt-Netzwerk beschrieben worden ist, die Erfindung jedoch gleichermaßen auf eine Punkt-zu-Punkt-Netzwerkumgebung anwendbar ist.
  • Gemäß 3A können bei einer Ausführungsform der Erfindung die WAPs 290d und 290e mit einer drahtlosen Basisstation 302 gekoppelt sein, in der "IP-Strom"-Verkehr in eine Warteschlange eingereiht, analysiert, charakterisiert, klassifiziert, priorisiert und disponiert werden kann, wie nachstehend genauer anhand der entsprechenden Figuren beschrieben wird.
  • Gemäß 3B sind bei einer Ausführungsform der Erfindung die Antennen 292d und 292e mit Teilnehmer-Endgeräte-(CPE-)Stationen 294d bzw. 294e (die auch als CPEs 294d, 294e bezeichnet werden) gekoppelt. Die Teilnehmer-CPE-Stationen 294d und 294e sind über Drahtleitungs- oder drahtlose Verbindungen mit verschiedenen anderen CPE-Geräten gekoppelt. Beispielsweise können die CPE-Stationen 290d und 290e mit einem Sprach-Anrufer 124d, 124e, 126d und 126e, Faxmaschinen 116d und 116e, Videokonferenzgeräten, einschließlich Videomonitoren 152d und 152e und Kameras 154d und 154e, Hostcomputern, einschließlich Client-Computern 120d und 120e und Servern 122d und 122e, gekoppelt sein. Verschiedene ältere Vorrichtungen, wie z.B. PBXs, können mit den CPEs 294d und 294e gekoppelt sein. Fer ner können Technologien der nächsten Generation, wie z.B. Ethernet-Telefone von Selsius, einer Tochter von CISCO Systems, San Jose, CA, und andere Interneteinrichtungen über LAN-Verbindungen mit den CPEs 294d und 294e gekoppelt sein. Weitere Videokonferenzgeräte sowie H.323-konforme Konferenzgeräte können ebenfalls mit den CPEs 294d und 294e gekoppelt sein.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung können beide Antennen 292d und 292e mit beiden WAPs 290d und 290e hinsichtlich alternativer oder Back-up-Drahtlos-Übertragungswege in Verbindung stehen.
  • 3A zeigt eine beispielhafte perspektivische grafische Darstellung 300 eines erfindungsgemäßen PtMP-Netzwerks. Die grafische Darstellung 300 umfasst eine drahtlose Basisstation 302, die in drahtloser Verbindung mit Teilnehmern 306a, 306b, 306c, 306d, 306e, 306f, 306g, 306h, 306i und 306j gezeigt ist. Insbesondere steht die drahtlose Basisstation 302 über die drahtlose Zugriffsstelle 290d mit der Teilnehmer-Antenne 292a–j der Teilnehmer 306a–j in Verbindung.
  • Die drahtlose Basisstation 302 ist an einem Interface 320 z.B. über eine Drahtleitungsverbindung mit dem Netzwerk-Router 140d gekoppelt. Der Netzwerk-Router 140d ist mit dem Datennetzwerk 142 gekoppelt, das verschiedene weitere Netzwerk-Router 104b zum Routen von Verkehr zu weiteren Knotenpunkten auf dem Datennetzwerk 142, wie z.B. dem Telefonie-Netzübergang 288b, aufweist.
  • 3B zeigt ein Blockschaltbild 310 mit Darstellung des erfindungsgemäßen drahtlosen PtMP. Die grafische Darstellung 310 umfasst eine am Interface 320 mit dem Datennetzwerk 142 gekoppelte drahtlose Basisstation 302. Ebenfalls mit dem Datennetzwerk 142 gekoppelt sind der Router 140d und der Telefonie-Netzübergang 288b, der wiederum mit einer Zentrale (CO) der Klasse 5 am EO 104b gekoppelt ist. Der IP-Telefonie-Netzübergang 288b kann den Telefonieverkehr zu der PSTN-Einrichtung z.B. durch Umsetzen von Paketen in Zeitbereichsmulitplex-(TDM-)Standardtelefonsignale beenden.
  • Die drahtlose Basisstation 302 steht am Teilnehmer-Standort 306d über die Antennen-WAP 290d und 292d mit dem drahtlosen CPE 294d in Verbindung. Es ist für Fachleute auf dem Sachgebiet ersichtlich, dass andere Konfigurationen des CPE 294d möglich sind, wie z.B. ein oder mehrere Hostcomputer ohne Telefonvorrichtungen, ein oder mehrere Telefone ohne Hostcomputer, ein oder mehrere Hostcomputer und ein oder mehrere Telefonvorrichtungen und eine oder mehrere H.323-fähige Videokonferenzplattformen, die einen Hostcomputer mit Monitor und Kamera aufweisen können.
  • Das CPE 294d ist mit mehreren Telefonvorrichtungen 124d und 126d, z.B. analogen Telefonen, und Hostcomputern, Client 120d und Server 122d gezeigt. Der Client 120d und der Server 122d können über eine LAN-Verbindung, wie z.B. ein Ethernet-LAN oder eine Alt-V.35-Vorrichtung 322d, mit dem CPE 294d gekoppelt sein, wodurch eine Hochgeschwindigkeits-Datenverbindung erzeugt wird. Weitere Interneteinrichtungen, die mit einen Datennetzwerk verbindbar sind, können ebenfalls mit dem CPE 294d gekoppelt sein.
  • 2. Netzwerkprotokollstapelarchitektur-Drahtlos-IP-Netzwerkzugriffsarchitektur (WINAAR)
  • 4 zeigt die Drahtlos-IP-Netzwerkzugriffsarchitektur (WINAAR) 400 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die Architektur 400 zeigt den Netzwerkprotokollstapel, der eine Version eines TCP/IP-Protokollstapels ist, welcher zum Unterstützen einer IP-zentrierten, QoS-über-Paket-vermittelten drahtlosen PtMP-Verbindung mit gemeinsam genutzter Bandbreite verbessert worden ist. Der Netzwerkprotokollstapel wird im Hinblick auf den Open-System-Interconnect-(OSI-)7-Schicht-Netzwerkprotokollstapel-Standard beschrieben, der eine physische Schicht (OSI-Schicht 1) 402, eine Datenlinkschicht (OSI-Schicht 2) 404, eine Netzwerkschicht (OSI-Schicht 7) 406 und 408, eine Transportschicht (OSI-Schicht 4) 410 und eine Anwendungsschicht (OSI-Schicht 7) 412 aufweist.
  • a. Physische Schicht
  • Bei einem Ausführungsbeispiel kann die physische Schicht 402 unter Verwendung mehrerer drahtloser anwendungsspezifischer intergrierter Schaltungen (wASICs), einer handelsüblichen 16QAM/QPSK 416-ASIC; einer Interferenz-Abschwächungs-und-Mehrweg-Negations (IMMUNE-)RF 418-Algorithmus-ASIC zum Minimieren und/oder Eliminieren von schädlicher Interferenz; und einer Frequenzsprung-(FH-)419-ASIC zum Ermöglichen einer dynamischen und adaptiven Mehrkanalübertragung zwecks Optimierung der Datenlinkintegrität durch Verändern der Frequenzpegel je nach Rauschpegel auf einer vorgegebenen Frequenz implementiert werden. Die physische Schicht 402 kann das Radiofrequenz-(RF-)Signal 415 aufweisen.
  • b. Datenlinkschicht
  • Die Datenlinkschicht 404 befindet sich oben auf der physischen Schicht 402. Die Datenlinkschicht 404 kann eine Medienzugriffssteuerungs-(MAC-)Schicht 414 aufweisen, die in der grafischen Darstellung 400 als MAC-Schichtteil 414a und proaktive reservierungsbasierte intelligente Multimediazugriffs-(PRIMMA-)Technologieteile 414b und 414c dargestellt ist. Pfeile 426, 428 bzw. 430 zeigen, dass die MAC-Schicht 414 Kopfinformationen aus den Daten- und Multimediaanwendungs- 425, TCP/UDP- 427 und IP- 429 Schichten auslesen kann, um ein IP-Paket eines "IP-Stroms" zu analysieren und zu disponieren. IP-Pakete des IP-Stroms werden durch Analysieren der Kopfinformationen zwecks Bestimmung der QoS-Anforderungen des IP-Stroms identifiziert, so dass der IP-Strom charakterisiert, klassifiziert, präsentiert, priorisiert und disponiert werden kann.
  • c. Netzwerkschicht
  • 1. Internetprotokoll (IP)
  • Die Netzwerkschicht 408 ist das Internetprotokoll (IP) 429. Wie nachstehend genauer beschrieben und oben bereits anhand des Datenetzwerks 142 erläutert, ist das IP ein Standardprotokoll zum Adressieren von Informationspaketen. Gemäß 7 können IP-Kopffelder 702 z.B. Quellen- und Ziel-IP-Adressen, IP-Servicetyp (TOS), IP-Time-To-Live (TTL) und Protokollfelder aufweisen. Das IP ist ein Datagramm, das Netzwerkausfällen gegenüber sehr elastisch ist, jedoch keine sequentielle Lieferung garantiert. Router senden unter Verwendung des Internet-Control-Message-Protocol (ICMP) Fehler- und Steuermitteilungen zu anderen Routern. Das ICMP kann ferner eine Funktion bereitstellen, bei der ein Benutzer ein "PING" (Echopaket) senden kann, um die Erreichbarkeit und Umwegverzögerung eines IP-Adressen-Host zu verifizieren. Ein weiteres OSI-Schicht 3-Protokoll ist ein Address-Resolution-Protocol (ARP), das direkt mit der Datenlinkschicht verbunden sein kann. Das ARP bildet eine physische Adresse, z.B. eine Ethernet-MAC-Adresse, auf einer IP-Adresse ab.
  • 2. Internetprotokoll (IP)v4 und IPv6
  • Das IP 429 der Netzwerkschicht 408 kann z.B. eine IP-Version 4 (IPv4) oder eine IP-Version 6 (IPv6) sein. Die IPv6 (die manchmal als Internetprotokoll der nächsten Generation oder Ipng bezeichnet wird) ist eine rückwärts kompatible Erweiterung der aktuellen Version des Internetprotokolls IPv4. Die IPv6 ist zum Lösen von Problemen vorgesehen, die durch den Erfolg des Internet entstanden sind (wie z.B. kein weiterer verfügbarer Adressenraum und keine weiteren verfügbaren Routertabellen). Die IPv6 fügt ferner benötigte Merkmale hinzu, einschließlich Schaltungsanordnungssicherheit, Autokonfiguration und Echtzeitdienste, ähnlich der QoS. Eine stärkere Internetnutzung und die Zuweisung vieler der verfügbaren IP-Adressen haben zu einem dringenden Bedarf an einer größeren Adressenkapazität geführt. Die IPv4 benutzt eine 32-Byte-Nummer zum Bilden einer Adresse, die ungefähr 4 Milliarden eindeutige Netzwerkadressen bieten kann. Im Vergleich dazu verwendet die IPv6 128 Bytes pro Adresse, was eine viel größere Anzahl von verfügbaren Adressen ermöglicht.
  • 3. Ressourcen-Reservierungs-Protokoll (RSVP)
  • Das IP 429 der Netzwerkschicht 408 kann eine RSVP-Erweiterung aufweisen. Das RSVP, das zum Verbessern der IPv4 durch QoS-Merkmale entwickelt worden ist, ist dazu vorgesehen, Netzwerkmanager eine Bandbreite auf der Basis der Bandbreitenanforderung einer Anwendung zuweisen zu lassen. Grundsätzlich ist das RSVP ein aufstrebendes Übertragungsprotokoll, bei dem gehofft wird, dass es einem Router signalisiert, eine Bandbreite für die Echtzeitübertragung von Daten-, Video- und Audioverkehr zu reservieren.
  • Ressourcen-Reservierungs-Protokolle, die auf einer pro-Verbindung-Basis arbeiten, können in einem Netzwerk verwendet werden, um die Priorität eines bestimmten Benutzers temporär zu erhöhen. Das RSVP arbeitet von Ende-zu-Ende, um Anwendungsanforderungen für eine spezielle Handhabung zu übertragen. Das RSVP identifiziert eine Sitzung zwischen einem Client und einem Server und fordert die mit der Sitzung betrauten Router auf, dieser Kommunikation Priorität beim Zugreifen auf Ressourcen zu gewähren. Wenn die Sitzung beendet ist, werden die für die Sitzung reservierten Ressourcen für Benutzung durch andere freigegeben.
  • Das RSVP bietet leider nur zwei Prioritätslevel in seinem Signalisierungskonzept. Pakete werden bei jedem Routersprung entweder als eine niedrige oder eine hohe Priorität aufweisend identifiziert. In stark gefüllten Netzwerken ist eine Zweilevel-Klassifizierung jedoch möglicherweise nicht ausreichend. Ferner können Pakete, die bei einem Routersprung priorisiert worden sind, beim nächsten Sprung zurückgewiesen werden.
  • Das RSVP, das 1997 als IETF-Standard anerkannt worden ist, versucht nicht, zu regeln, wer eine Bandbreite erhalten soll, und es bleiben dahingehend Fragen offen, was geschieht, wenn mehrere Benutzer gleichzeitig einen großen Bandbreitenblock anfordern. Derzeit reagiert die Technologie mit First-Come-First-Served auf diese Situation. Die IETF hat eine Task Force zur Lösung dieses Problems gebildet.
  • Da das RSVP einen speziellen Servicelevel bietet, setzen viele Leute QoS mit dem Protokoll gleich. Beispielsweise verwendet Cisco derzeit das RSVP in seinem IPv4-basierten Internet-Router-Betriebssystem zum Liefern von IPv6-QoS-Merkmalen. Das RSVP ist jedoch nur ein kleiner Teil des QoS-Bildes, da es nur so weit effektiv ist, wie es innerhalb einer vorgegebenen Client/Server-Verbindung unterstützt wird. Obwohl das RSVP das Anfordern von Latenz und Bandbreite für eine Anwendung ermöglicht, bietet das RSVP keine Überlastungskontrolle oder gewährt keine netzwerkweite Priorität beim Verkehrsstrommanagement, was zum Integrieren von QoS im gesamten Unternehmen erforderlich ist. Ferner behandelt das RSVP nicht die besonderen Herausforderungen hinsichtlich der Lieferung von Paketen über ein drahtloses Medium.
  • Die vorliegende Erfindung unterstützt das RSVP durch Bereitstellen von: (1) Kompatibilität mit RFC 2205; (2) Erkennen und Unterstützen von RSVP-Mitteilungen einschließlich: Weg-Mitteilungen, Reservierung (Resv), Wegabbruch-Mitteilungen, Resv-Abbruch-Mitteilungen, Wegfehler-Mitteilungen, Resv-Fehler-Mitteilungen und Bestätigungs-Mitteilungen; (3) Erkennen und Unterstützen von RSVP-Zielen einschließlich: Null, Session, RSVP_Hop, Time_Values, Style, Flowspec, Sender_Template, Sender_Tspec, Adspec, Error_Spec, Policy_Data, Integrity and Scope, Resv_Confirm; (4) konfigurierbare Umsetzung von RSVP-Flowspecs für die QoS-Ressourcen-Zuweisung in die drahtlose Basisstation 302.
  • Die vorliegende Erfindung bietet Unterstützung von DiffServ und RSVP/int-serv durch Bereitstellen von: (1) Unterstützung von RFC 2474 und 2475; (2) DiffServ im Kern des Internet; (3) RSVP/int-serv für Hosts und Randnetzwerke; (4) Zugangskontrollmöglichkeit für DiffServ-Kompatibilität; (5) differenzierte Services (DSs) (eine zur Verwendung durch DiffServ unterstützte Feldmarkierung und Umsetzung in eine Drahtlos-Basisstations-302-Ressourcen-Zuweisung); und (6) Unterstützung beim Verbinden mehrerer Ende-zu-Ende-Sitzungen mit einer Tunnelsitzung.
  • 4. Echtzeittransportprotokoll (RTP) und Echtzeitsteuerprotokoll (RTCP)
  • Die TCP-Transportschicht 410 kann eine RTP- und RTCP-Erweiterung aufweisen. Ein Echtzeittransportprotokoll (RTP) ist ein aufstrebendes Protokoll für das Internet, das von der Audio-/Videotransport-Arbeitsgruppe von IETF favorisiert wird. Gemäß 7 können RTP- und RTCP-Kopffelder 708 mehrere Informations-Subfelder aufweisen. Das RTP unterstützt die Echtzeitübertragung von interaktiven Sprach- und Video-über-paketgeschalteten Netzwerken. Das RTP ist ein dünnes Protkoll, das Inhaltsidentifizierung, Paketsequenzierung, Zeitsteuerungsrekonstruktion, Verlustdetektion und Sicherheit bietet. Mit dem RTP können Daten mit begrenzter Verzögerung zu einem oder mehreren Zielen geliefert werden.
  • Das RTP und andere Internet-Echtzeitprotokolle, wie z.B. die Internet-Stromprotokollversion 2 (ST2), konzentrieren sich auf die Effizienz des Datentransports. Das RTP und andere Internet-Echtzeitprotokolle, wie das RTCP, sind für Übertragungssitzungen konfiguriert, die persistent sind und bei denen große Datenmengen ausgetauscht werden. Das RTP handhabt keine Ressourcenreservierung oder QoS-Kontrolle. Stattdessen ist das RTP auf Ressourcenreservierungsprotokolle, wie z.B. das RSVP, angewiesen, die zum Zuweisen der geeigneten Bandbreite eine dynamische Übertragung durchführen.
  • Das RTP fügt einen Zeitstempel und einen Kopf hinzu, der unterscheidet, ob ein IP-Paket Daten oder Sprache enthält, und dadurch eine Priorisierung von Sprachpaketen ermöglicht, während es das RSVP Netzwerkvorrichtungen ermöglicht, eine Bandbreite zum Transportieren unaufgeteilter Multimedia-Datenströme zu reservieren.
  • Das Echtzeitsteuerprotokoll (RTCP) ist ein Begleitprotokoll des RTP, das Netzwerkbedingungen analysiert. Das RTCP arbeitet als Multicast, um ein Feedback zu den RTP-Datenquellen sowie sämtlichen Sitzungsteilnehmern zu ermöglichen. Das RTCP kann zum Umgehen des Datagramm-Sprachtransport- über IP in privaten IP-Netzwerken verwendet werden. Mit dem RTCP kann sich die Software durch Melden der Anwendung von Spikes oder Variationen bei der Netzwerkübertragung an sich verändernde Netzwerklasten anpassen. Unter Verwendung des RTCP-Netzwerkfeedback kann die Telefoniesoftware einen Verdichtungsalgorithmus in Reaktion auf sich verschlechternde Verbindungen vermitteln.
  • 5. IP-Multicasting-Protokolle
  • Das IP 429 der Netzwerkschicht 408 kann ferner Multicasting-Protokolle unterstützen. Digitale Sprache und digitales Video umfassen großen Datenmengen, die, wenn sie in Pakete unterteilt sind, rechtzeitig und in der richtigen Reihenfolge geliefert werden müssen, um die Qualitäten des Originalinhalts beizubehalten. Protokollentwicklungen haben sich auf das Ermöglichen von effizienten Arten zum Senden des Inhalts an mehrere Empfänger konzentriert, und diese Übertragung wird als Multicasting bezeichnet. Das Multicasting umfasst das Senden einer Mitteilung von einem Host zu zahlreichen Hosts in einer Einer-zu-Vielen-Beziehung. Eine Netzwerkvorrichtung sendet eine Mitteilung an eine ausgewählte Gruppe von anderen Vorrichtungen, wie z.B. PCS oder Arbeitsstationen auf einem LAN, WAN oder dem Internet. Beispielsweise kann ein Router Informationen über eine Routing-Tabellen-Aktualisierung zu anderen Routern in einem Netzwerk senden.
  • Es werden mehrere Protokolle für das IP-Multicasting implementiert, einschließlich Upgrades an dem Internetprotokoll selbst. Beispielsweise unterstützen einige der Veränderungen in der jüngsten Version des IP, IPv6, unterschiedliche Formen der Adressierung für Unicast (Punkt-zu-Punkt-Kommunikation), ein beliebiges Cast (Kommunikation mit dem nächsten Mitglied einer Vorrichtungsgruppe) und Multicast. Die Unterstützung für das IP-Multicasting kommt von mehreren Protokollen, einschließlich Internetgruppenmanagementprotokoll (IGMP), protokollunabhängigem Multicast (PIM) und Distanzvektor-Multicasting-Routing-Protokoll (DVMRP). Es können ferner Warteschlangeneinreihungsalgorithmen verwendet werden zum Sicherstellen, dass Video- oder andere Multicast-Datentypen dann eintreffen, wenn sie eintreffen sollen, und zwar ohne sichtbare oder hörbare Verzerrung.
  • Das Echtzeittransportprotokoll (RTP) ist derzeit ein IETF-Entwurf für Ende-zu-Ende-Echtzeit-Lieferung von Daten, wie z.B. Video und Sprache. Das RTP arbeitet über dem Benutzer-Datagrammprotokoll (UDP) und bietet keine Garantie rechtzeitiger Lieferung, Servicequalität (QoS), Lieferung oder Reihenfolge der Lieferung. Das RTP arbeitet in Zusammenhang mit einem Mischer und Umsetzer und unterstützt die Verschlüsselung und Sicherheit. Das Echtzeitsteuerprotokoll (RTCP) ist Teil der RTP-Definition, welcher Netzwerkbedingungen analysiert. Das RTCP ermöglicht eine vorgeschriebene Überwachung der Dienste und erfasst Informationen über Teilnehmer. Das RTP kommuniziert dynamisch mit dem RSVP, um eine geeignete Bandbreite zuzuweisen.
  • Internetpakete bewegen sich typischerweise auf einer First-Come-First-Served-Basis. Wenn das Netzwerk überlastet ist, kann das Ressourcenreservierungsprotokoll (RSVP) ermöglichen, dass bestimmte Verkehrstypen, wie z.B. Videokonferenzen, möglicherweise zu einem Aufpreis vor weniger zeitempfindlichem Verkehr, wie z.B. E-Mail, geliefert wird. Das RSVP kann die Internet-Preisstruktur durch Anbieten unterschiedlicher QoS zu unterschiedlichen Preisen verändern. Bei Verwendung eines SLA können Benutzern an CPE-Stationen je nach SLA-Teilnehmerlevel unterschiedliche QoS-Level geboten werden.
  • Das RSVP-Protokoll kann von einem Host für eine Anwendung verwendet werden, um eine spezifische QoS von dem Netzwerk für spezielle Datenströme anzufordern. Die Router können das RSVP-Protokoll zum Liefern von QoS-Kontrollanforderungen zu sämtlichen benötigten Netzwerkknotenpunkten verwenden, um den zum Bieten des angeforderten Service erforderlichen Zustand herzustellen und aufrechtzuerhalten. RSVP-Anforderungen können generell, jedoch nicht zwangsläufig, dazu führen, dass Ressourcen in jedem Knotenpunkt entlang dem Datenweg reserviert werden.
  • Das RSVP selbst ist kein Routing-Protokoll. Das RSVP ist zum Arbeiten mit aktuellen und künftigen Unicast- und Multicast-Routing-Protokollen vorgesehen. Bei einem RSVP-Prozess wird die lokale Routing-Datenbank zwecks Erhalts von Routen konsultiert. Im Multicast-Fall beispielsweise sendet der Host IGMP-Mitteilungen, dass er sich einer Multicast-Gruppe anschließt, und sendet dann RSVP-Mitteilungen zum Reservieren von Ressourcen entlang den Lieferwegen dieser Gruppe. Routing-Protokolle bestimmen, wohin Pakete geleitet werden. Das RSVP befasst sich nur mit der QoS dieser Pakete, wenn diese gemäß dieses Routing weitergeleitet werden. Die vorliegende Erfindung bietet Benutzern einen QoS-bewussten drahtlosen PtMP-Zugriff über eine gemeinsam genutzte drahtlose Bandbreite und kann in dem Paketkopf von Paketen in den IP-Strömen, die zum Übertragen über die Bandbreite der drahtlosen Basisstation empfangen werden, enthaltene Prioritätsinformationen berücksichtigen.
  • d. VPN-Netzwerke (beispielhafte wahlweise vorgesehene Protokolle) an der Netzwerkschicht
  • Ebenfalls an der Netzwerkschicht 406 gezeigt sind beispielhafte wahlweise vorgesehene virtuelle Privatnetzwerk-(VPN-)Protokolle, nämlich ein Punkt-zu-Punkt-Protokoll (PPP) 420 und ein IPsec 422, wie nachstehend beschrieben.
  • Es gibt heute mehrere Protokollstandards für VPNs. Beispielsweise IP-Sicherheit (IPsec), Punkt-zu-Punkt-Tunnelungsprotokoll (PPTP), Schicht-2-Übermittlungsprotokoll (L2F) und Schicht-2-Tunnelungsprotokoll (L2TP). Die IETF hat eine Sicherheitsarchitektur für das Internetprotokoll (IP) vorgeschlagen, die zum Sichern von internetbasierten VPNs verwendet werden kann. Die IPsec erleichtert sichere private Sitzungen über das Internet zwischen Unternehmens-Firewalls durch Verschlüsseln des Verkehrs, wenn dieser in das Internet eintritt, und Entschlüsseln am anderen Ende, wobei die Anbieter zahlreiche Verschlüsselungsalgorithmen, Schlüssellängen und Schlüsselhinterlegungstechniken verwenden können. Das Ziel der IPsec besteht darin, Firmen die beste Firewall, Verschlüsselung und TCP/IP-Protokollprodukte mischen und anpassen zu lassen.
  • Die IPsec ist zum Verbinden zweier LANs über einen verschlüsselten Datenstrom im Internet vorgesehen.
  • 1. Punkt-zu-Punkt-Tunnelungsprotokoll (PPTP)
  • Das Punkt-zu-Punkt-Tunnelungsprotokoll (PPTP) bietet gegenüber der Verwendung der IPsec eine alternative Vorgehensweise hinsichtlich der VPN-Sicherheit. Anders als die IPsec, das zum Verbinden zweier LANs über einen verschlüsselten Datenstrom im Internet vorgesehen ist, ermöglicht es das PPTP Benutzern, sich über das Internet mittels eines PPTP-Server oder eines ISP, der das PPTP unterstützt, mit einem Netzwerk eines Unternehmens zu verbinden. Das PPTP ist der IETF Anfang 1996 als Standard vorgeschlagen worden. Es wird erwartet, dass Firewall-Anbieter das PPTP unterstützen.
  • Das PPTP ist zusammen mit 3Com, Ascend und US Robotics von Microsoft entwickelt worden und ist derzeit in WINDOWS NT SERVER 4.0, WINDOWS NT WORKSTATION 4.0, WINDOWS 95 über ein Upgrade und in WINDOWS 98 von Microsoft Corporation, Redmond, Washington, implementiert.
  • Die "Tunnelung" im PPTP bezieht sich auf das Kapseln einer Mitteilung derart, dass die Mitteilung verschlüsselt und dann über das Internet übertragen werden kann. Das PPTP kann durch Herstellen eines Tunnels zwischen dem Server und dem Client Vearbeitungsressourcen miteinander verbinden.
  • 2. Schicht-2-Übermittlungs-(L2F-)Protokoll
  • Das von Cisco entwickelte Schicht-2-Übermittlungsprotokoll (L2F) ähnelt dahingehend dem PPTP, dass es ebenfalls andere Protokolle für den Transport über das Internet oder ein anderes TCP/IP-Netzwerk, wie z.B. ein Datennetzwerk 112, in einem TCP/IP-Paket kapselt. Anders als das PPTP benötigt das L2F einen speziellen L2F-konformen Router (der Änderungen an einer LAN- oder WAN-Infrastruktur erforderlich machen kann), es arbeitet auf einem niedrigeren Level des Netzwerkprotokollstapels und benötigt kein TCP/IP-Routing für sein Funktionieren. Das L2F bietet eine zusätzliche Sicherheit für Benutzernamen und Passwörter, die über die beim PPTP hinausgeht.
  • 3. Schicht-2-Tunnelungsprotokoll (L2TP)
  • Das Schicht-2-Tunnelungsprotokoll (L2TP) kombiniert Spezifikationen von L2F mit PPTP. Im November 1997 hat die IETF den L2TP-Standard genehmigt. Cisco installiert das L2TP in seine Internet-Betriebssystemsoftware, und Microsoft integriert es in WINDOWS NT 5.0. Ein Hauptvorteil des L2TP gegenüber der IPsec, die nur TCP/IP-Übertragungen abdeckt, liegt darin, dass das L2TP mehrere Protokolle transportieren kann. Das L2TP bietet ferner eine Übertragungsmöglichkeit über Nicht-IP-Netzwerke. Das L2TP ignoriert jedoch die Datenverschlüsselung, ein wichtiges Sicherheitsmerkmal für Netzwerkadministratoren beim vertraulichen Verwenden von VPNs.
  • 4. IPsec
  • IP-Ströme, bei denen die Sicherheitsverschlüsselungsmerkmale der IPsec 422 verwendet werden, werden von der vorliegenden Erfindung unterstützt. Das Integrieren von IPsec 422-Strömen der WINAAR-Architektur 400 wird nachstehend in Downlink- und Uplink-Richtung anhand von 17A bzw. 17B beschrieben. Die drahtlose Basisstation 302 unterstützt das Priorisieren von verschlüsselten IPsec-Strömen durch Platzieren der Firewall an der drahtlosen Basisstation und Entschlüsseln des Datenstroms und der Paketkopfinformationen vor der Identifikationsanalyse. Über das drahtlose Übertragungsmedium weist der Frame-Strom bereits eine Verschlüsselung der Frame-Daten auf und implementiert ein Frequenzspringen.
  • Die IPsec ermöglicht eine sichere Datenübertragung z.B. für VPNs und eCommerce-Sicherheit. Die IPsec ist RFC 2401-2407-kompatibel. Die IPsec wird durch IPv4 und IPv6 und ferner den IPsec-Tunnelmodus unterstützt. Die Drahtlos-Basisstation 302-Sicherheitsprotokollunterstützung umfasst einen Authentifizierungskopf (AH) und Kapselungssicherheits-Nutzinformationen (ESP). Die drahtlose Basistation 302 unterstützt IPsec-Authentifizierung (MD5), Verschlüsselungsalgorithmen und automatisches Schlüsselmanagement (IKE und ISAKMP/Oakley). Die drahtlose Basisstation 302 bietet eine Auswahl von Transportmodus oder Tunnelmodus und wählbare Granularität des Sicherheitsservice, wie z.B. das Bereitstellen eines einzelnen verschlüsselten Tunnels für den gesamten Verkehr zwischen zwei Hosts oder Bereitstellen eines separaten verschlüsselten Tunnels für jede TCP-Verbindung zwischen Hosts.
  • e. Transportschicht
  • 1. Übertragungssteuerungsprotokoll/Internetprotokoll (TCP/IP) und Benutzer-Datagrammprotokoll/Internetprotokoll (UDP/IP)
  • Wie bereits beschrieben, ist das Internetprotokoll (IP) heute das primäre Netzwerkprotokoll. Dieser Erfolg ist zum großen Teil auf das Internet zurückzuführen, das auf der Übertragungssteuerungsprotokoll/Internetprotokoll-(TCP/IP-)Protokollfamilie basiert. Das TCP/IP ist das am häufigsten angewandte Verfahren zum Verbinden von PCs, Arbeitsstationen und Servern. Das TCP/IP bildet Teil zahlreicher Softwareprodukte, einschließlich Desktop-Betriebssystemen (z.B. Windows 95 oder Windows NT von Microsoft) und LAN-Betriebssystemen.
  • Das bisher am häufigsten verwendete LAN-Protokoll ist IPX/SPX des NetWare-Netzwerkbetriebssystems (NOS). Das IPX/SPX verliert jedoch Terrain an TCP/IP. Novell integriert jetzt eine native IP-Unterstützung in NetWare, wodurch NetWare keinen Bedarf mehr an der Kapselung von IPX-Paketen hat, wenn diese über TCP/IP-Verbindungen transportiert werden. Sowohl UNIX- als auch Windows NT-Server können TCP/IP verwenden. VINES von Banyan, OS/2 von IBM und andere LAN-Server-Betriebssysteme können ebenfalls TCP/IP verwenden.
  • Die Transportschicht vier 410 kann einen Übertragungssteuerungsprotokoll-(TCP-) oder Benutzer-Datagrammprotokoll-(UDP-) 427 Teil der Standard-TCP/UDP/IP-Protokollfamilienfolge von Netzwerkprotokollen aufweisen. Wie nachstehend beschrieben und bereits oben anhand des Datennetzwerks 142 kurz erläutert, ist das TCP ein Standardprotokoll zum Segmentieren von Verkehr in Pakete, Übertragen, Wiederzusammensetzen und erneuten Übertragen von Informationspaketen zwischen einer Quellen- und einer Ziel-IP-Adresse. Gemäß 7 können die TCP-Kopffelder 706 z.B. Quellen- und Ziel-Portnummern, Fenstergröße, Dringlichkeits-Zeiger, Flags (SYN, ISN, PSH, RST, FIN) und maximale Segmentgröße (MSS) enthalten. Sowohl TCP als auch UDP bieten dem TCP/IP-Host die Möglichkeit, über Portnummern zwischen mehreren Anwendungen zu unterscheiden. Das TCP kann eine zuverlässige sequenzierte Lieferung von Daten zu Anwendungen ermöglichen. Das TCP kann ferner eine adaptive Stromsteuerung, -segmentierung und -wiederzusammensetzung und eine Priorisierung von Datenströmen ermöglichen. Das UDP bietet nur die Möglichkeit eines unbestätigten Datagramms. Das jüngst definierte Echtzeitprotokoll (RTP), RFC 1889, kann Echtzeitmöglichkeiten hinsichtlich der Unterstützung beispielsweise von Multimedia-Anwendungen bieten.
  • Das TCP verwendet eine fensterbasiere Stromsteuerung. Jede TCP-Quelle weist ein sich dynamisch veränderndes Übertragungsfenster auf, das feststellt, wieviele Pakete es bei jeder sukzessiven Umlaufzeit (RTT) übertragen kann. Die TCP-Quelle kann ihr Übertragungsfenster weiter vergrößern, wenn keine Pakete während der letzten RTT verlorengegangen sind. Wenn eine Überlastung detektiert wird, drosselt das Quellen-TCP seine Übertragung, d.h. es zieht sich über eine multiplikative Verringerung zurück. Eine sich vergrößernde Breite des sogenannten TCP-Fensters im Vergleich zur Zeit entspricht immer längeren Bursts von Paketen. Das strömungsgesteuerte Protokoll des TCP-Fensters zeigt diesen Effekt des steigenden Durchsatzes und der Pufferausnutzung, bis es durch Verlust, gefolgt von einer Periode des schnellen Zurückziehens, zur Beendigung kommt.
  • Das TCP arbeitet über IP, um eine zuverlässige Ende-zu-Ende-Übertragung von Daten über das Netzwerk 142 zu ermöglichen. Das TCP steuert die Menge an auf dem Transportweg befindlichen unbestätigten Daten durch dynamisches Reduzieren von entweder der Fenstergröße oder der Segmentgröße. Das Umgekehrte gilt ebenfalls dahingehend, dass höhere Fenster- oder Segmentgrößenwerte zu einem höheren Durchsatz führen, wenn sämtliche intervenierenden Netzwerkelemente niedrigere Fehlerraten aufweisen, die größeren Pakete unterstützen und eine ausreichende Pufferkapazität zum Unterstützen größerer Fenstergrößen aufweisen.
  • f. Anwendungsschicht
  • Die Anwendungsschicht sieben 412 kann Anwendungen 426 enthalten, wie z.B. über-TCP ein Hypertexttransferprotokoll (http), ein Dateiübertragungsprotokol) (FTP), ein TELENET-Fern-Terminal-Login und ein einfaches Mailübertragungsprotokoll (SMTP); und über UDP ein einfaches Netzwerkmanagementprotokoll (SNMP), RPC, NFS und TFTP. Andere Anwendungen können ebenfalls über den Netzwerkstapel laufen, wie z.B. einen Worldwide Web Browser, wie z.B. NETSCAPE NAVIGATOR von AOL, Reston, VA, ein Tabellenanwendungsprogramm, wie z.B. LOTUS 123 von IBM, Armonk, NY, oder ein Videokonferenzprogramm, wie z.B. MS NetMeeting von MICROSOFT, Redmond, WA. Von solchen Anwendungen übertragene Pakete können eine spezielle Handhabung und Priorisierung zur Erzielen einer geeigneten Endbenutzer-QoS erforderlich machen.
  • 3. PRIMMA-System-IP-Strompriorisierung
  • a. Disponieren von gemischten IP-Strömen
  • 6 zeigt ein Blockschaltbild 600 mit Darstellung der Disponierung von gemischten IP-Strömen. Das Blockschaltbild 600 zeigt das Disponieren der drahtlosen Basisstation 302. Die Funktionalität des Blockschaltbilds 600 umfasst das PRIMMA-Management von Internet, VPN und Echtzeit-IP-Strömen. Gemäß 3A verlaufen drahtlose IP-Ströme von dem Datennetzewerk 142 über den Netzwerk-Router 140d zu dem Interface 320 der drahtlosen Basisstation 302. Die IP-Ströme werden dann für die Übertragung von der drahtlosen Basisstaton 302 über die Antenne 290d durch den Teilnehmer-Standort 306d und über die Antenne 292d disponiert.
  • Das Blockschaltbild 600 aus 6 zeigt die Downlink- und Uplink-Ströme zwischen dem Interface 320 und der drahtlosen Basisstationsantenne 290d. Ein IP-Strom, wie hier beschrieben, bezieht sich auf eine Reihe von verwandten Datenpaketen, die von einem Quellen- zu einem Ziel-Hostcomputer übertragen werden. Ein IP-Strom 630 von dem Datennetzwerk 142 (über das Interface 320) weist Internet-IP-Ströme 608, VNP-IP-Ströme 610 und Echtzeit-IP-Ströme 612 auf. Der IP-Strom 630 verläuft in Downlink-Richtung.
  • Die Downlink-IP-Stromanalysiereinrichtung 602 (nachstehend als Downlink-Stromanalysiereinrichtung 602 bezeichnet) analysiert den Internet-IP-Strom 608, den VPN IP-Strom 610 und den Echtzeit-IP-Strom 612. Die IP-Stromanalysiereinrichtung 602 wird nachstehend anhand von 8A und 15A beschrieben. Die IP-Stromanalysiereinrichtung 602 empfängt Pakete und analysiert Paketkopffelder zum Identifizieren neuer oder bestehender IP-Ströme. Die IP-Stromanalysiereinrichtung 602 kann ferner QoS-Anforderungen für den IP-Strom in Abhängigkeit von dem Inhalt des Paketkopffelds charakterisieren. Die IP-Stromanalysiereinrichtung 602 kann den IP-Strom klassifizieren und ein vorgegebenes Paket anderen Paketen aus einem bestehenden IP-Strom zuordnen und kann IP-Ströme mit im Wesentlichen gleichen QoS-Anforderungen zusammenfassen. Die IP-Stromanalysiereinrichtung 602 kann ferner die IP-Ströme einer Strom-Disponiereinrichtung präsentieren.
  • Eine Downlink-PRIMMA-MAC-IP-Strom-Disponiereinrichtung 604 (nachstehend als Downlink-Strom-Disponiereinrichtung 604 bezeichnet) disponiert die empfangenen IP-Ströme 608, 610 und 612 zur Übertragung in Downlink-Richtung. Die Downlink-Strom-Disponiereinrichtung 604 kann die unterschiedlichen Klassen von IP-Strömen priorisieren. Beispielsweise kann die Disponiereinrichtung 604 Slots in Downlink-Frames für latenzanfällige IP-Ströme reservieren; bei FTP-IP-Strömen 608 kann die Disponiereinrichtung 604 große Bandbreitenmengen für eine Dateiübertragung zuweisen; und bei E-Mail-IP-Strömen 608 kann den Paketen eine niedrigere Priorität gegeben werden. Beim Priorisieren der Zuweisung von Drahtlos-Bandbreiten-Frame-Slots kann die Downlink-Strom-Disponiereinrichtung 604 die Tatsache berücksichtigen, dass ein IP-Strom 603 ein VPN-IP-Strom 610 von einem virtuellen Privatnetzwerk (VPN) ist, wie z.B. eine an ein Unternehmensnetzwerk angeschlosse entfernte Zweigstelle, ist. Dem gesamten Verkehr von einem VPN kann eine höhere Priorität gegeben werden, oder bestimmte Typen von VPN-Verkehr können spezielle Servicelevels anfordern. Die Downlink-Strom-Disponiereinrichtung 604 kann die Echtzeit-IP-Ströme 612 derart priorisieren, dass ihre Ankunft an den CPEs 294 bei dem CPE-Teilnehmer 306 wie gefordert erfolgt.
  • Eine Downlink-PRIMMA-MAC-Segmentier- und Neusegmentiereinrichtung-(SAR) und-Framer 606 (nachstehend als Downlink-SAR-und-Framer 606 bezeichnet) segmentiert und rahmt die Datenpakete von empfangenen IP-Strömen in Frames für die Übertragung über das drahtlose Medium an die CPEs 294 an den CPE-Teilnehmer-Standorten 306. Beispielsweise kann ein IP-Strom 616, 624 zu dem CPE 294d am Teilnehmer-CPE-Standort 306d über die Basistationsantenne 290d und über ein drahtloses Medium zu der Teilnehmer-Antenne 292d und dem CPE 294d am CPE-Teilnehmer-Standort 306d übertragen werden. Bei der vorliegenden Erfindung wird der Ausdruck drahtloses Medium im weiten Sinne gebraucht und umfasst nicht nur die Weiterleitung von RF-Übertragungen über Mobilfunkververbindung, sondern auch RF-Übertragungen über Satellitverbindung und Kabel-(z.B. Koaxialkabel-)Verbindung.
  • In Uplink-Richtung wird der IP-Strom 626 von dem CPE 294d an der CPE-Teilnehmer-Station 306d von der Antenne 290d der drahtlosen Basisstation empfangen. Der IP-Strom 626 kann den Internet-IP-Strom 618, den VPN-IP-Strom 602 und den Echtzeit-IP-Strom 622 umfassen. Eine Uplink-IP-Stromanalysiereinrichtung 632 (nachstehend als Uplink-Stromanalysiereinrichtung 632 bezeichnet) analysiert den Internet-IP-Strom 618, den VPN-IP-Strom 620 und den Echtzeit-IP-Strom 622. Die Uplink-Stromanalysiereinrichtung 632 wird nachstehend anhand von 8B und 15B genauer beschrieben. Bei einer Ausführungsform tritt die Funktionalität der IP-Strom-Analysiereinrichtung 632 am CPE 294d am Teilnehmer-CPE-Standort 306d auf und sendet eine Anforderung zum Übertragen von Daten zu einer drahtlosen Basisstation 302, einschließlich Informationen über einen IP-Strom, für den das CPE 294 einen Uplink-Slot disponieren möchte.
  • Eine Uplink-PRIMMA-MAC-IP-Strom-Disponiereinrichtung 634 (nachstehend als Uplink-Strom-Disponiereinrichtung 634 bezeichnet) kann den angeforderten IP-Strom disponieren. Bei einer Ausführungsform kann die Funktionalität der Disponiereinrichtung 634 an dem CPE 294d am Teilnehmer-CPE-Standort 306d ausgeführt werden. Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Funktionalität der Disponiereinrichtung 634 an der drahtlosen Basisstation 302 ausgeführt werden. Ein Vorteil des Platzierens der Uplink-Strom-Disponiereinrichtung 634 an der drahtlosen Basisstation besteht darin, dass dadurch Effizienzen besonders bei einer Punkt-zu-Mehrpunkt-Architektur erreicht werden. Es ist effizienter, eine zentralisierte Disponiereinrichtung an der Basisstation 302 zu haben, statt mehrere Uplink-Strom-Disponiereinrichtungen 634 an den CPEs der Teilnehmer-CPE-Standorte 306.
  • Die Uplink-PRIMMA-MAC-Segmentier- und Neusegmentiereinrichtung-(SAR) und-Framer 636 (nachstehend als SAR-und-Framer 636 bezeichnet) kann die Datenpakete aus IP-Strömen zum Übertragen über das drahtlose Medium von dem CPE 294 an den CPE-Teilnehmer-Standorten 306 zu einer drahtlosen Basisstation 302 zur Weiterleitung über das Datennetzwerk 142 in Frames segmentieren und rahmen. Der IP-Strom 626 von dem CPE 294d am CPE-Teilnehmer-Standort 306d kann von der mit dem CPE 294d an dem CPE-Teilnehmer-Standort 306 gekoppelten Teilnehmer-Antenne 292d über ein drahtloses Medium, wie z.B. eine RF-Verbindung, ein Kabelmodem und eine Satellitenverbindung, an die Basisstationsantenne 290d übertragen werden.
  • b. Zusammenfassung der Downlink- und Uplink-Subframe-Priorisierung
  • In einem Blockschaltbild 800 aus 8A sind eine beispielhafte Downlink-Analysier-Priorisier- und Disponierfunktion zusammengefasst. Auf im Wesentlichen gleiche Weise sind in einem Blockschaltbild 830 aus 8B eine beispielhafte Uplink-Analysier-, Priorisier- und Disponierfunktion zusammen gefasst. Die Blockschaltbilder 800 und 830 sind detailliere Ansichten der Funktion des Blockschaltbilds aus 6.
  • Beginnend mit dem Blockschaltbild 800 (aus 8A) ist gezeigt, wie die IP-Priorisierung und -Disponierung einer gemeinsam genutzten Bandbreite in einem Downlink-Weg durchgeführt werden, und zwar von dem Datennetzwerk 142 – zum Router 140d – zum Interface 320 – zur drahtlosen Basisstation 302 – WAP 290d – über ein drahtloses Medium – zu einer drahtlosen Sendeempfänger-Teilnehmer-Antenne 292d – zur Teilnehmer-CPE-Station 294 am Teilnehmer-CPE-Standort 306d.
  • Die IP-Stromanalysiereinrichtung 602 führt die Funktion des Identifizierens, Charakterisierens, Klassifizierens und Präsentierens von Datenpaketen gegenüber einer Downlink-Frame-Disponiereinrichtung aus. Die Funktionen des Identifizierens, Charakterisierens, Klassifizierens und Präsentierens der Datenpakete werden anhand von 15A beschrieben.
  • Beim Identifizieren wird anhand der Felder in einem Paketkopfabschnitt festgestellt, ob ein Datenpaket eines ankommenden IP-Datenstroms dem System bekannt ist, d.h. ein "bestehender IP-Strom" oder das erste Paket eines neuen IP-Datenstroms ist. Das Identifizieren kann ferner z.B. das Bestimmen der Quelle des Pakets umfassen, um den Informationstyp in den Nutzinformationen des Pakets zu extrapolieren.
  • Beim Charakterisieren wird ein neues Datenpaket (eines neuen IP-Datenstroms), das dem System zuvor unbekannt war, anhand der Paketkopfinformationen charakterisiert, um die QoS-Anforderungen für den IP-Datenstrom zu bestimmen und die Teilnehmer-CPE-Station zu identifizieren, die den IP-Datenstrom empfängt.
  • Beim Klassifizieren wird der neue IP-Datenstrom in eine Übertragungsprioritätsklasse klassifiziert. Die Klassifizierung kann ferner das Zusammenfassen von Paketen von verschiedenen IP-Strömen mit im Wesentlichen gleichen Charakteristiken zu einer einzigen Klasse umfassen. Beispiele für Klassengruppierungen der IP-Ströme 630 sind als IP-Klassen 810a–810g dargestellt.
  • Beim Präsentieren wird der neue IP-Datenstrom initialisiert und einer Downlink-Strom-Disponiereinrichtung 604 präsentiert.
  • Die Downlink-Strom-Disponiereinrichtung platziert die Datenpakete eines IP-Datenstroms mit einem erweiterten Reservierungsalgorithmus anhand der Klassen-Warteschlangenpriorität unter Verwendung eines Satzes von Regeln in Klassen-Warteschlangen und disponiert die Datenpakete für eine Übertragung über ein drahtloses Medium zu einer Teilnehmer-CPE-Station 294 am Teilnehmer-CPE-Standort 306. Die Regeln werden durch Eingaben in die Downlink-Strom-Disponiereinrichtung z.B. anhand einer hierarchischen klassenbasierten Priorisierung, einer Virtuell-Privatnetzwerks-(VPN-)Verzeichnisaktivierten Datenpriorität (wie beispielsweise ein verzeichnisaktiviertes Netzwerk (DEN)) und einer Servicevereinbarungspriorität festgelegt. Der erweitete Reservierungsalgorithmus zur Verwendung bei der Disponierung von z.B. isochronem Verkehr wird nachstehend anhand von 14 beschrieben.
  • SAR-und-Framer 606 unterteilen, sequenzieren und rahmen die Datenpakete für die drahtlose Übertragung von der WAP 290d über das drahtlose Medium zu einer drahtlosen Sendeempfänger-Teilnehmer-Antenne 292. Das Blockschaltbild 800 zeigt eine Anzahl von Teilnehmer-Anwendungen 820a–820e, die auf Vorrichtungen, wie z.B. der (nicht gezeigten) Teilnehmer-Arbeitsstation 120d, die mit den (nicht gezeigten) Teilnehmer-CPE-Stationen 294a–e an den Teilnehmer-CPE-Standorten 306a–306e verbunden ist, laufen. Jeder Teilnehmer-CPE-Standort 306 kann eine oder mehrere Teilnehmer-CPE-Stationen 294 aufnehmen, und jede Teilnehmer-CPE-Station 294 kann einen oder mehrere IP-Datenströme zu und von einer oder mehreren Teilnehmer-Arbeitsstationen 120 empfangen und übertragen. Jede mit einer einzigen CPE-Station verbundene Anwendung kann mehrere IP-Datenströme empfangen oder übertragen.
  • Bei dem in 8A gezeigten Teilnehmer-CPE-Standort 306a führt ein CPE-SAR-und-Framer 814a eine Neusequenzierung der empfangenen Daten durch und überträgt sie über die CPE-Strom-Disponiereinrichtung 816a und die CPE-IP-Stromanalysiereinrichtung 818a zu der Teilnehmer-Anwendung 820a. Die CPE-IP-Strom-Disponiereinrichtungen 816a–816e können die gleiche Funktion ausführen wie die Downlink-Strom-Disponiereinrichtung 604 für Uplink-Verkehr. Auf im Wesentlichen gleiche Weise führen die CPE-IP-Stromanalysiereinrichtungen 818a–818e die gleiche Funktion aus wie die Downlink-Stromanalysiereinrichtung 602.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung führen im Downlink-Modus die CPE-IP-Strom-Disponiereinrichtungen 816a–816e und die CPE-IP-Stromanalysiereinrichtungen 818a–818e keine Funktion aus.
  • Das Blockschaltbild 800 zeigt die auf dem Downlink-Weg ausgeführten logischen Funktionen, aber nicht unbedingt die physischen Ausführungsorte dieser Funktionen.
  • Die Funktionen der Teilnehmer-Anwendungen 820a–820e und die CPE-SAR-und-Framers 814a–814e können in den eigentlichen Teilnehmer-CPE-Stationen 294, die über eine drahtlose Verbindung mit der drahtlosen Basisstation 302 verbunden sind, ausgeführt werden.
  • Das Blockschaltbild 800 führt einen beispielhaften Satz von Prioritäten 812 auf, die von der Downlink-Strom-Disponiereinrichtung 604 zum Platzieren von empfangenen Datenpaketen in Prioritätsklassen-Warteschlangen verwendet werden. Aufgeführt ist der folgende Satz von beispielhaften Prioritäten: latenzanfällige UDP-Priorität 812a, hohe Priorität 812b, mittlere Priorität 812c, Hypertexttransferprotokoll-(http-)Anfangsbildpriorität 812d, latenzneutrale Priorität 812e, Dateitransferprotokoll-(FTP-), Einfach-Mail-Transportprotokoll-(SMTP-) und Andere-E-Mail-Verkehr-Priorität 812f und niedrige Priorität 812g. Fachleute auf dem Sachgebiet erkennen, dass je nach QoS-Anforderungen der Endbenutzer zahlreiche unterschiedliche Prioritätsklassen möglich sind. Die Daten mit latenzanfälliger UDP-Priorität können Daten sein, die die höchste Priorität haben, da sie jitteranfällig (d.h. die Zeitsynchronisierung ist wichtig) und latenzanfällig sind (d.h. der Zeitraum zwischen IP-Datenströmen in umgekehrten Richtungen). Die hohe Priorität 812b kann sich z.B. auf einen erstklassigen VPN-Service und einen SLA-Service mit hoher Priorität beziehen. Die mittlere Priorität 812c kann sich z.B. auf einen Wert des VPN-Servicelevel und einen SLA-Service mit mittlerem Level beziehen. Die http-Bild-Priorität 812d kann sich auf das Downloaden von http-Daten beziehen, z.B. ein http-Anfangsbild, das wichtig ist, damit der Internet-Benutzer das Gefühl hat, dass ihm eine große Bandbreite für seine Internetsitzung zur Verfügung steht. Die latenzneutrale Priorität 812e kann sich auf Daten beziehen, die Latenz gegenüber neutral sind, wie z.B. E-Mail-Verkehr. Daten mit FTP-, SMTP-Priorität 812f umfassen Daten, die Latenz und Jitter gegenüber unempfindlich sind, jedoch aufgrund des Umfangs einer Übertragung eine große Bandbreite zum akkuraten Downloaden dieser Daten benötigen. Schließlich kann sich die niedrige Priorität 812g auf Daten beziehen, die über einen langen Zeitraum übertragen werden können, wenn zum Beispiel eine Netzwerkvorrichtung ihre Statusinformationen auf einer 24-Stunde-Basis an eine andere Netzwerkvorrichtung überträgt.
  • Das Blockschaltbild 830 (aus 8B) zeigt, wie eine IP-Stromanalyse und -priorisierung und Disponierung der gemeinsam genutzten Bandbreite in dem Uplink-Weg von der Teilnehmer-CPE-Station 294d – zu der drahtlosen Sendeempfänger-Teilnehmer-Antenne 292d – über das drahtlose Medium – zu der WAP 290d – zu der drahtlosen Basisstation 302 – zu dem Interface 320 – zu dem Router 140d – zu dem Datennetzwerk 140 durchgeführt werden.
  • Das Blockschaltbild 830 umfasst die Uplink-Stromanalysiereinrichtung 632, die Uplink-Strom-Disponiereinrichtung 634 und den Uplink-SAR-und-Framer 636. Diese Komponenten sind in ihrer Funktion der Downlink-Stromanalysiereinrichtung 602, der Downlink-Strom-Disponiereinrichtung 604 und dem Downlink-SAR-und-Framer 606 im Wesentlichen gleich, analysieren, dis ponieren und sequenzieren und rahmen jedoch von der Teilnehmer-Arbeitsstation 120 der Teilnehmer-CPE-Stationen 294 (an den Teilnehmer-CPE-Standorten 306a–306e) über das drahtlose Medium übertragene Datenpakete und übertragen die Datenpakete zu dem Interface 320 für Übertragungen zu dem Datennetzwerk 142.
  • 8B zeigt die Teilnehmer-Anwendungen 820a–820e, die die gleichen Anwendungen sind, wie die in 8A gezeigten. Ferner sind CPE-IP-Stromanalysiereinrichtungen 819a–819e, CPE-IP-Strom-Disponiereinrichtungen 817a–817e und CPE-SAR-und-Framers 815a–815e gezeigt. Diese Komponenten funktionieren analog zu den Teilnehmer-Anwendungen 820a–820e, den CPE-IP-Stromanalysiereinrichtungen 818a–818e, den CPE-IP-Strom-Disponiereinrichtungen 816a–816e und den CPE-SAR-und-Framers 814a–814e. Diese Komponenten dienen jedoch zum Analysieren, Disponieren und Übertragen von IP-Strömen in dem Uplink-Weg von den Teilnehmer-CPE-Stationen (an den Teilnehmer-CPE-Standorten 306a–306e) zu der drahtlosen Basisstation 302 zum Routen zu den (nicht gezeigten) Ziel-Host-Arbeitsstationen 136.
  • Wie oben beschrieben, können die Anwendungen mit einer oder mehreren Teilnehmer-CPE-Stationen an den Teilnehmer-CPE-Standorten 306a–306e verbunden sein. Zum Verhindern einer Kollision zwischen mehreren Anwendungen, die um eine feste Anzahl von Bandbreitenzuweisungen für die Uplink-Übertragung konkurrieren, wird bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Reservierungsdisponiersystem verwendet. Die Bandbreitenzuweisungen für Datenpakete werden als Slots bezeichnet und werden nachstehend anhand von 12A–12Q, 14, 16A und 16B beschrieben.
  • Das Blockschaltbild 830 zeigt die auf dem Uplink-Weg ausgeführten logischen Funktionen, aber nicht unbedingt die physischen Ausführungsorte dieser Funktionen.
  • Beispielsweise kann bei einer Ausführungsform die Analysierfunktion der IP-Stromanalysiereinrichtung 632, die ein Paket für das Uplink identifiziert, das Paket charakterisiert und klassifiziert, bei einer bevorzugten Ausführungsform in den CPE-IP-Stromanalysiereinrichtungen 819a–819e an den (nicht gezeigten) CPE-Teilnehmer-Stationen 294a–294e an den Teilnehmer-Standorten 306a–306e ausgeführt werden.
  • Ferner können bei einer Ausführungsform die Funktionen der CPE-IP-Strom-Disponiereinrichtungen 817a–187f zum Disponieren von Uplink-Subframe-Slots für jede Teilnehmer-CPE-Station 294, die über die drahtlose Verbindung mit der drahtlosen Basisstation 302 verbunden ist, in der drahtlosen Basisstation 302 durchgeführt werden.
  • Bei dieser Ausführungsform wird die Disponierfunktion an einer Uplink-Strom-Disponiereinrichtung 634 an der drahtlosen Basisstation 302 anhand von Klassifizierinformationen durchgeführt, die der drahtlosen Basisstation 302 über eine Uplink-IP-Stromreservierungsanforderung von der CPE-Station geliefert worden sind. Durch Platzieren der gesamten Disponierfunktion an der drahtlosen Basisstation 302 kann die Gesamtsystem-Servicequalität durch Zentralisieren der Steuerung der Disponierung optimiert werden.
  • Bei einer weiteren Ausführungsform können die jeweiligen Funktionen jedoch in den eigentlichen Teilnehmer-CPE-Stationen ausgeführt werden.
  • Bei der Reservierungsdisponierfunktion dieser Ausführungsform fordert jede Teilnehmer-CPE-Station die Reservierung von Frame-Slots für ihre Uplink-Übertragungen unter Verwendung eines Reservierungsanforderungsblocks (RRB) des TDMA-Airframe an, wie nachstehend anhand von 12A–12Q genauer beschrieben wird, bevor sie in dem Uplink-Weg mit dem Interface 320 kommunizieren kann. Nach der Reservierungsanforderung überträgt die Uplink-Strom-Disponiereinrichtung 634, wie durch Linie 640 angezeigt, an die anfordernde Teilnehmer-CPE-Station 294 eine Beschreibung von einem oder mehrern Slots, die die CPE-Station 294 zum Übertragen ihrer Uplink-Da tenpakete über das drahtlose Medium von den Quellen-Teilnehmer-Stationen 120, die in Richtung auf die Ziel-Host-Arbeitsstationen 136 gerichtet sind, über das Datennetzwerk 142.
  • e. Servicelevelanforderungen
  • 9 zeigt, wie die PRIMMA-MAC-IP-Strom-Disponiereinrichtung 604 beim Priorisieren einer Frame-Slot-Disponier- und Ressourcenzuweisung ferner eine Servicevereinbarung berücksichtigen kann. 9 zeigt ein Diagramm 900 eines SLA-vermittelten IP-Strommanagements mit Priorisierung des Uplink-Verkehrs, der über die drahtlose Basisstation 302 von den CPE-Teilnehmer-Standorten 306a, 306b, 306c und 306d übertragen wird. Beispielsweise sei angenommen, dass Teilnehmer von Telekommunkationsdiensten an einem von vier SLA-Levels P1 902a, P2 904a, P3 906a und P4 908a teilnehmen. Bei dem dargestellten Beispiel sei angenommen, dass IP-Ströme 902b zu einem Teilnehmer an dem CPE-Standort 306a gesendet wird und einen SLA-Prioritätslevel P1 902a aufweist. Auf im Wesentlichen gleiche Weise werden IP-Ströme 904b, 906b und 908b zu Teilnehmern an den CPE-Standorten 306b, 306c und 306d gesendet und weisen SLA-Prioritätslevels P2 904a, 906a bzw. 908a auf. Die PRIMMA-MAC-Disponiereinrichtung 604,634 der drahtlosen Basisstation 302 kann beim Zuweisen der verfügbaren Bandbreite zu den Teilnehmer-CPE-IP-Strömen 902b, 904b, 906b und 908b die SLA-basierten Prioritäten berücksichtigen. Bei dem dargestellten Beispiel kann der IP-Strom 902b dem Frame-Slot 902c anhand der SLA-Priorität 902a zugewiesen werden. Die Frame-Slots 904c, 906c und 908c können auf im Wesentlichen gleiche Weise unter Berücksichtigung der SLA-Prioritäten disponiert werden. Der Uplink-Stromverkehr kann dann zu dem Datennetzwerk 142 übertragen werden.
  • Die SLA-basierte Priorisierung kann für einen Telekommunikations-Provider ein wertvolles Mittel zum Bieten differenzierter Dienste für eine Vielzahl von Kunden darstellen. Beispielsweise ist es möglich, dass Verkehr mit niedriger Priorität von einem Teilnehmer, der ein Premium-SLA-Leistungsabkommen abgeschlossen hat, mit einer höheren Priorität disponiert sein kann als Verkehr mit hoher Priorität von einem Teilnehmer, der nur sich nur für eine Wertelevel- oder kostengünstige SLA-Servicepriorität angemeldet hat.
  • d. Identifikation von Köpfen
  • 7 zeigt Paketkopffeldinformationen 700, die zum Identifizieren von IP-Strömen und der QoS-Anforderungen der IP-Ströme verwendet werden können. Insbesondere können IP-Kopffelder 702 z.B. aufweisen: Quellen- und Ziel-IP-Adressen, die beim Durchführen einer anwendungsbewussten bevorzugen Ressourcenzuweisung hilfreich sind; IP-Servicetyp (TOS), ein nützliches Feld beim Unterstützen der PRIMMA-MAC beim Klassifizieren eines Pakets oder IP-Stroms; IP-Time-To-Live (TTL), ein nützliches Feld zum Vorhersagen von Anwendungspaketverwerfungen; und Protokollfelder, die zum Identifizieren von IP-Strömen verwendet werden können.
  • Paketkopfinformationen 700 weisen ferner UPD-Kopffelder 704 auf. Die UDP-Paketkopffelder 704 weisen Quellen- und Ziel-Portnummern auf.
  • Die Paketkopfinformationen 700 umfassen ferner TCP-Kopffelder 706. Die TCP-Paketkopffelder 706 weisen auf: Quellen- und Ziel-Portnummern; TCP-Schiebefenstergröße; Dringlichkeits-Zeiger; SYN-, ISN-, PSH-, RST- und FIN-Flags; und maximale Segmentgröße (MSS).
  • Die Paketkopfinformationen 700 umfassen ferner Echtzeit-Protokoll RTP und RTCP-Kopffelder 708.
  • Es ist für Fachleute auf dem Sachgebiet ersichtlich, dass andere Paketkopffelder beim Identifizieren eines IP-Stroms verwendet werden können. Die Felder sind beispielhaft angegeben und stellen keine vollständige Liste nützlicher Paketkopffelder dar. Andere Felder, wie z.B. Felder von IPv6, die sich auf differenzierte Dienste (DIFF SERV) beziehen, können für die IP-Stromanalysiereinrichtung 602 und 632 der drahtlosen Basisstation 302 ebenfalls nützlich sein.
  • e. TDMA MAC-Airframe
  • 12A–12Q zeigen ein beispielhaftes Zeitbereichs-Mehrfachzugriffs-(TDMA-)Medienzugriffssteuerungs-(MAC-)Übertragungs-Airframe. Die hier beschriebenen Felder beziehen sich nur auf eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und dienen nicht als Einschränkung auf die zahlreichen Implementierungen der vorliegende Erfindung.
  • 12A zeigt ein gesamtes TDMA-MAC-Übertragungs-Airframe. Das Airframe 1202 weist ein Downstream-Übertragungs-Subframe 1202 und ein Upstream-Übertragungs-Subframe 1204 auf.
  • Das in 12A gezeigte TDMA-MAC-Airframe weist auf: einen Upstream-Bestätigungsblock (UAB) 1206, einen Bestätigungsanforderungsblock (ARB) 1208, einen Frame-Deskriptorblock (FDB) 1210, ein Data-Slot (DS)1 1212a, DS2 1212b, DS3 1212c, DS4 1212d, DS5 1212e, DS6 1212f, DS7 1212g, DS8 1212h, DS9 1212i, DS10 1212j, DS11 1212k, DSm 1212l, einen Downstream-Bestätigungsblock (DAB) 1214, ein Reservierungsanforderungsblock (RRB) 1216 UA1 1218a, UA2 1218b, UA3 1218c, UA4 1218d, UA5 1218e, UA6 1218f, UA7 1218g, UA8 1218h, UA9 1218i, UA10 1218j, UA11 1218k, UA12 1218l, UAn 1218m.
  • Bei der hier beschriebenen Ausführungsform ist der verwendete TDMA-Typ ein TDMA/Zeitmultiplex-Duplex (TDMA/TDD). Beim TDMA/TDD erfolgt in einem Zeitintervall eine Übertragung von einer CPE-Station 294 zu einer drahtlosen Basisstation 302 und in einem anderen Zeitraum von einer drahtlosen Basisstation 302 zu einer CPE-Station 194. Es kann eine beliebige Anzahl von Slots für das Uplink oder für das Downlink verwendet werden. Die Anzahl von Slots wird sowohl für das Uplink als auch für das Downlink dynamisch zugeordnet. Da jedoch die Downlink-Datenrate normalerweise höher ist als die Uplink-Datenrate, werden mehr Slots dem Downlink zugewiesen. Obwohl eine Aufteilung von Slots zwischen Downlink und Uplink dynamsich zugeordnet wird, steht bei dieser Ausführungsform die Gesamtanzahl an Slots für ein Frame fest.
  • Der Leser wird auf Dokument D1, Internationale Veröffentlichung Nr. WO99/26430 mit dem Titel "An Adaptive Time Division Duplexing Method and Apparatus for Dynamic Bandwidth Allocation Within a Wireless Communication System" der Erfinder Gilbert, Sheldon; Hadar Rami; Klein, Israel J. und des Anmelders Ensemble Communications, Inc. verwiesen, in dem ein ATDD-Verfahren zum Duplexen von Übertragungen auf einem Asynchron-Transfer-Modus-(ATM-) Übertragungslink in drahtlosen Übertragungssystemen beschrieben ist. Zeit-Slots werden anhand der für einen Kanal benötigten Bandbreite für Uplink- und Downlink-Übertragungen dynamisch zugewiesen. Der Leser wird ferner auf Dokument 6, US-Patent Nr. 5,493,569 mit dem Titel "Method and Apparatus for Reducing the Likelihood of Contention and Resource Misallocation in a Packet Transmission System" der Erfinder Buchholz, Dale R.; Doss, William K.; Robbins Karen, E.; Hamilton, R. Lee und des Anmelders Motorola Inc., verwiesen, in dem ein Paketübertragungssystem beschrieben ist, bei dem in Reaktion auf Anforderungen nach einer Paketübertragung den Anforderungen stattgegeben wird, wenn die Ressourcen verfügbar sind. Wenn keine Paketübertragungsressourcen verfügbar sind, wird stattdessen eine Bestätigung geschickt. Wenn der Anforderer eine Bestätigung erhält, wird ein Zeitgeber gestartet, um die Übertragung einer zweiten Anforderung zu verzögern, wodurch ein Wettbewerb beim Anforderungsverkehr und die Wahrscheinlichkeit einer Ressourcenfehlzuweisung reduziert werden. Tabelle 5
    Figure 01360001
    Figure 01370001
  • 12B ist eine symbolische Darstellung eines beispielhaften TDMA/TDD-Airframe 1220 gemäß der vorliegenden Erfindung. Die TDMA/TDD-Airframe-Struktur 1220 zeigt ein Frame der Frame-Größe 1228, bei der es sich z.B. um 16 Slots oder 32 Slots handeln kann. Es ist für Fachleute auf dem Sachgebiet offensichtlich, dass Frame-Strukturen 1220 mit einer anderen Anzahl von Slots verwendet werden können, ohne dass dadurch vom Geist und Umfang der Erfindung abgewichen wird. Die Frame-Struktur 1220 weist z.B. verschiedene TDMA-Slots 1222a, 1222b, 1222c und 1222d auf. Innerhalb jedes TDMA-Slot 1222a–c kann ein ein Daten-Slot 1224a, 1224b, 1224c und 1224d angeordnet sein, welcher wiederum ein Steuerpaket 1226a bzw. ein Datenpaket 1226b–d enthalten kann.
  • Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Summe sämtlicher TDMA-Slots 1222 innerhalb eines Frame der Frame-Größe 1228 festgelegt. Wie oben beschrieben, ist es jedoch bei Vewendung der Ressourcenzuweisungs-Methodiken der vorliegenden Erfindung möglich, einen Teilsatz der Gesamtanzahl von TDMA-Slots 1222 in Uplink-Richtung dynamisch zuzuweisen, wobei sämtliche Uplink-TDMA-Slots kollektiv als Uplink-Subframe oder Upstream-Übertragungs-Subframe 1204 bekannt sind, und einen Teilsatz der Geamtanzahl von TDMA-Slots 1222 in Downlink-Richtung dynamisch zuzuweisen, wobei sämtliche Downlink-TDMA-Slots kollektiv als Downlink-Subframe oder Downlink-Übertragungs-Subframe 1202 bekannt sind. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Ressourcenzuweisungs-Verfahrens ist es möglich, sämtliche TDMA-Slots 1222 einer vorgegebenen Upstream- oder Downstream-Richtung zuzuweisen. Es ist ferner möglich, sämtliche Daten-Slots 1224 einer einzigen CPE-Station zuzuweisen. Die drahtlose Basisstation 302 weist eine Zustandsmaschine auf und kennt den Zustand jeder CPE-Station 294, mit der sie verbunden ist (d.h. die einen IP-Strom aufweist, der von der drahtlosen Basisstation 294 erkannt wird).
  • Das Downstream-Übertragungs-Subframe 1202 und das Upstream-Übertragungs-Subframe 1204 werden nachstehend genauer beschrieben.
  • 1. Downstream-Übertragungs-SubFrames
  • 12C zeigt ein beispielhaftes Downstream-Übertragungs-Subframe 1202. Das in 12C gezeigte Downstream-Übertragungs-Subframe umfasst eine Sender-Umschaltzeit 1230, UAB 1206, ARB 1208, FDB 1210, eine variable Anzahl von DSs pro Frame (z.B. 16) 1212 und einen Befehls- und Steuerblock (CCB) 1232. Die DS-Übertragungen 1212 umfassen DS1 1212a, DS2 1212b, DS3 1212c, DS4 1212d, DS5 1212e, DS6 1212f, DS7 1212g, DS8 1212h, DS9 1212i, DS10 1212j, DS11 1212k und DSm 1212l.
  • 12D zeigt einen UAB 1206 eines Downstream-Übertragungs-Subframe 1202. Das in 12D gezeigte Downstream-Übertragungs-Subframe umfasst UAB 1206, ARB 1208, FDB 1210, DS1 1212a, DS2 1212b, DS3 1212c, DS4 1212d, DS5 1212e, DS6 1212f, DS7 12128, DS8 1212h, DS9 1212i, DS10 1212j, DS11 1212k und DSm 1212l und CCB 1232.
  • Der UAB 1206 umfasst Subslots UAB1 1206a, UAB2 1206b, UAB3 1206c, UAB4 1206d, UAB5 1206e, UAB6 1206f, UAB7 1206g und UAB 1206h. Der UAB1 1206a umfasst eine Präambel 1234a, eine Teilnehmer-ID 1234b, eine IP-Strom-Identifiziereinrichtung 1234c, eine Slot-Laufnummer 1234d und eine zyklische Redundanzprüfung (CRC) 1234e.
  • Das UAB-Feld ist eine Bestätigung einer drahtlosen Basisstation 302 an eine CPE-Station 294, dass die Slots (z.B. US1–US16) eines Upstream-Übertragungs-Subframe empfangen worden ist. Der Leser wird auf die nachstehende Beschreibung des Upstream-Übertragungs-Subframe verwiesen.
  • Im Subslot UAB1 1206a des ARB 1206: die Präamble 1234a umfasst zu Link-Integrity-Zwecken verwendete Daten; die Teilnehmer-ID 1234b identifiziert, welche CPE-Station 294 die Reservierungsanforderung stellt; die IP-Strom-Identifiziereinrichtung 1234c identifiziert den IP-Datenstrom; die Servicequalitäts-Datenklasse 1234a identifiziert die Prioritätsklasse des IP-Datenstroms, falls diese der CPE-Station 294 bekannt ist; IP-Strom-Priorität und -Typ 1234b ist ein Indikator für einen neuen IP-Datenstrom; und CRC 1234e, was für zyklischen Redundanzcode steht, liefert Fehlerprüfbits für den Subslot RRB1 1216a.
  • 12E zeigt einen beispielhaften ARB 1208 eines Downstream-Übertragungs-Subframe 1202. Das in 12E gezeigte Downstream-Übertragungs-Subframe umfasst UAB 1206, ARB 1208, FDB 1210, DS1 1212a, DS2 1212b, DS3 1212c, DS4 1212d, DS5 1212e, DS6 1212f, DS7 1212g, DS8 1212h, DS9 1212i, DS10 1212j, DS11 1212k und DSm 1212l und CCB 1232.
  • Der ARB 1208 umfasst Subslots ARB1 1208a, ARB2 1208b, ARB3 1208c, ARB4 1208d, ARB5 1208e, ARB6 1208f, ARB7 12088 und ARBn 1208h. Der ARB1 1208a umfasst eine Präambel 1234a, eine Teilnehmer-ID 1234b, eine IP-Strom-Identifiziereinrichtung 1234c, eine Slot-Laufnummer 1234d und eine CRC 1234e.
  • Das ARB-Feld ist eine Bestätigung einer drahtlosen Basisstation 302 an eine CPE-Station 294, dass die drahtlose Basisstation 302 eine Upstream-Reservierungsanforderung von der CPE-Station 294 erhalten hat. Der Leser wird auf die nachstehende Beschreibung des Upstream-Übertragungs-Subframe verwiesen.
  • Im Subslot ARB1 1208a des ARB 1208: die Präamble 1234a umfasst zu Link-Integrity-Zwecken verwendete Daten; die Teilnehmer-ID 1234b identifiziert, welche CPE-Station 294 die Reservierungsanforderung stellt; die IP-Strom-Identifiziereinrichtung 1234c identifiziert den IP-Datenstrom; die Servicequalitäts-Datenklasse 1234a identifiziert die Prioritätsklasse des IP-Daten stroms, falls diese der CPE-Station 294 bekannt ist; IP-Strom-Priorität und -Typ 1234b ist ein Indikator für einen neuen IP-Datenstrom; und CRC 1234e, was für zyklischen Redundanzcode steht, liefert Fehlerprüfbits für den Subslot RRB1 1216a.
  • 12F zeigt einen beispielhaften FDB 1210 eines Downstream-Übertragungs-Subframe 1202. Das in 12E gezeigte Downstream-Übertragungs-Subframe umfasst UAB 1206, ARB 1208, FDB 1210, DS1 1212a, DS2 1212b, DS3 1212c, DS4 1212d, DS5 1212e, DS6 1212f, DS7 1212g, DS8 1212h, DS9 1212i, DS10 1212j, DS11 1212k und DSm 1212l und CCB 1232.
  • Der FDB enthält detaillierte, die Slots (z.B. DS2–DS16) des Downstream-Übertragungs-Subframe betreffende Informationen.
  • Der FDB 1210 umfasst einen Präambel-Subslot 1236a, einen Anzahlvon-Downstream-Slots-Subslots, 1236b, einen IP-Strom-ID-für-Upstream-Reservierung-1-Subslot 1236c, einen IP-Strom-ID-für-Upstream-Reservierung-2-Subslot 1236d, einen IP-Strom-ID-für-Upstream-Reservierung-n-Subslot 1236e und einen Wettbewerbs-Slot-Zähler für den nächsten Upstream-Subframe-Subslot 1236f.
  • Im FDB 1210 sind die Felder wie folgt definiert: die Präambee 1236a umfasst zu Link-Integrity-Zwecken verwendete Daten; der Anzahl-von-Downstream-Slots-Subslot 1236b umfasst die Anzahl von Downstream-Slots (DSs), der IP-Strom-ID-für-Downstream-Reservierung-Subslot 1236c umfasst eine IP-Strom-Identifizierung für DS1; der IP-Strom-ID-für-Downstream-Reservierung-Subslot 1236d umfasst eine zweite IP-Reservierung für DS2; der IP-Strom-ID-für-Downstream-Reservierung-n-Subslot 1236e umfasst eine weitere Identifizierung für DSm; der Wettbewerbs-Slot-Zähler für den nächsten Upstream-Subframe-Subslot 1236f liefert einen Zählwert für das als nächstes zur Verfügung stehende Upstream-Subslot.
  • 12G zeigt eine beispielhafte Downstream-MAC-Nutzdaten-Einheit (PDU). Die Downstream-MAC-PDU enthält Informationen über die tätsächliche Struktur der Nutzdaten. Die in 12G gezeigte Downstream-MAC-PDU umfasst eine MAC-Verkettet-Listen-Laufnummer 1238a (die Laufnummer der MAC-Verkettet-Liste), eine Reservierungsanforderungs-Indexnummer 1238b (einen Index auf den Downstream-IP-Strom), eine Komprimiert-IP-Strom-Identifiziereinrichtung 1238c, Komprimiert-IP-Strom-Priorität und -Typ 1238d (zum Identifizieren der Priorität und des Typs eines komprimierten IP-Stroms), Slot-Nutzdaten 1238e (die Menge an Daten in einem Downstream-Daten-Slot) und CRC 1234e (Fehlerprüfinformationen).
  • 12H zeigt einen beispielhaften CCB eines Downstream-Übertragungs-Subframe 1202. Der CCB umfasst von der Teilnehmer-CPE-Station 294 pro Frame sequenzierte OAM&P-Befehle und eine Frame-Synchronisierung. Der CCB 1232 umfasst einen Modusbefehl-Subslot 1240a (mit Optionen bezüglich des von der CPE-Station zu wählenden Modus), einen Profilbefehl-Subslot 1240b (mit spezifischen Systembefehlen, wie z.B. einem Patch für ein Modul), einen Steuerdatenindex-Subslot 1240c (mit Download-Speicherstellen und Speicheranforderungen oder anderen von den CPE-Stationen zum downloaden von Daten benötigten Informationen), einen Datenblock-1-Subslot 1240d (mit spezifischen Systemdaten), einen Datenblock-2-Subslot 1240e (dito), einen Datenblock-n-Subslot 1240f (dito) und einen CRC-Subslot 1234e (Fehlerprüfinformationen).
  • 2. Upstream-Übertragungs-Subframes
  • 12I zeigt ein beispielhaftes Upstream-Übertragungs-Subframe 1204. Das in 12I gezeigte Upstream-Übertragungs-Subframe umfasst eine Sender-Umschaltzeit 1230, einen DAB 1214, einen RRB 1216, eine variable Anzahl von USs pro Frame, z.B. 16, 1218 und einen Operationsdatenblock (OD) 1242 bestehend aus OAM&P-Daten von Teilnehmern, die vom Teilnehmer pro Frame sequenziert sind. Die US-Übertragungen 1218 umfas sen US1 1218a, US2 1218b, US3 1218c, US4 1218d, US5 1218e, US6 1218f, USA 1218g, US8 1218h, US9 1218i, US10 1218j, US11 1218k, US12 1218l und USn 1218m.
  • 12K zeigt einen beispielhaften RRB 1216 eines Upstream-Übertragungs-Subframe 1204. Das in 12K gezeigt Upstream-Übertragungs-Subframe zeigt ferner einen DAB 1214, einen RRB 1216, US1 1218a, US2 1218b, US3 1218c, US4 1218d, US5 1218e, US6 1218f, US7 1218g, US8 1218h, US9 12181, US10 1218j, US11 1218k, US12 1218l und USn 1218m und einen ODB 1242.
  • Der RRB 1216 umfasst Subslots RRB1 1216a, RRB2 1216b, RRB3 1216c, RRB4 1216d, RRB5 1216e, RRB6 1216f, RRB7 1216g und RRB 1216h. RRB1 1216a umfasst eine Präambel 1234a, eine Teilnehmer-ID 1234b, eine IP-Strom-Identifiziereinrichtung 1234c, eine Servicequalitäts-Datenklasse 1244a, IP-Strom-Priorität und -Typ 1244b und CRC 1234e.
  • Eine CPE-Station 294 verwendet einen der Subslots (RRB1 1216a, RRB2 1216b, RRB3 1216c, RRB4 1216d, RRB5 1216e, RRB6 1216f, RRB7 1216g und RRBn 1216h) des RRB 1216 für eine Reservierungsanforderung, bei der es sich um eine Anforderung durch die CPE-Station 294 bezüglich einer Bandbreite in einem künftigen Uplink-Übertragungs-Subframe handelt. Wenn zwei CPE-Stationen 294d, 294e versuchen, auf denselben Subslot im RRB 1216 zuzugreifen, was der Fall kann, weil ihre Pseudozufallszahlengeneratoren denselben Subslot auswählen, erfolgt eine "Kollision", und die Daten sind für die drahtlose Basisstation 302 nicht lesbar. Die zwei CPE-Stationen 294d, 294e müssen einen erneuten Versuch durchführen.
  • Reservierungsanforderungs-Slots können auf einer IP-Strom-Basis bereitgestellt werden. Statt des Zuweisens eines Reservierungsanforderungs-Slot zu jeder CPE-Teilnehmer-Station, wird eine vorgegebene Anzahl (z.B. 5) von Wettbewerbs-Slots bereitgestellt. Wenn eine Anzahl von anfordernden Teilnehmern, die größer ist als die Anzahl von Reservierungsanforderungs- Slots, Kollisionen detektiert, können die zugewiesenen Slots dynamisch variiert werden, um zusätzliche RRB-Slots bereitzustellen. (Kollisionen erfolgen analog zu CSMA/CD-Kollisionen im Ethernet, wo kollidierende Vorrichtungen in einem Ethernet-Netzwerk versuchen, eine erneute Übertragung über die Busarchitektur durchzuführen, indem sie zu einem willkürlichen Zeitpunkt einen erneuten Versuch starten.)
  • Das erfindungsgemäße Funk-Wettbewerbs-Verfahren beruht auf Aspekten des von L. Roberts 1972 entwickelten "Slotted Aloha"-Verfahrens, bei dem es sich um eine Weiterentwicklung des von N. Abramson Anfang der 1970ger Jahre entwickelten "Aloha"-Verfahrens handelt, und auf sogenannten bitabgebildeten Reservierungsprotokollen. Wie bei dem Slotted-Aloha-Verfahren werden bei der vorliegenden Erfindung statt der Ermöglichung der Datenübertragung an jeder beliebigen Stelle diskrete Slots zum Übertragen von Daten bereitgestellt. Statt des Übertragens der tatsächlichen Nutzdaten wird bei der vorliegenden Erfindung jedoch in vorteilhafter Weise nur eine "Reservierungsanforderung", in der der tatsächliche Nutzdateninhalt beschrieben ist, übertragen. Ferner kann die Anzahl von Slots für Reservierungsanforderungen in vorteilhafter Weise entsprechend der Häufigkeit detektierter Kollisionen in der jüngsten Vergangenheit dynamisch verändert werden.
  • Anders als bei verschiedenen früher in Funkgeräten angewendeten Carrier Sense Multiple Access-(CSMA-)Techniken, und zwar sowohl persistenten als auch nichtpersistenten, ist es bei dem erfindungsgemäßen Verfahren vorteilhafterweise nicht erforderlich, dass die Teilnehmer-CPE-Station 294d den Träger (den Funkkanal) vor der Übertragung "erfasst". Stattdessen wählt eine Teilnehmer-CPE-Station 294d einen zum Übertragen vorgesehenen "Subslot" durch Auswahl einer Pseudozufallszahl ohne vorherige Trägererfassung aus. Bei Detektion einer Kollision versucht es die Teilnehmer-CPE-Station 294d im nächsten Frame erneut unter Anwendung eines Pseudozufallszahl-Prozesses.
  • Statt der Verwendung eines Bitabbildungs-Protokolls für die Auflösung des Wettbewerbsverhaltens, wie es bei einigen Reservierungsprotokollen der Fall ist, kann die drahtlose Basisstation Reservierungsanforderungen ausdrücklich stattgeben. Das Standard-Bitabbildungs-Protokoll kann fordern, dass sämtliche Stationen Signale von allen anderen Stationen empfangen können, so dass die nachfolgende Übertragungsreihenfolge anhand des daraus resultierenden Bitabbildungs-Musters implizit festgelegt werden kann. Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es vorteilhafterweise nicht erforderlich, Reservierungsanforderungssignale von anderen CPE-Teilnehmerstationen 294 zu empfangen. Dies ist vorteilhaft, da bei höheren Frequenzen (wie z.B. 2 GHz bis 30 GHz), bei denen Sichtweiten- und Distanzbeschränkungen auftreten können, die Anforderung bezüglich des Empfangs der Übertragungen von anderen CPE-Teilnehmerstationen 294d in unangemessener Weise die Topologie, Standorte und Distanzen von CPE-Teilnehmerstationen einschränken kann.
  • Vorteilhafterweise können dadurch, dass die drahtlose Basisstation 302 die angeforderte Reservierung explizit gewähren kann, andere Faktoren, wie z.B. relative oder dynamische CPE-Teilnehmerstation 294d- (oder IP-Strom-)Prioritätsfaktoren, berücksichtigt werden. Daher bildet das erfindungsgemäße Protokoll mit einer dynamisch einstellbaren Anzahl von Wettbewerbs-Subslots und ausdrücklichen Reservierungsgewährungen durch die drahtlose Basisstation ein optimaleres Mittel für die Funkzuweisung, wie z.B. Radio, Bandbreite in Reaktion auf QoS-Anforderungen vom IP-Strömen, als ein dem Stand der Technik entsprechendes Verfahren.
  • Wie beschrieben, umfasst der RRB1 1216a folgende Felder: eine Präambel 1234a, eine Teilnehmer-ID 1234b, eine IP-Strom-Identifiziereinrichtung 1234c; eine Servicequalitäts-Datenklasse 1244a, IP-Strom-Priorität und -Typ 1244b und CRC 1234e. Im Subslot-RRB1 1216a des RRB 1216: die Präambel 1234a umfasst zu Link-Integrity-Zwecken verwendete Daten; die Teilnehmer-ID 1234b identifiziert, welche CPE-Station 294 die Reservierungsanforderung stellt; die IP-Strom-Identifiziereinrichtung 1234c identifiziert den IP-Datenstrom; die Servicequalitäts-Datenklasse 1234a identifiziert die Priori tätsklasse des IP-Datenstroms, falls diese der CPE-Station 294 bekannt ist; IP-Strom-Priorität und -Typ 1234b ist ein Indikator für einen neuen IP-Datenstrom; und CRC 1234e, was für zyklischen Redundanzcode steht, liefert Fehlerprüfbits für den Subslot RRB1 1216a. Wahlweise kann eine Zusatzfeld im Subslot RRB1 1216a vorgesehen sein, das die Anzahl von Datenpaketen enthält, die die CPE-Station 294 in ihrem IP-Datenstrom überträgt.
  • 12J zeigt einen beispielhaften DAB 1214 eines Upstream-Übertragungs-Subframe 1204, wobei eine CPE den Empfang eines Slot von der Basis bestätigt. Der DAB ist eine Bestätigung von einer Teilnehmer-CPE-Station 294 an die drahtlose Basisstation, dass Downstream-Slots in einem vorhergehenden Subframe empfangen worden sind.
  • Der DAB 1214 umfasst Subslots DAB1 1214a, DAB2 1214b, DAB3 1214c, DAB4 1214d, DAB5 1214e, DAB6 1214f, DAB7 1214g und DABn 1214h. Der Subslot DAB1 1214a umfasst eine Präambel 1234a, eine Teilnehmer-ID 1234b, eine IP-Strom-Identifiziereinrichtung 1234c, eine Slot-Laufnummer 1234d und CRC 1234e. (Diese Felder enthalten die gleichen Informationen wie anhand des RRB beschrieben.)
  • 12L zeigt einen beispielhaften MAC-PDU-Upstream-Slot. Der in 12L gezeigte MAC-PDU-Upstream-Slot umfasst eine CPE-Verkettet-Listen-Laufnummer 1246, eine Reservierungsanforderungs-Indexnummer 1238b, eine Komprimiert-IP-Strom-Identifiziereinrichtung 1238c, Komprimiert-IP-Strom-Priorität und -Typ 1238d, Slot-Nutzdaten 1238e und CRC 1234e. Die Upstream-MAC-PDU ist der Downstream-MAC-PDU im Wesentlichen gleich, wird jedoch für Upstream-Subframe-Nutzdateninformationen verwendet.
  • 12M, 12N und 12O zeigen detailliert einen beispielhaften OBD 1242. Dieses Feld wird zum Speichern von Informationen über die Verbindung zwischen der drahtlosen Basisstation 302 und der CPE-Station 294 verwendet. Der ODB 1242 umfasst die Präambel 1234a (einschließlich Link-Integrity-Daten), die Teilnehmer-ID 1234b (die identifiziert, welche CPE-Station 294 die Reservierungsanforderung stellt), den Systemzustand 1248a (Informationen über den Status der CPE-Station 294), die Leistungsdaten 1248b (wie voll ist die Pufferstatistik, CPE-Prozessorleistungsstatistik, Systemzustand), die Antennendaten 1248c (Informationen über die Antenne), CRC 1234e (Fehlerprüfinformationen) und das Synchronisationsmuster 1248d (Fehlerprüfinformationen).
  • Gemäß 12M umfasst der Systemzustands-Subslot 1248a einen Systemmodus 1250a (den Modus der CPE-Station, z.B. Befehlsmodus, Operationsmodus oder Initialisationsmodus des Systems), einen Systemstatus 1250b (den Status der CPE-Station), Systemressourcen 1250a (den Modus der CPE-Station), Systemenergie 1250b (den Modus der CPE-Station), und die Systemtemperatur 1250a (die Temperatur der CPE-Station). Die CPE-Stationen 294 müssen abwechselnd den ODB 1242 zum Übertragen ihrer Informationen benutzen.
  • Gemäß 12N umfassen die Leistungsdaten 1248a die Anzahl von Kommunikatonswiederholungen 1252a (die Anzahl von wiederholten Kommunikationsversuchen), die Anzahl vom Frame-Slips 1252b (die Anzahl von durchgerutschten Frames) und einen Wartezustandsindex 1252c (einen Index bezüglich des Wartezustands).
  • f. Beispielhafte klassenbasierte Frame-Priorisierung
  • 13 zeigt ein Blockschaltbild 1300, das darstellt, wie eine beispielhafe Strom-Disponiereinrichtung für die vorliegende Erfindung funktioniert, um Produkte zu disponieren. Das Blockschaltbild 1300 umfasst: eine Strom-Disponiereinrichtung 604, 634 (bei der es sich um eine Kombination aus einer Downlink-Strom-Disponiereinrichtung 604 und einer Uplink-Strom-Disponiereinrichtung 634 handelt) und ein Downink-Übertragungs-Subframe 1202 (d.h. das nächste MAC-Upstream-Subframe). Das Blockschaltbild 1300 umfasst ferner die folgenden Downstream-Komponenten: eine Downstream-Reservie rungs-First-in-First-out-Warteschlange 1322, eine Klasse-1-Downstream-Warteschlange 1302, eine Klasse-2-Downstream-Warteschlange 1304 und eine Klasse-3-Downstream-Warteschlange 1306. Das Blockschaltbild 1300 umfasst ferner folgende Upstream-Reservierungskomponenten: ein aktuelles Upstream-Subframe 1344 (wobei das aktuelle Upstream-Subframe 1204 gerade in dieses gespeichert wird), vorhergehende Upstream-Subframes 1346, 1348, 1350, eine Klasse-1-Upstream-Reservierungsanforderungs-Warteschlange 1308, eine Klasse-2-Upstream-Reservierungsanforderungs-Warteschlange 1310 und eine Klasse-3-Upstream-Reservierungsanforderungs-Warteschlange 1312.
  • In dem Downlink-Weg reiht ein IP-Strom-QoS-Warteschlangeneinreihungs-Prozessor (nachstehend anhand von 15A und 15B beschrieben) die empfangenen Datenpakete in Klasse-1-Paketstrom-Warteschlangen 1324, 1326 und 1328, Klasse-2-Paketstrom-Warteschlangen 1330, 1332, 1334 und Klasse-3-Paketstrom-Wartschlangen 1336, 1338, 1340 und 1342 ein.
  • Anhand von Eingaben aus einem hierarchischen klassenbasierten Prioritätsprozessor werden eine Virtuell-Privatnetzwerks-(VPN-)Verzeichnisaktiviert-(DEN-)Datentabelle und eine Leistungsabkommen-(SLA-)Prioritäts-Datentabelle (nachstehend anhand von 15A und 15B beschrieben) sowie die Klasse-1-, Klasse-2- und Klasse-3-Paketstrom-Warteschlangen jeweils der Klasse-1-Downstream-Warteschlange 1302, der Klasse-2-Downstream-Warteschlange 1304 und der Klasse-3-Downstream-Warteschlange 1306 zugeordnet. Die Strom-Disponiereinrichtung 604, 6534 disponiert diese Downlink-Datenpaktet auf das Downlink-Übertragungs-Subframe 1202.
  • Bei einer Ausführungsform wird eine weitere Verarbeitung zum Minimieren von Latenz und Jitter durchgeführt. Beispielsweise sei angenommen, dass die Datenpakete der Klasse-1-Paketstrom-Warteschlange 1324 eine jitterfreie und latenzfreie Lieferung erforderlich machen, d.h. die Lieferung von Paketen muss in konstanten Zeitintervallen und in Echtzeit erfolgen. Die Paketstrom-Warteschlange 1324 erzeugt z.B. 4 gleiche zeitbeabstandete Slot- Reservierungen in künftigen Frames, wie in der Klasse-1-Downstream-Warteschlange 1302 gezeigt und nachstehend anhand von 14 beschrieben. Die Reservierungen werden der Downstream-Reservierungs-First-in-First-out-Warteschlange 1322 zugeführt und von der Strom-Disponiereinrichtung 604, 634 auf ein künftiges Downstream-Frame 1202 disponiert.
  • In dem Uplink-Weg kommen Reservierungsanforderungs-Upstream-Slots als Teil des von den CPE-Teilnehmer-Stationen 294 über das drahtlose Medium empfangenen aktuellen Upstream-Frame 1204 an der drahtlosen Basisstation 302 an. Das aktuelle Upstream-Subframe 1344 kann temporär Reservierungsanforderungen für die Analyse und Disponierung von Uplink-Paketen entsprechend der vorstehenden Beschreibung von 8B speichern. Die vorhergehenden Subframes 1346, 1348, 1350 umfassen Upstream-Reservierungsanforderungen, die auf Upstream-Slot-Zuweisungen in künftigen Upstream-Subframes 1204 warten. Die oben anhand von 12*** beschriebenen Reservierungsanforderungsblöcke (RRBs) umfassen eine Anforderung bezüglich einer Anzahl von Slots für einen einzelnen IP-Strom mit einer IP-Strom-Identifiziereinrichtung # und einer Strömungsklasse. Die Upstream-Reservierungsanforderungen (von IP-Strom und -Klasse) sind von einem IP-Strom-QoS-Klassen-Warteschlangeneinreihungs-Prozessor (nachstehend anhand von 16A und 16B beschrieben) in Klasse-1-Upstream-Reservierrungsanforderungs-Warteschlange 1308, Klasse-2-Upstream-Reservierungsanforderungs-Warteschlange 1310 und Klasse-3-Upstream-Reservierungsanforderungs-Warteschlange 1312 eingereiht. Die Strom-Disponiereinrichtung 604 und 1566 sowie 634 und 1666 verwenden diese Downstream-Reservierungen und Upstream-Reservierungsanforderungen zum Zuordnen von Slots zu Datenpaketen in dem nächsten Downstream-Übertragungs-Subframe 1202 bzw. Upstream-Übertragungs-Subframe 1204.
  • 14 zeigt ein beispielhaftes zweidimensionales Blockschaltbild 1400 des erweiterten Reservierungsalgorithmus. 14 umfasst die MAC-Subframe-Disponiereinrichtung 1566, 1666, aktuelle Frames n 1402 und künftige Frames n + 1 1404, n + 2 1406, n + 3 1408, n + 4 1410, n + 5 1412, n + 6 1414 ... n + x 1416, die Frames von zu Zeitpunkten n, n + 1, n + 2 ... n + x zu übertragenden Datenpaketen repräsentieren. Jedes Frame ist ein Dowlink-Subframe 1202 mit variabler Länge und ein Upline-Subframe 1204 mit variabler Länge unterteilt. Die Längen des Downlunk-Subframe 1202 und des Uplink-Subframe 1204 bilden zusammen die Länge des gesamten Frame.
  • Jedes Frame n 1402 umfasst eine Anzahl von Slots (1418–1478). Die Slots 1418–1446 umfassen das Downlink-Subframe 1202 und die Slots 1448–1478 umfassen das Uplink-Subframe 1204. Bei einer Ausführungsform sind die Slots längenfixiert, wobei jeder Slot in der Lage ist, ein einzelnes Datenpaket zu speichern. Die Gesamtanzahl von Frame-Slots in einem Frame bleibt konstant. Beispielsweise können dann, wenn ein vorgebenes Frame 64 Frame-Slots aufweist, die Slots entweder in Uplink- oder in Downlink-Richtung dynamisch zugeordnet werden, wie z.B. 32 Up und 32 Down, 64 Up und 0 Down, 0 Up und 64 Down. Das Blockschaltbild 1400 kann man sich als zweidimensionale Matrix vorstellen, wobei jeder Slot einen Zeitwert aufweist (d.h. ein Slot-zu-Slot-Zeitintervall), z.B. 0,01 ms, und jedes Frame einen Gesamt-Frame-Zeitintervallwert aufweist (d.h. ein Frame-zu-Frame-Zeitintervall), z.B. 0,5 ms.
  • Bei der vorliegenden Erfindung weist ein erweiterter Reservierungsalgorithmus anhand der Priorität des IP-Datenstroms, dem das Paket zugewiesen ist, künftige Slots Datenpaketen zu. Beispielhafte Prioritäten sind oben anhand von 8A und 8B beschrieben. Bei jitteranfälligen Gesprächen, was bedeutet, dass die Gespräche zeitempfindlich sind, ist es wichtig, eine isochrone (d.h. in Phase relativ zur Zeit) Verbindung aufrechtzuerhalten. Bei solchen Signalen ist es wichtig, dass die Daten in demselben Slot zwischen Frames oder in Slots mit einer periodischen Abweichung zwischen Frames verteilt sind. Beispielsweise zeigt eine vertikale Reservierung 1480 ein jitteranfälliges Signal, das in jedem Frame denselben Slot für eine Downlin-Kommunikation empfängt. Insbesondere wird dem Signal ein Slot 1422 in Frames 1402–1416 zugewiesen. Wenn das Frame-zu-Frame-Intervall 0,5 ms beträgt, wird alle 0,5 ms ein Slot dem IP-Strom zugeführt. Als weiteres Beispiel zeigt eine diagonale Reservierung 1482 ein jitteranfälliges Signal, das einen Slot empfängt, der um eine Periode von Eins zwischen sequentiellen Frames variiert. Insbesondere wird das Signal einem Slot 1440 in Frame 1402, einem Slot 1438 in Frame 1404, ... einem Slot 1426 in Frame 1416 zugewiesen, um eine "Diagonale" zu bilden. Wenn das Frame-zu-Frame-Intervall 0,5 ms beträgt und das Slot-zu-Slot-Intervall 0,01 ms beträgt, kann alle 0,5 minus 0,01 gleich 0,49 mms ein Slot dem IP-Strom zugeführt werden. Somit kann zum Verringern des Frame-Intervals eine diagonale Reservierung mit positivem Anstieg verwendet werden. Zum Erhalten eines größeren Frame-Intervalls kann eine Diagonale mit negativem Anstieg, wie z.B. die diagonale Uplink-Reservierung 1486 mit negativem Anstieg, verwendet werden. Die diagonale Reservierung 1482 kann ferner ausgeprägter sein (d.h. durch Verwendung eines größeren oder kleineren Anstiegs), und zwar je nach gewünschter Periode zwischen sequentiellen Frames. Reservierungsmuster 1480, 1482, 1484 und 1486 sind sinnvolle Muster für eine jitteranfällige Kommunikation. Ferner ist eine vertikale Reservierung, die der vertikalen Reservierung 1480 im Wesentlichen gleich ist, dargestellt, die für eine jitteranfällige Kommunikation in Uplink-Richtung nützlich ist.
  • Bei Latenzanfälligkeit können ein oder mehrere Slots in jedem Frame garantiert sein. Beispielsweise kann bei einem Gespräch, das zwar latenzanfällig, aber nicht jitteranfällig ist, jedes Frame einem (oder mehreren) Sots für Kommunikationszwecke zugewiesen sein. Das (die) Slot(s) braucht (brauchen), anders als bei jitteranfälligen Gesprächen, nicht periodische zwischen den Frames vorgesehen zu sein. Je größer die Anzahl von pro Frame einem IP-Strom zugeordneten Slots, desto größer ist die Gesamtbandbreite pro Frame für den IP-Strom.
  • Bei Gesprächen, die weniger latenzanfällig sind, können zu Kommunikationszwecken weniger Slots pro Frame zugewiesen sein. Beispielsweise kann eine Kommunikation, die weniger latenzanfällig ist, bei jedem vierten Frame eine garantierte Bandbreite eines Slot empfangen. Bei einem noch we niger latenzanfälligen Gespräch kann z.B. bei jedem zehnten Frame ein einziger Slot empfangen werden.
  • Bei Anwendung dieser Prinzipien kann der erweiterte Reservierungsalgorithmus die Slots von der höchsten Priorität zur niedrigsten Priorität zuweisen, wobei die Anzahl von verfügbaren Slots in künftigen Frames ausgeschöpft wird. IP-Datenströme, die sowohl jitter- als auch latenzanfällig sind, können zuerst Slots mit periodischen Mustern (z.B. Muster 1480, 1482, 1484 und 1484), gefolgt von Mustern mit hoher Latenzanfälligkeit (jedoch keiner Jitteranfälligkeit) etc. zugewiesen werden, bis die Ströme mit der niedrigsten Latenzanfälligkeit Slots zugewiesen sind. Die Priorisierung unterschiedlicher Klassen von IP-Strömen durch die Disponiereinrichtung 604, 634, 1566, 1666 ist nachstehend anhand von 15A, 15B, 16A und 16B genauer beschrieben.
  • g. Downlink-Subframe-Priorisierung
  • 1. Überblick
  • 15A und 15B zeigen beispielhafte logische Ablaufdiagramme zum Analysieren und Disponieren der gemeinsam genutzten drahtlosen Bandbreite in Downlink-Richtung. Der logische Ablauf betrifft IP-Paketströme, die zwecks Übertragung über das drahtlose Medium zu einer Teilnehmer-CPE-Station 294d von dem Datennetzwerk 140 aus an der drahtlosen Basisstation 302 ankommen. 15A zeigt ein beispielhaftes logisches Ablaufdiagramm 1500 für die Downlink-IP-Analysiereinrichtung 602. 15B zeigt ein beispielhaftes logisches Ablaufdiagramm 1560 für die Downlink-Strom-Disponiereinrichtung 604.
  • Die Funktionskomponenten aus 15A und 15B werden anhand von Verfahrenmodulen erläutert, die als physische Einheiten (z.B. mit Software, Hardware oder einer Kombination daraus) oder logische Vehikel (z.B. nur zu Erläuterungszwecken verwendet) betrachtet werden können. Fachleute auf dem Sachgebiet erkennen, dass die Module nur zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels und nicht als Einschränkung dienen.
  • Das beispielhafte logische Ablaufdiagramm 1500 für die Downlink-IP-Strom-Analysiereinrichtung aus 15A umfasst eine Paketkopf-Identifizierkomponente 1502, eine Paket-Charakterisierkomponente 1504, eine Paket-Klassifizierkomponente 1506 und eine IP-Strom-Präsentierkomponente 1508. Die Funktionen dieser Komponenten werden nachstehend genauer erläutert.
  • Bei einer Ausführungsform ist die Downlink-IP-Strom-Analysiereinrichtung 602 physisch in der drahtlosen Basisstation 302 angeordnet, obwohl Fachleute auf dem Sachgebiet erkennen, dass die gleiche Funktionalität entfernt von der Basisstation 302 angeordnet sein kann.
  • 2D, 3A und 3B machen dem Leser die Downlink-IP-Strom-Analysiereinrichtung besser verständlich.
  • 2. Einleitung
  • Die IP-Strom-Analysiereinrichtung 602 führt die Funktion der Identifizierung, Charakterisierung, Klassifizierung und Präsentierung der Datenpakete gegenüber einer Downlink-Frame-Disponiereinrichtung 604 durch. Die Funktionen der Identifizierung, Charakterisierung, Klassifizierung und Präsentierung der Datenpakete werden jeweils von der Paketkopf-Identifizierkomponente 1502, der Paket-Charakterisierkomponente 1504, der Paket-Klassifizierkomponente 1506 und der Paket-Präsentierkomponente 1508 der Downlink-IP-Strom-Analysiereinrichtung 602 durchgeführt.
  • Die Paketkopf-Identifizierkomponente 1502 stellt anhand des Inhalts der Felder des Paketkopfabschnitts fest, ob ein Datenpaket eines ankommenden IP-Datenstroms Teil eines dem System bekannten IP-Stroms oder das erste Datenpaket eines neuen IP-Datenstroms ist. Die Paketkopf-Identifizierkomponente 1502 identifiziert ferner z.B. die Quelle des Pakets unter Verwendung des Paketkopffeldinhalts. Die Paket-Charakterisierkomponente 1504 charakterisiert ein neues Datenpaket (eines neuen IP-Datenstroms), um die QoS-Anforderungen für den IP-Datenstrom zu bestimmen, und identifiziert die der den IP-Datenstrom empfangenden Teilnehmer-Arbeitsstation zugeordnete Teilnehmer-CPE-Station. Die Paket-Klassifizierkomponente 1506 klassifiziert den neuen IP-Datenstrom in eine Kommunikations-Prioritätsklasse, in der das Paket zusammen mit im Wesentlichen gleichen IP-Strömen zusammengefasst ist. Die IP-Datenstrom-Präsentierung 1508 initialisiert den neuen IP-Datenstrom und präsentiert diesen der Downlink-Strom-Disponiereinrichtung 604.
  • Die Downlink-Strom-Disponiereinrichtung 604 platziert die Datenpakete eines IP-Datenstroms in eine Klassen-Warteschlange und disponiert anhand eines Satzes von Regeln die Datenpakete für eine Übertragung über das drahtlose Medium zu einer Teilnehmer-CPE-Station z.B. unter Anwendung eines erweiterten Reservierungsalgorithmus. Die Regeln können durch die Eingaben von einem hierarchischen klassenbasierten Prioritätsprozessormodul 1574, einer Virtuell-Privatnetzwerk-(VPN-)Verzeichnisaktiviert-(DEN-)Datentabelle 1572 und einer Servicevereinbarungs-(SLA-)Prioritäts-Datentabelle 1570 in die Downlink-Strom-Disponiereinrichtung bestimmt werden. Der erweiterte Reservierungsalgorithmus ist oben anhand von 14 erläutert.
  • 3. Identifizierung
  • Die Paketkopf-Identifizierkomponente 1502 identifiziert den von dem Datennetzwerk 142 an dem Daten-Interface 320 empfangenen IP-Strom anhand des Paketkopfs.
  • Ein IP-Strom-Paketstrom von dem Datennetzwerk 142 mit Paketen aus verschiedenen IP-Strömen (wobei jeder IP-Strom einem einzelnen Da ten "abruf" zugeordnet ist) wird an der Paketkopf-Identifizierkomponente 1502 empfangen. Ein IP-Strom kann paketisierte Daten, einschließlich eines beliebigen Typs von digitalen Informationen, wie z.B. paketisierte Sprache, paketisiertes Video, paketisiertes Audio, paketisierte IP-Ströme, paketisierte VPN-Ströme und paketisierte Echtzeitströme, aufweisen. Der IP-Strom wird z.B. von einer Host-Arbeitsstation 136d über das Datennetzwerk 142 übertragen und kommt an dem Interface 302 der drahtlosen Basisstation 320 an. Das Interface 302 überträgt die Pakete des IP-Stroms zu der Paketkopf-Identifizierkomponente 1502. An einem Modul 1510 werden die empfangenen Pakete in einem Speicherbereich gepuffert. An einem Modul 1520 wird der Inhalt der Paketkopffelder extrahiert und geparst.
  • Bei dem System bekannten IP-Strömen, sogenannten "bestehenden IP-Strömen", erfolgen Einträge in eine Tabelle 1526. Ein IP-Strom befindet sich in dem System, wenn ein Aufruf bestehender charakterisierter IP-Daten erfolgt. In einem Modul 1522 wird festgestellt, ob eine Übereinstimmung zwischen dem ankommenden Paket und einem Aufruf eines bestehenden IP-Stroms in einem Eintrag in die Tabelle 1526 für die Identifizierung bestehender IP-Ströme vorhanden ist. Wenn dies der Fall ist, ist der IP-Strom dem System bekannt, und die Steuerung geht zu einem Modul 1530 der Paket-Charakterisierkomponente 1504 über.
  • Wenn dies nicht der Fall ist, bedeutet das, dass der IP-Strom ein neuer IP-Datenstrom ist, und dann geht die Steuerung zu einem Modul 1524 über, in dem die Paketkopffelder analysiert werden. Das Modul 1524 analysiert das Paketkopf-Quellenfeld und bestimmt anhand einer Quellenanwendungs-Paketkopf-Datentabelle 1528 den Typ der Quellenanwendung, die den Datenaufruf durchführt oder das IP-Paket überträgt. Die Anwendung kann eine beliebige der anhand von 2D beschriebenen Anwendungen oder eine Fachleuten auf dem Sachgebiet bekannte Anwendung sein. Beispiele dafür umfassen einen Dateitransferprotokoll-(FTP-)Download von einer anderen Client-Arbeitsstation 138f, ein IP-Sprach-Telefoniegespräch (über den Telefonie-Netzübergang 288b), ein Sprach-Telefoniegespräch von einem Anrufer 124d (über ein Modem verbunden), eine E-Mail von einem an die Host-Arbeitsstation 136a angeschlossenen LAN 128a und ein Konferenzgespräch von mehreren Anrufern 124d und 126d (über ein Modem angeschlossen), um nur einige zu nennen. Wenn ein IP-Strom dem System nicht bekannt ist, erhält der IP-Strom eine IP-Strom-Identifiziernummer, und die Steuerung geht zu dem Modul 1526 über, in dem die IP-Strom-Identifiziernummer der Tabelle 1526 zum Identifizieren bestehender IP-Ströme hinzugefügt wird.
  • Wenn der Quellenanwendungstyp anhand der Paketkopfinformationen oder eines anderen Mittels, wie z.B. einer Direkt-Anwendungsidentifizierung, bestimmt worden ist, geht die Steuerung von dem Modul 1524 zu einem Modul 1532 der Paket-Charakterisierkomponente 1504 über. Zum Identifizieren des Quellenanwendungstyps des IP-Stroms kann ein beliebiges Servicetyp-(TOS-) oder Differenziert-Service-(DiffServ-)Feld ebenfalls analysiert werden.
  • 4. Charakterisierung
  • Die Paket-Charakterisierkomponente 1504 charakterisiert neue IP-Ströme und leitet diese zwecks Klassifizierung zu der Paket-Klassifizerkomponente weiter.
  • Bei einem bestehenden IP-Strom geht die Steuerung von dem Modul 1522 der Paketkopf-Identifizierkomponente 1502 zu dem Modul 1530 über. Wenn in dem Modul 1522 festgestellt wird, dass der IP-Datenstrom dem System bekannt ist, wird in dem Modul 1530 festgestellt, ob das Paket alt (d.h. verfallen) ist. Dies kann z.B. das Feststellen des Alters des Pakets anhand eines Time-To-Live-Felds (eines Felds in dem IP-Paketkopf) und das Vergleichen des Felds mit einem Schwellenalterwert umfassen. Wenn festgestellt wird, dass das Paket verfallen ist, kann es verworfen werden. Je nach Alter des Pakets kann damit gerechnet werden, dass Client-Anwendungen verwor fen werden. Andernfalls kann die Steuerung zu einem Modul 1540 der Paket-Klassifizierkomponente 1506 übergehen.
  • Bei einem neuen IP-Strom geht die Steuerung von dem Modul 1524 der Kopf-Identifizierkomponente zu dem Modul 1532 über. Wenn in dem Modul 1524 festgestellt wird, dass der IP-Strom dem System nicht bekannt ist, werden in dem Modul 1532 unter Verwendung der in den Modulen 1524 und 1528 identifizierten Quellenanwendungsinformationen die QoS-Anforderungen für die Anwendung festgelegt. Das Modul 1532 führt diese Operation durch Suchen der QoS-Anforderungen für die identifizierte Quellenanwendung in einer QoS-Anforderungstabelle 1534 durch. Für unterschiedliche Anwendungen bestehen unterschiedliche QoS-Anforderungen, um eine akzeptable Endbenutzererfahrung zu bieten. Beispielsweise ist für eine Anwendung zum Durchführen von FTP-Dateitransfer-Downloads die Bandbreitenzuordnung (d.h. das Zuordnen eines geeigneten Maßes an Bandbreite) wichtig und nicht Jitter (d.h. zeitliches Synchronisieren der Empfangsdaten) und Latenz (d.h. die zwischen Antworten abgelaufene Zeit). Andererseits sind bei der Sprach-Telefonie und bei Konferenzgesprächen Jitter und Latenz wichtig und nicht die Bandbreitenzuordnung.
  • Nach der Verarbeitung durch das Modul 1532 wird in einem Modul 1536 eine Ziel-CPE-Teilnehmer-Stations-ID-Suche in einer CPE-IP-Adressentabelle 1538 für den IP-Strom durchgeführt. Jede Teilnehmer-CPE-Station 294d kann eine oder mehrere Anwendungen aufweisen, die auf einer oder mehreren Teilnehmer-Arbeitsstationen 120d laufen. Entsprechend können die IP-Ströme auf eine oder mehrere Anwendungen auf einer oder mehreren Teilnehmer-Arbeitsstationen einer oder mehrerer CPE-Stationen 294d gerichtet sein. Eine Teilnehmer-Arbeitsstation kann eine beliebige mit einer Teilnehmer-CPE-Station 294d gekoppelte Vorrichtung sein. Das Modul 1536 sucht den IP-Strom in der Tabelle 1538, um die Identität der Teilnehmer-CPE-Station 294d festzustellen, die die Pakete des neuen IP-Stroms von dem Datennetzwerk 142 empfängt. Die Steuerung geht dann von dem Modul 1536 zu einem Modul 1542 der Paket-Klassifizierkomponente 1506 über.
  • 6. Klassifizierung
  • Die Paket-Klassifizerkomponente 1506 klassifiziert den IP-Strom und leitet diesen zwecks Präsentierung zu der IP-Strom-Präsentierkomponente 1508 weiter.
  • Bei einem bestehenden IP-Strom geht die Steuerung von dem Modul 1530 der Paket-Charakterisierkomponente 1504 zu dem Modul 1540 über. Wenn in dem Modul 1530 festgestellt wird, dass das Paket nicht verfallen ist, wird das Paket in dem Modul 1540 einem bestehenden IP-Strom zugeordnet. Gemäß 15A ist festgestellt worden, dass das hier verarbeitete Paket ein Teil eines dem System bekannten IP-Stroms war. Daher ist die QoS-Verarbeitung der Module 1532, 1536 und 1542 unnötig, da angenommen wird, dass die QoS-Anforderungen des vorliegenden Pakets die gleichen wie für seinen IP-Strom sind. Bei einer weiteren Ausführungsform werden sämtliche Pakete charakterisiert und klassifiziert. Von dem Modul 1540 kann die Steuerung mit einem Modul 1546 der IP-Strom-Präsentierung 1508 fortfahren.
  • Bei dem neuen IP-Strom geht die Steuerung von dem Modul 1536 der Paket-Charakterisierkomponente 1504 zu dem Modul 1542 über. In dem Modul 1542 wird das Paket durch Durchführen einer Tabellensuche in einem IP-Strom-Tabellen-Modul 1544, in dem die QoS-Klassen-Typen je nach QoS-Anforderungen für Pakete gespeichert sind, in eine QoS-Klasse klassifiziert. Im Wesentlichen gleiche IP-Ströme (d.h. IP-Ströme mit im Wesentlichen gleichen QoS-Anforderungen) können in dem Modul 1542 zusammengefasst sein. Beim Klassifizieren von Paketen und IP-Strömen können QoS-Klassengruppierungen, DiffServ-Prioritätsmarkierungen und TOS-Prioritätsmarkierungen berücksichtigt werden. Von dem Modul 1542 geht die Steuerung zu einem Modul 1548 der IP-Strom-Präsentierkomponente 1508 über.
  • 6. IP-Strom-Präsentierung
  • Die IP-Strom-Präsentierkomponente 1508 präpariert und präsentiert die IP-Strom-Pakete für die Downlink-Strom-Disponiereinrichtung 604.
  • Bei bestehenden IP-Strömen geht die Steuerung von dem Modul 1540 der Paket-Klassifizierkomponente 1506 zu dem Modul 1546 über. In dem Modul 1546 wird das Paket der entsprechenden bestehenden IP-Strom-Warteschlange hinzugefügt, bei der es sich um die Warteschlange für den aktuellen IP-Strom handelt. Von dem Modul 1546 geht die Steuerung zu dem IP-Strom-QoS-Klassen-Warteschlangeneinreihungs-Prozessormodul 1562 der Downlink-Strom-Disponiereinrichtung 604 weiter.
  • Bei dem neuen IP-Strom geht die Steuerung von dem Modul 1542 der Paket-Klassifizierkomponente 1506 zu dem Modul 1548 über. In dem Modul 1548 kann dieser neue IP-Strom zur Präsentierung gegenüber einem Modul 1552 initialisiert werden. In einem Modul 1550 wird die IP-Strom-QoS-Klasse der Frame-Disponiereinrichtung 604 präsentiert, um in eine geeignete Klassen-Warteschlange platziert zu werden. Das Modul 1552 präsentiert den IP-Strom (insbesondere das Datenpaket) und die IP-Strom-Identifiziereinrichtung dem QoS-Klassen-Warteschlangeneinreihungs-Prozessormodul 1562 der Downlink-Strom-Disponiereinrichtung 604.
  • 7. Downlink-Strom-Disponiereinrichtung
  • Das beispielhafte logische Ablaufdiagramm 1560 für die Downlink-Strom-Disponiereinrichtung 604 aus 15B umfasst das IP-Strom-QoS-Klassen-Warteschlangeneinreihungs-Prozessormodul 1562, das MAC-Downlink-Subframe-Disponiermodul 1566, das hierarchische klassenbasierte Prioritäts-Prozessormodul 1574, das VPN-DEN-Datentabellen-Modul 1572, die SLA-Prioritäts-Datentabelle 1570, einen CPE-IP-Strom-Warteschlangentiefen-Status-Prozessor 1582 und ein Link-Schicht-Bestätigungs-Prozessormodul 1578.
  • Die Downlink-Strom-Disponiereinrichtung 604 aus 15B umfasst ferner folgende QoS-Klassen-Warteschlangen: Klasse 1, 1564a; Klasse 2, 1564b; Klasse 3, 1564c; Klasse 4, 1564d; Klasse 5, 1564e; Klasse 6, 1564f; und MAC-Downlink-Subframes: Frame n, 1568a, Frame n + 1, 1568b; Frame n + 2, 1568c; Frame n + 3, 1568d; ... Frame n + p, 1568k.
  • Bei einer Ausführungsform ist die Downlink-Strom-Disponiereinrichtung 604 physisch in der drahtlosen Basisstation 302 angeordnet, obwohl Fachleute auf dem Sachgebiet erkennen, dass die gleiche Funktionalität entfernt von der Basisstation 302 angeordnet sein kann.
  • Die Downlink-Strom-Disponiereinrichtung 604 dient zum Disponieren des Downlink-Subframe. Ein ganzes Frame kann in einen Uplink-Teil (der als Uplink-Subframe bezeichnet wird) zum Übertragen von Uplink-Frames und einen Downlink-Teil (der als Downlink-Subframe bezeichnet wird) zum Übertragen von Downlink-Frames unterteilt werden.
  • 15B zeigt die WAP-Antenne, das drahtlose Medium 290d, die RF-Sendeempfänger-Teilnehmer-Antenne 292d, die Teilnehmer-CPE-Station 294d und die Teilnehmer-Arbeitsstation 120d. Die WAP-Antenne 290d bzw. die RF-Sendeempfänger-Teilnehmer-Antenne 292d bilden eine drahtlose Verbindung zwischen der drahtlosen Basisstation 302 (in der sich bei einer Ausführungsform die Downlink-Strom-Disponiereinrichtung 604 befindet) und der Teilnehmer-CPE-Station 294d, die einen IP-Strom zu der auf der Teilnehmer-Arbeitsstation 120d laufenden Anwendung überträgt. Die WAP-Antenne 290d dient als drahtloser Netzübergang für das Datennetzwerk 142, und die RF-Sendeempfänger-Teilnehmer-Antenne dient als drahtloser Netzübergang für die Teilnehmer-CPE-Station 294d. Die Verbindung ist auch in 2D und 3B gezeigt. Das IP-Strom-QoS-Klassen-Warteschlangeneinreihungs-Prozessormodul 1562 empfängt die Pakete von der IP-Strom-Präsentierkomponente 1508. Das Modul 1562 erzeugt dann Klassen-Warteschlangen 1564a–1564f, bei denen es sich um eine variable Anzahl von Warteschlangen handelt, und plat ziert die Pakete in diese Klassen-Warteschlangen. Wie Pakete in die Klassen-Warteschlangen 1564a–1564f platziert werden, wird von den Eingaben in das Modul 1562 bestimmt.
  • Das Modul 1562 kann Eingaben von dem hierarchischen klassenbasierten Prozessormodul 1574, der VPN-DEN-Datentabelle 1572 und der Servicevereinbarungs-(SLA-)Prioritäts-Datentabelle 1570 empfangen. Die Warteschlangeneinreihungsfunktion des Moduls 1562 kann auf diesen Eingaben basieren.
  • Die SLA-Prioritäts-Datentabelle 1570 kann vorbestimmte Servicevereinbarungen für bestimmte Kunden verwenden, um die Warteschlangeneinreihungsfunktion zu beeinflussen. Einem Kunden kann beispielsweise bei Zahlung eines Zusatzbetrags für einen solchen besseren Service eine höhere Qualität von Telekommunikationsleistungen geboten werden. Ein auf dem Modul 1562 laufender Algorithmus kann die Warteschlangeneinreihungs-Priorität für an soche Kunden übertragene Mitteilungen erhöhen.
  • Die Virtuell-Privatnetzwerk-(VPN-)Verzeichnisaktiviert-Netzwerk-(DEN-)Datentabelle 1572 kann für eine vorbestimmte Servicequalität für ein VPN einer Firma, die für die VPN-Funktion zahlt, eine Priorisierung, bieten. Unter einem VPN verstehen Fachleute auf dem Sachgebiet ein Privatnetzwerk mit einer garantierten Bandbreitenzuordnung zu dem Netzwerk durch den Telekommunikations-Service-Provider. Die VPN-DEN-Datentabelle 1572 ermöglicht es dem Modul 1562, eine höhere Servicequalität für von Kunden gekaufte VPNs zu bieten. Wie bei der SLA-Prioritäts-Datentabelle 1570 kann die Warteschlangeneinreihungs-Priorität für solche VPNs erhöht werden. Beispielsweise kann den IP-Strom-Klassen mit niedrigster Priorität eines Platin-Level-VPN eine höhere Priorität gegeben werden als dem Messing-Level-VPN mit hoher Priorität.
  • Sowohl die SLA-Prioritäts-Datentabelle 1570 als auch die VPN-DEN-Datentabelle 1572 empfangen einen Eintrag von einem Operations-, Verwal tungs-, Wartungs- und Versorgungs-(OAM&P-)Modul 1108. Dabei handelt es sich um ein Modul, das offline gehalten wird und das Speichern und Revidieren von Verwaltungsinformationen bezüglich neuer Kunden umfasst oder Informationen über bestehende Kunden aktualisiert. Beispielsweise werden die SLA-Priorität der Kunden und die VPN-Informationen von dem OAM&P-Modul 1108 aktualisiert.
  • Das hierarchische klassenbasierte Prioritäts-Prozessormodul 1574 ist ein Modul, das gemäß den Prinzipien der hierarchischen klassenbasierten Warteschlangeneinreihung operiert. Die hierarchische klassenbasierte Warteschlangeneinreihung wurde von Sally Floyd und Van Jacobson entwickelt, die als frühe Architekten des Internet gelten.
  • Bei der hierarchischen klassenbasierten Warteschlangeneinreihung werden unterschiedliche Typen von IP-Strömen unter Verwendung einer Baumstruktur an den Edge-Access-Vorrichtungs-Routern klassifiziert. Jeder Zweig des Baums repräsentiert eine unterschiedliche Klasse von IP-Strömen, und für jede Klasse ist ein festgesetztes begrenztes Maß an Bandbreite zweckbestimmt. Auf diese Weise wird unterschiedlichen Strom-Klassen eine Mindest-Bandbreite garantiert, so dass kein einziger IP-Datenstrom innerhalb einer Klasse und keine einzige Klasse von IP-Strömen die gesamte verfügbare Bandbreite verbrauchen kann. Die vorliegende Erfindung fügt ein Priorisier-Merkmal hinzu, durch das klassenbasierte Prioritätsreservierungen unter Anwendung des hierarchischen Klassen-Warteschlangen-Konzepts erfolgen können, wie oben anhand von 13 und 14 beschrieben.
  • Die MAC-Downlink-Subframe-Disponiereinrichtung 1566 ist ein Prozessormodul, das die in die Klassen-Warteschlangen 1564a–1564f eingereihten Pakete nimmt und Frame-Slot-Reservierungen durchführen kann, um anhand der Prioritäten 1570, 1572 und 1574 die Subframes 1568a–1568k aufzufüllen, bei denen es sich um eine variable Anzahl von Frames handelt. Bei einer Ausführungsform ist jedes Subframe mit bis zu einer vorbestimmten Anzahl von Paketen aus jeder der Klassen 1564a–1564f entsprechend den Prioritäten 1570, 1572 und 1574 disponiert (gefüllt). Bei einer weiteren Ausführungsform sind die Subframes entsprechend dem anhand von 13 und 14 beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren mit erweitertem Reservierungsalgorithmus für isochrone Reservierungen disponiert. Bei einer weiteren Ausführungsform sind die Subframes entsprechend einer Kombination aus bekannten Verfahren und dem erfindungsgemäßen Verfahren mit erweitertem Reservierungsalgorithmus disponiert.
  • Die Subframes können dann zwecks drahtloser Übertragung über das drahtlose Medium zu der mit der Teilnehmer-CPE-Station 294d gekoppelten RF-Sendeempfänger-Teilnehmer-Antenne 292d, welche wiederum in den Subframes enthaltene Pakete an die Teilnehmer-Arbeitsstation 120d an dem CPE-Teilnehmer-Standort 306d senden können, an die WAP-Antenne 290d gesendet werden. Die Subframes können von höchster Priorität zu niedrigster Priorität disponiert werden.
  • Das hierarchische klassenbasierte Prioritäts-(HCBP-)Prozessormodul 1574 empfängt als Eingabe die Subframes, die disponiert und von der WAP-Antenne 290d übertragen worden sind. Durch Aufrechterhalten des Bewusstseins bezüglich des Status der Pakete (d.h. durch Kenntnis darüber, welche Pakete ausgesendet worden sind) weiß das HCBP-Prozessormodul 1574, welche Pakete von welchen Klassen-Warteschlangen 1564a–1564f noch disponiert werden müssen.
  • Hin und wieder geht ein Paket z.B. durch Rauschen verloren. Dann sendet die Teilnehmer-CPE-Station 294d eine Wiederübertragungsanforderung 1576 an die WAP 290d, die die Anforderung an einen Link-Schicht-Bestätigungs-(ARQ-)Prozessor 1578 überträgt. Der ARQ-Prozessor 1578 informiert die MAC-Downlink-Subframe-Disponiereinrichtung 1566 darüber, welche wiederum die angeforderten Pakete aus den entsprechenden Warteschlangen 1564a–1564f für die erneute Übertragung erneut disponiert. Der Link-Schicht-Bestätigungs-ARQ-Prozessor 1578 wartet auch auf eine positive Bestätigung von der Teilnehmer-CPE-Station 294d, um festzustellen, ob die Datenpakete korrekt empfangen worden sind. Erst nach Empfang einer positiven Empfangsbestätigung entfernt die MAC-Downlink-Subframe-Disponiereinrichtung 1566 das Paket aus den Klassen-Warteschlangen 1564a–1564f.
  • Jede Teilnehmer-CPE-Station 294d weist ein begrenztes Maß an verfügbarem Speicher zum Empfangen von Datenpaketen aus einem IP-Strom auf. Wenn beispielsweise die mit der Teilnehmer-CPE-Station 294d (z.B. der Teilnehmer-Arbeitsstation 120d) gekoppelte Vorrichtung keine IP-Datenströme mehr empfängt (z.B. die Kapazität der Teilnehmer-Arbeitsstation 120d reduziert ist), füllen sich die CPE-Datenpaket-Warteschlangen in der CPE-Teilnehmer-Station 294d schnell auf. Dabei überträgt die Teilnehmer-CPE-Station 294d eine CPE-IP-Strom-Warteschlangentiefen-Mitteilung 1580, die anzeigt, dass die Warteschlange gefüllt ist, und die von dem CPE-IP-Strom-Warteschlangentiefen-Status-Prozessor 1582 empfangen werden kann. Der CPE-Warteschlangentiefen-Prozessor 1582 informiert die MAC-Downlink-Subframe-Disponiereinrichtung 1566 darüber, welche dann das Disponieren von zu der Teilnehmer-CPE-Station 294d gerichteten Downlink-Subframes stoppt. Der Prozessor 1582 kann ferner Mitteilungen an die MAC-Downlink-Subframe-Disponiereinrichtung 1566 senden, um spezielle IP-Ströme aus den Klassen-Warteschlangen 1564a–1564f zu entfernen.
  • b. Uplink-Subframe-Priorisierung
  • 1. Überblick
  • 16A und 16B zeigen beispielhafte logische Ablaufdiagramme für das Uplink. Der logische Ablauf betrifft das Analysieren und Disponieren der gemeinsam genutzten drahtlosen Bandbreite für IP-Paket-Ströme von einer mit einer Teilnehmer-CPE-Station 294d gekoppelten Teilnehmer Arbeitsstation 120d, die zwecks Übertragung zu einer Ziel-Host-Arbeitsstation 136a über das drahtlose Medium bis zu der drahtlosen Basisstation 302 und weiter bis zu dem Datennetzwerk 142 übertragen werden. 16A zeigt ein beispielhaftes logisches Ablaufdiagramm 1600 für die Uplink-IP-Strom-Analysiereinrichtung 632. 16B zeigt ein beispielhaftes logisches Ablaufdiagramm 1660 für die Uplink-Strom-Disponiereinrichtung 634.
  • Die Funktionskomponenten aus 16A und 16B werden anhand von Verfahrenmodulen erläutert, die als physische Einheiten (z.B. mit Software, Hardware oder einer Kombination daraus) oder logische Vehikel (z.B. nur zu Erläuterungszwecken verwendet) betrachtet werden können. Fachleute auf dem Sachgebiet erkennen, dass die Module nur zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels und nicht als Einschränkung dienen.
  • Das beispielhafte logische Ablaufdiagramm 1600 für die Uplink-IP-Strom-Analysiereinrichtung 632 aus 16A umfasst eine Paketkopf-Identifizierkomponente 1602, eine Paket-Charakterisierkomponente 1604, eine Paket-Klassifizierkomponente 1606 und eine IP-Strom-Präsentierkomponente 1608. Die Funktionen dieser Komponenten werden nachstehend genauer erläutert.
  • Bei einer Ausführungsform ist die Uplink-IP-Strom-Analysiereinrichtung 632 physisch in der drahtlosen Basisstation 302 angeordnet, obwohl Fachleute auf dem Sachgebiet erkennen, dass die gleiche Funktionalität entfernt von der Basisstation 302 angeordnet sein kann. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Funktion der IP-Strom-Analysiereinrichtung 632 an einer Teilnehmer-CPE-Station 294d durchgeführt, die einen Uplink-Reservierungs-Slot zum Uplinken eines Pakets/IP-Stroms bis zu der Basisstation 302 wünscht. Eine Reservierungsanforderungsblock-(RRB-)Anforderung mit Nennung der IP-Strom-Identifiziereinrichtung, der Anzahl von Paketen und der Klassifizierung des IP-Stroms kann dann von der IP-Strom-Analysiereinrichtung 632 erzeugt und kann zum Disponieren durch die Uplink-Frame-Disponiereinrichtung 634 in künftigen Uplink-Subframe-Slots bis zu der drahtlosen Basisstation 302 vorzugsweise über einen Wettbewerbs-RRB-Slot einem Uplink unterzogen werden.
  • 2D, 3A und 3B machen dem Leser die Uplink-IP-Strom-Analysiereinrichtung besser verständlich.
  • 2. Einleitung
  • Die IP-Strom-Analysiereinrichtung 632 führt die Funktion der Identifizierung, Charakterisierung, Klassifizierung und Präsentierung der Datenpakete gegenüber einer Uplink-Frame-Disponiereinrichtung 634 durch. Die Funktionen der Identifizierung, Charakterisierung, Klassifizierung und Präsentierung der Datenpakete können jeweils von der Paketkopf-Identifizierkomponente 1602, der Paket-Charakterisierkomponente 1604, der Paket-Klassifizierkomponente 1606 und der IP-Strom-Präsentierkomponente 1608 der Uplink-IP-Strom-Analysiereinrichtung 632 durchgeführt werden.
  • Die Paketkopf-Identifizierkomponente 1602 stellt fest, ob ein Datenpaket eines ankommenden IP-Datenstroms dem System bekannt (d.h. ob es sich hier um einen bestehenden IP-Strom handelt) ist oder ob es das erste Datenpaket eines neuen IP-Datenstroms ist, und bestimmt die Quellenanwendung anhand der Felder in dem Kopfabschnitt des Pakets. Das Identifizieren 1602 kann das Puffern von Paketen und das Extrahieren und Parsen des Kopfinhalts umfassen. Die Paket-Charakterisierkomponente 1604 charakterisiert ein neues Datenpaket (eines neuen IP-Datenstroms), um anhand der Quellenanwendung die QoS-Anforderungen für den IP-Datenstrom zu bestimmen und um die Teilnehmer-CPE-Station, die den IP-Strom empfängt, zu identifizieren. Die Paket-Klassifizierkomponente 1606 klassifiziert den neuen IP-Datenstrom in eine von mehreren Prioritätsklassen. Das Klassifizieren 1606 kann z.B. das Zusammenfassen von Paketen mit im Wesentlichen gleichen QoS-Anforderungen umfassen. Die IP-Datenstrom-Präsentierung 1608 initialisiert den neuen IP-Datenstrom und präsentiert diesen der Upink-Strom-Disponiereinrichtung 634.
  • Jedesmal, wenn eine Teilnehmer-CPE-Station 294d versucht, in Uplink-Richtung mit der drahtlosen Basisstation 302 zu kommunizieren, fordert sie durch Einsetzen eines RRB in das Uplink-Subframe eine Reservierung an. Die Uplink-Frame-Disponiereinrichtung 634 disponiert dann die Reservierungsanforderung in einem künftigen Uplink-Subframe und unterrichtet die CPE-Station 294d über die Reservierung. In einem Downlink-Signal überträgt die Uplink-Strom-Disponiereinrichtung 634, die vorzugsweise an der drahtlosen Basisstation 302 angeordnet ist, einen Reservierungs-Slot in einem speziellen künftigen Frame, damit die anfordernde Teilnehmer-CPE-Station 294d ihre Uplink-Daten überträgt. Die Uplink-Strom-Disponiereinrichtung 634 weist die Reservierung anhand der gleichen Parameter zu wie sie die Downlink-Strom-Disponiereinrichtung 604 im Downlink verwendet. Mit anderen Worten: die Uplink-Strom-Disponiereinrichtung 634 legt die Reservierungs-Slots anhand der Warteschlangen-Klassenpriorität und anhand eines Satzes von Regeln fest und disponiert die Reservierungen für Uplink-Übertragungen von der Teilnehmer-CPE-Station 294d z.B. unter Anwendung eines erweiterten Reservierungsalgorithmus. Die Regeln werden von Eingaben von einem hierarchischen klassenbasierten Prioritäts-Prozessormodul 1674, einer Virtuell-Privatnetzwerk-(VPN-)Verzeichnisaktiviert-(DEN-)Datentabelle 1672 und einer Servicevereinbarungs-(SLA-)Prioritäts-Datentabelle 1670 in die Uplink-Strom-Disponiereinrichtung 634 festgelegt. Der erweiterte Algorithmus ist anhand von 14 beschrieben worden.
  • 3. Identifizierung
  • Die Paketkopf-Identifizierkomponente 1602 identifiziert den von der Teilnehmer-CPE-Station 294d kommenden IP-Strom anhand des Paketkopfinhalts.
  • Ein Paketstrom, der auch als Pakete von mehreren IP-Strömen bekannt ist (d.h. jeder IP-Strom ist einem einzelnen Daten "abruf" zugeordnet), wird an der Paketkopf-Identifizierkomponente 1602 empfangen. Bei einer Ausführungsform wird der IP-Strom zum Uplinken mit den Host-Computern 136a, die über das Datennetzwerk 142 mit der drahtlosen Basisstation 302 gekoppelt sind, von einer oder mehreren Teilnehmer-Arbeitsstationen 120d zu der Teilnehmer-CPE-Station 294d übertragen. Die Teilnehmer-CPE-Station 294 kann die Datenpakete des IP-Stroms zu einem Paketpuffermodul 1610 der Paketkopf-Identifizierkomponente 1602 übertragen. Bei einer Ausführungsform ist die Paketkopf-Identifizierkomponente in der Teilnehmer-CPE-Station 294d angeordnet. An dem Modul 1610 werden die empfangenen Pakete für den Transfer zu einem Kopf-Extraktionsmodul 1620 in einem Speicherbereich gepuffert. An dem Modul 1620 werden die Paketkopfdateien extrahiert und geparst, um den Inhalt der Paketkopffelder zu erhalten.
  • Relevante Felder können z.B. Quellen-, Ziel-, Servicetyp-(TOS-) und Differenziert-Service-(DiffServ-) Markierungen umfassen, falls solche vorhanden sind.
  • Bei dem System bekannten IP-Strömen erfolgen Einträge in eine bestehende IP-Strom-Identifiziertabelle 1626. Ein IP-Strom befindet sich in dem System, wenn ein vorhergehendes Paket des IP-Stroms des bestehenden IP-Datenaufrufs bereits identifiziert worden ist. In einem Modul 1622 wird festgestellt, ob eine Übereinstimmung zwischen dem ankommenden Paket und einem einem Eintrag in der Tabelle 1626 vorhanden ist. Wenn dies der Fall ist, ist der IP-Strom dem System bekannt, und die Steuerung geht zu einem Modul 1630 der Paket-Charakterisierkomponente 1604 über.
  • Wenn der IP-Strom kein dem System bekannter bestehender Strom ist, was bedeutet, dass der IP-Strom ein neuer IP-Datenstrom ist, geht die Steuerung zu einem Modul 1624 über, in dem die Paketkopffelder analysiert werden, um die Quellenanwendung für den IP-Strom zu identifzieren.
  • Das Paketkopf-Analysiermodul 1624 bestimmt anhand einer Quellenanwendungs-Paketkopf-Tabelle 1628 den Typ der Quellenanwendung, die das IP-Paket ausmacht. Die Anwendung kann eine beliebige der anhand von 2D beschriebenen oder Fachleuten auf dem Sachgebiet bekannten Anwendungen sein. Beispiele dafür umfassen einen Dateitransferprotokoll-(FTP-)Download von einer anderen Client-Arbeitsstation 138f, ein IP-Sprach-Telefoniegespräch von einem Anrufer 124d (über ein Modem verbunden), ein Faxmaschinenanruf und ein Konferenzgespräch von mehreren Anrufern 124d und 126d (über ein Modem angeschlossen), um nur einige zu nennen. Wenn der IP-Strom ein neuer IP-Strom ist, werden die Identifizierinformationen über den neuen IP-Strom der Tabelle 1626 hinzugefügt und geht die Steuerung von dem Analysemodul 1624 zu einem Modul 1632 der Paket-Charakterisierkomponente 1604 über.
  • 4. Charakterisierung
  • Die Paket-Charakterisierkomponente 1604 charakterisiert den IP-Strom und leitet diesen zwecks Klassifizierung zu der Paket-Klassifizerkomponente 1606 weiter.
  • Wenn der IP-Strom ein bestehender Strom ist, geht die Steuerung von dem Modul 1622 der Paketkopf-Identifizierkomponente 1602 zu dem Modul 1630 über. Wenn in dem Modul 1622 festgestellt wird, dass der IP-Datenstrom dem System bekannt ist, wird in dem Modul 1630 festgestellt, ob das Paket alt (d.h. verfallen) ist. Dies kann das Feststellen des Alters des Pakets anhand eines Time-To-Live-Felds (eines Felds in dem IP-Paketkopf) und das Vergleichen des Felds mit einem Schwellenalterwert umfassen. Wenn festgestellt wird, dass das Paket verfallen ist, wird es verworfen Das Modul 1630 kann damit rechnen, dass Anwendungspakete verworfen werden. Von dem Modul 1630 geht die Steuerung zu einem Modul 1640 der Paket-Klassifizierkomponente 1606 über.
  • Wenn der IP-Strom neu ist, geht die Steuerung von dem Modul 1624 der Kopf-Identifizierkomponente 1602 zu dem Modul 1632 über. Wenn in dem Modul 1624 festgestellt wird, dass die der IP-Strom-Anwendung zugeordnete Anwendung dem System nicht bekannt ist, werden in dem IP-Strom-QoS-Anforderungs-Suchmodul 1632 die QoS-Anforderungen für die dem IP-Strom zugeordnete Anwendung festgelegt. Das Modul 1632 führt diese Operation durch Suchen der Anwendung in der IP-Strom-QoS-Anforderungstabelle 1634 durch. Für unterschiedliche Anwendungen bestehen unterschiedliche QoS-Anforderungen. Beispielsweise ist für eine Anwendung zum Durchführen von FTP-Dateitransfer-Downloads die Bandbreitenzuordnung (d.h. das Zuordnen eines geeigneten Maßes an Bandbreite) wichtig und nicht Jitter (d.h. zeitliches Synchronisieren der Empfangsdaten) und Latenz (d.h. die zwischen Antworten abgelaufene Zeit). Andererseits sind bei der Sprach-Telefonie und bei Konferenzgesprächen Jitter und Latenz wichtig und nicht die Bandbreitenzuordnung.
  • Nach der Verarbeitung durch das Modul 1632 geht die Steuerung zu einem Modul 163b über. In einem CPE-Teilnehmer-Stations-Identifizier-(ID-)Suchmodul 1636a wird eine Teilnehmer-CPE-ID-Suche für den IP-Strom durchgeführt. Jede Teilnehmer-CPE-Station 294d kann eine oder mehrere Anwendungen aufweisen, die auf einer oder mehreren Teilnehmer-Arbeitsstationen 120d laufen. Entsprechend können ein oder viele Teilnehmer einen von der Teilnehmer-CPE-Station 294d kommenden oder auf diese gerichteten IP-Strom erzeugen oder empfangen. Eine Teilnehmer-Arbeitsstation 120d kann eine beliebige mit einer Teilnehmer-CPE-Station 294d gekoppelte Vorrichtung sein. Das Modul 1636 sucht die CPE-Stations-Identifiziereinrichtung für den IP-Strom in der Tabelle 1638, um die CPE-ID in dem Reservierungsanforderungsblock (RRB) bereitzustellen. Die Steuerung geht dann von dem Modul 1636 zu einem Modul 1648 der Paket-Klassifizierkomponente 1606 über.
  • 6. Klassifizierung
  • Die Paket-Klassifizerkomponente 1606 klassifiziert den IP-Strom und leitet diesen zwecks Präsentierung zu der IP-Strom-Präsentierkomponente 1608 weiter.
  • Bei bestehenden IP-Strömen geht die Steuerung von dem Modul 1630 der Paket-Charakterisierkomponente 1604 zu dem Modul 1640 über. Wenn in dem Modul 1630 festgestellt wird, dass das Paket nicht verfallen ist, wird das Paket in dem Modul 1640 seinem bestehenden IP-Strom zugeordnet. Gemäß 16A ist festgestellt worden, dass das hier verarbeitete Paket ein Teil eines dem System bekannten IP-Stroms war. Daher ist die QoS-Verarbeitung der Module 1632, 1636 und 1642 unnötig, da die QoS-Anforderungen des vorliegenden Pakets die gleichen wie für seinen IP-Strom sind.
  • Bei neuen IP-Strömen geht die Steuerung von dem Modul 1636 der Paket-Charakterisierkomponente 1604 zu dem Modul 1642 über. In dem Modul 1642 wird das Paket durch Durchführen einer Suche in einer IP-Strom-QoS-Anforderungstabelle 1644, in der die QoS-Klassen je nach QoS-Anforderungen für Pakete gespeichert sind, in eine QoS-Klasse klassifiziert oder zusammengefasst. Von dem Modul 1642 geht die Steuerung zu dem Modul 1648 der IP-Strom-Präsentierkomponente 1608 über.
  • 6. IP-Strom-Präsentierung
  • Die IP-Strom-Präsentierkomponente 1608 präpariert und präsentiert die IP-Datenstrom-Pakete für die Strom-Disponiereinrichtung 634. Bei einer Ausführungsform bezüglich der Uplink-Richtung wird ein Reservierungsanforderungsblock (RRB) erzeugt und zwecks Disponierung durch die IP-Strom-Disponiereinrichtung 634 über einen Wettbewerbs-Slot einem Uplink mit der drahtlosen Basisstation 302 unterzogen. Bei einer weiteren Ausführungsform ist die Disponiereinrichtung an der CPE-Station 294d angeordnet, so dass keine Reservierungsanforderung erforderlich ist.
  • Bei bestehenden IP-Strömen geht die Steuerung von dem Modul 1640 der Paket-Klassifizierkomponente 1606 zu dem Modul 1646 über. In dem Modul 1646 wird das Paket der IP-Strom-Warteschlange hinzugefügt, bei der es sich um die Warteschlange für den aktuellen bestehenden IP-Strom handelt.
  • Bei einer Ausführungsform kann dies das Vorbereiten eines RRB umfassen. Von dem Modul 1646 geht die Steuerung zu dem Modul 1662 der Uplink-Strom-Disponiereinrichtung 634 weiter. Bei einer Ausführungsform kann dies das Uplinken des RRB von der CPE 294d zu der drahtlosen Basisstation 302 umfassen.
  • Bei einem neuen IP-Strom geht die Steuerung von dem Modul 1642 der Paket-Klassifizierkomponente 1606 zu dem Modul 1648 über. Beim Initialisieren des IP-Strom-Moduls 1648 wird dieser neue IP-Strom zur Präsentierung gegenüber einem Modul 1652 initialisiert werden. Das Modul 1650 präsentiert den IP-Strom (insbesondere das Reservierungsanforderungsblock-Datenpaket) dem Modul 1662 der Uplink-Strom-Disponiereinrichtung 634. In dem Modul 1650 wird die QoS-Klasse für den IP-Strom der Disponiereinrichtung 634 präsentiert, vorzugsweise in einem RRB.
  • 7. Uplink-Strom-Disponiereinrichtung
  • Das beispielhafte logische Ablaufdiagramm für die Uplink-Strom-Disponiereinrichtung 634 aus 16B umfasst das IP-Strom-QoS-Klassen-Warteschlangeneinreihungs-Prozessormodul 1662, das MAC-Uplink-Subframe-Disponiermodul 1666, das hierarchische klassenbasierte Prioritäts-Prozessormodul 1674, das VPN-DEN-Datentabellen-Modul 1672, die SLA-Prioritäts-Datentabelle 1670, einen CPE-IP-Strom-Warteschlangentiefen-Status-Prozessor 1682 und ein Link-Schicht-Bestätigungs-Prozessormodul 1678.
  • Die Uplink-Strom-Disponiereinrichtung 634 aus 16B umfasst ferner folgende QoS-Klassen-Warteschlangen für Klasse 1, 1664a; Klasse 2, 1664b; Klasse 3, 1664c; Klasse 4, 1664d; Klasse 5, 1664e; Klasse 6, 1664f; und MAC-Uplink-Subframes: Frame n, 1668a, Frame n + 1, 1668b; Frame n + 2, 1668c; Frame n + 3, 1668d; ... Frame n + p, 1668k.
  • Bei einer Ausführungsform ist die Uplink-Strom-Disponiereinrichtung 634 physisch in der drahtlosen Basisstation 302 angeordnet, obwohl Fachleute auf dem Sachgebiet erkennen, dass die gleiche Funktionalität entfernt von der Basisstation 302 angeordnet sein kann. Beispielsweise kann bei einer weiteren Ausführungsform die Uplink-Strom-Disponiereinrichtung 634 an der CPE-Station 294d angeordnet sein, und sie steht mit anderen CPE-Stationen 294 und der drahtlosen Basisstation 302 in Verbindug.
  • Die Uplink-Strom-Disponiereinrichtung 634 dient zum Disponieren des Uplink-Subframe. Ein ganzes Frame ist in einen Uplink-Teil (der als Uplink-Subframe bezeichnet wird) zum Übertragen von Uplink-Frames und einen Downlink-Teil (der als Downlink-Subframe bezeichnet wird) zum Übertragen von Downlink-Frames unterteilt.
  • 16B zeigt die WAP-Antenne 290d, das drahtlose Medium, die RF-Sendeempfänger-Teilnehmer-Antenne 292d, die Teilnehmer-CPE-Station 294d und die Teilnehmer-Arbeitsstation 120d. WAP 290d bzw. die RF-Sendeempfänger-Teilnehmer-Antenne 292d bilden eine drahtlose Verbindung zwischen der drahtlosen Basisstation 302 (in der sich bei einer Ausführungsform die Uplink-Strom-Disponiereinrichtung 634 befindet) und der Teilnehmer-CPE-Station 294d, die einen IP-Strom von einer der auf dem Client-Computer 120d laufenden Anwendung in Upstream-Richtung übertragen kann. WAP 290d dient als drahtloser Netzübergang für das Datennetzwerk 142, und die RF-Sendeempfänger-Teilnehmer-Antenne 292d dient als drahtloser Netzübergang für die Teilnehmer-CPE-Station 294d zum Uplinken der IP-Strom-Paketdaten.
  • 16B zeigt ferner das Daten-Interface 320, das eine Verbindung von der Uplink-Strom-Disponiereinrichtung 634 zum Senden von IP-Strom-Paketen auf dem Daten-Router 140d des Datennetzwerks 142 und auf einem Ziel-Host-Computer 136a bildet. Diese Verbindungen sind auch in 2D und 3B gezeigt.
  • Das vorhergehende Frame enthält eine Uplink-Reservierungsanforderung, die von einer Teilnehmer-CPE-Station 294d kommend von der drahtlosen Basisstation empfangen wird. An diesem Punkt ist der Reservierungsanforderungsblock identifiziert, charakterisiert, klassifiziert und präsentiert, und zwar vorzugsweise an der CPE-Station 294d, und von der Uplink-Strom-Analysiereinrichtung 632 an der CPE-Station 294d zu der Uplink-Strom-Disponiereinrichtung 634 übertragen worden. Insbesondere wird der Reservierungsanforderungsblock von dem Modul 1650 dem IP-Strom-QoS-Klassen-Warteschlangeneinreihungs-Prozessormodul 1662 präsentiert. Das Modul 1662 informiert die MAC-Uplink-Subframe-Disponiereinrichtung 1666 über die Reservierung.
  • Die MAC-Uplink-Subframe-Disponiereinrichtung 1666 verwendet wiederum einen Slot in dem Subframe zum Bestätigen des Empfangs der Anforderung, der als Bestätigungsanforderungsblock (ARB) bezeichnet wird. Ein bespielhafter Slot zum Übermitteln eines Frame und eine IP-Strom-Identifiziereinrichtung für diese Reservierung sind anhand von 12 beschrieben worden. Die Disponiereinrichtung 1666 überträgt in diesem Reservierungs-Slot die CPE-Identifizierdaten, und die anfordernde Teilnehmer-CPE-Station 294d kann künftige Slot(s) und Frame(s) zum Uplinken der angeforderten IP-Strom-Übertragungen verwenden.
  • Die künftige(n) Slot(s) und Frame(s) werden z.B. anhand von Eingaben von dem hierarchischen klassenbasierten Prioritäts-Prozessormodul 1674, der VPN-DEN-Datentabelle 1672 und der Servicevereinbarungs-(SLA-)Prioritäts-Datentabelle 1670 zugewiesen. Diese Komponenten funktionieren auf im Wesentlichen gleiche Weise wie das hierarchische klassenbasierte Prioritäts-Prozessormodul 1574, die VPN-DEN-Datentabelle 1572 und die Servicevereinbarungs-(SLA-)Prioritäts-Datentabelle 1570, die anhand der Downlink-Strom-Disponiereinrichtung 604 beschreiben worden sind.
  • Wenn das IP-Strom-QoS-Klassen-Warteschlangeneinreihungs-Prozessormodul 1662 Pakete eines bestehenden oder neuen IP-Stroms von dem IP- Strom-Präsentiermodul 1608 empfängt, erzeugt es Klassen-Warteschlangen 1664a–1664f, bei denen es sich um eine variable Anzahl von Warteschlangen handelt, und platziert die Pakete in diese Klassen-Warteschlangen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform gibt es zwischen 3 und 10 Klassen. Diese Warteschlangen enthalten zum Disponieren vorgesehene Reservierungsanforderungspakete. Die Pakete werden entsprechend dem zur Eingabe in das Modul 1662 vorgesehenen Inhalt des Reservierungsanforderungsblocks in die Klassen-Warteschlangen 1664a–1664f platziert.
  • Das Modul 1662 empfängt Eingaben von dem hierarchischen klassenbasierten Prozessormodul 1674, der VPN-DEN-Datentabelle 1672 und der Servicevereinbarungs-(SLA-)Prioritäts-Datentabelle 1670. Die Warteschlangeneinreihungsfunktion des Moduls 1662 basiert auf diesen Eingaben. Diese Komponenten funktionieren analog zu ihren Pendants beim Downlink-Strom-Disponierverfahren. Die SLA-Prioritäts-Datentabelle 1670 und die VPN-DEN-Datentabelle 1672 empfangen einen Eintrag von einem Operations-, Verwaltungs-, Wartungs- und Versorgungs-(OAM&P-)Modul 1108. Das OAM&P-Modul 1108 führt Updates an den Prioritäten durch, z.B. wenn ein Teilnehmmer seine Servicevereinbarung modifiziert oder eine VPN-Subskription geändert wird.
  • Die MAC-Uplink-Subframe-Disponiereinrichtung 1666 nimmt die in die Klassen-Warteschlangen 1664a–1664f eingereihten Pakete und disponiert Reservierungen von Slots in Frames 1668a–1668k, bei denen es sich um eine variable Anzahl von Frames handelt. Bei einer Ausführungsform ist jedes Frame mit bis zu einer vorbestimmten begrenzten Anzahl oder einem begrenzten Prozentsatz von Paketen aus jeder der Klassen 1664a–1664f disponiert. Die Anforderungen können wie in 13 gezeigt disponiert sein, wobei bestimmte Prioritäten berücksichtigt sind. Bei einer weiteren Ausführungsform sind die Frames entsprechend dem anhand von 14 beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren mit erweitertem Reservierungsalgorithmus zum Disponieren von isochronem Verkehr disponiert. Bei einer weiteren Ausführungsform sind die Frames entsprechend einer Kombination aus bekannten Verfahren und dem erfindungsgemäßen Verfahren mit erweitertem Reservierungsalgorithmus disponiert.
  • Der Reservierungs-Slot-Plan kann dann z.B. unter Verwendung von FDB-Slots, wie z.B. 1236g und 1236h aus 12F, zu den CPE-Stationen 294 gesendet werden. Die Uplink-Slots können dann von der CPE-Station 294d dispositionsgemäß in das Uplink-Subframe eingesetzt werden. Die Frame-Slots werden dann von der CPE-Station 294d zu der drahtlosen Basisstation 302 übertragen und werden dann in Form von Paketen weiter zu ihren Zieladressen gesendet. Beispielsweise können die Pakete von der drahtlosen Basisstation 302 über das Datennetzwerk 142 zu einem Host-Computer 136a übertragen werden.
  • Nach Empfang der Pakete durch die drahtlose Basisstation 302 sendet die drahtlose Basisstation 302 eine Upstream-Bestätigungs-Datenblock-(UAB-)Mitteilung an die Übertragungs-Teilnehmer-CPE-Station 294d zurück, um den Empfang der übertragenen Datenpakete zu bestätigen. Hin und wieder geht ein Paket durch Rauschen oder andere Interferenz in dem drahtlosen Medium verloren. Dann stellt die Teilnehmer-CPE-Station 294d fest, dasssie keine UAB-Daten-Bestätigung empfangen hat und sendet daher eine Wiederübertragungsanforderung zum Anfordern eines weiteren Uplink-Reservierungs-Slot über WAP 290d an die drahtlose Basisstation 302, die die Anforderung an einen Link-Schicht-Bestätigungs-(ARQ-)Prozessor 1678 überträgt. Der ARQ-Prozessor 1678 informiert die MAC-Uplink-Subframe-Disponiereinrichtung 1666 über das Erfordernis einer erneuten Übertragung (d.h. den Bedarf an einer Frame-Slot-Reservierung zum erneuten Senden des Uplink-Pakets). Die CPE-Teilnehmer-Station 294d kann ferner andere Datenmitteilungen über den Nichtempfang von Uplink-Übertragungsbestätigungen an den ARQ-Prozessor 1678 senden. Der ARQ 1678 kann soche Mitteilungen zu der Uplink-Subframe-Disponiereinrichtung 1666 weiterleiten. Die Uplink-Subframe-Disponiereinrichtung 1666 wiederum disponiert die angeforderte Uplink-Reservierung von den ensprechenden Klassen-Warteschlangen 1664a–1664f neu. Alternativ kann bei einer weiteren Ausführungsform der Link- Schicht-Bestätigungs-Prozessor 1678 ferner eine positive UAB-Bestätigung an die Teilnehmer-CPE-Station 294d senden, um anzuzeigen, dass die Datenpakete korrekt empfangen worden sind. Somit kann die Uplink-Disponiereinrichtung 1666 zusätzlich zu dem Disponieren von Erstreservierungen auch wiederholte Reservierungen für verlorene Pakete disponieren.
  • Jede Teilnehmer-CPE-Station 294d weist ein begrenztes Maß an verfügbarem Speicher zum Einreihen von von den Teilnehmer-Arbeitsstationen 120d empfangenen Paketen in eine Warteschlange auf, die auf Reservierungs-Slots in Uplink-Richtung von der CPE 294d zu der drahtlosen Basisstation 302 warten. Wenn beispielsweise die Warteschlange der Teilnehmer-CPE-Station 294d aufgrund eines Rückstaus von Paketen, die auf Upstream-Reservierungen warten, voll wird, können IP-Datenströme potentiell verloren gehen oder verfallen. Dabei überträgt die Teilnehmer-CPE-Station 294d eine CPE-IP-Strom-Warteschlangentiefen-Mitteilung 1680 an die drahtlose Basisstation 302, um anzuzeigen, dass die Warteschlange gefüllt ist, und diese kann von dem CPE-IP-Strom-Warteschlangentiefen-Status-Prozessor 1682 empfangen werden. Der Prozessor 1682 kann die MAC-Uplink-Subframe-Disponiereinrichtung 1666 darüber informieren, die z.B. die Priorität der IP-Ströme an der Teilnehmer-CPE-Station 294d vorübergehend erhöhen kann, um den Rückstand aufzuarbeiten, oder kann z.B. das Übertragen von zusätzlichen Downlink-Paketen zu der CPE-Station 294d stoppen, bis der Rückstand in der Warteschlangentiefe wieder auf ein akzeptables Maß gesunken ist. Der Prozessor 1682 kann ferner Mitteilungen an die MAC-Uplink-Subframe-Disponiereinrichtung 1666 senden, um Reservierungsanforderungen von der Teilnehmer-CPE-Station 294d in Klassen-Warteschlangen 1664a–1664f zu entfernen.
  • 4. TCP-Hilfsagent
  • Das TCP ist ein zuverlässiges Transportprotokoll, das in herkömmlichen Netzwerken gut funktioniert, in denen ein Stau die primäre Ursache für einen Paketverlust ist. Netzwerke mit drahtlosen Links erfahren jedoch be trächtliche Verluste aufgrund von Bitfehlern. Die drahtlose Umgebung verstößt gegen viele von dem TCP getroffene Annahmen und verursacht somit eine verschlechterte End-zu-End-Leistung. Siehe beispielsweise Balakrishnan, H., Sesha, S und Katz R.H. "Improving Reliable Transport and Handoff Performance in Cellular Wireless Networks", University of California in Berkeley, Berkeley, CA, zu finden unter folgender Adresse im Internet
    http://www.cs.berkeley.edu/~ss/papers/winet/html/winet.html,
    worin Weiterleitungen und Bitfehler in einer drahtlosen Schmalband-Umgebung direkter behandelt werden, wobei der Inhalt hiermit zum Gegenstand der vorliegenden Offenbarung gemacht ist. Bei Versuchen, dieses Problem zu behandeln, wurde das TCP modifiziert, um das Problem zu lösen. Es gibt jedoch kein kommerzielles praktikables Mittel zur Lösung dieser Aufgabe. Es ist undurchführbar, eine Lösung zu implementieren, die eine Änderung der Standardoperation des TCP erforderlich macht.
  • Die vorliegende Erfindung verwendet eine an einen TCP-Hilfsagenten angeschlossene verbesserte MAC-Schicht zum Auffangen von TCP-Schicht-Anforderungen zwecks Manipulierung der TCP-Schichten entweder an einem Quellen- oder an einem Zielende einer Übertragung, um das TCP-Verhalten an der Quelle oder dem Ziel der TCP/IP-Übertragung zu modifizieren, welche ein drahtloses Zwischen-Link aufweist. Pakete können an der Basisstation in eine Warteschlange eingereiht sein und auf eine Empfangsbestätigung warten, und die Basisstation kann eine lokale Wiederübertragung über das drahtlose Link durchführen, um einen durch hohe Bitfehlerraten verursachten Paketverlust zu verhindern. Eine Kommunikation über drahtlose Links ist durch begrenzte Bandbreite, hohe Latenzen, sporadische hohe Bitfehlerraten und temporäre Verbindungstrennung gekennzeichnet, womit sich Netzwerkprotokolle und -anwendungen beschäftigen müssen.
  • Zuverlässige Transportprotokolle, wie z.B. TCP, sind für herkömmliche Drahtleitungs-Netzwerke vorgesehen. Das TCP arbeitet sehr gut in solchen Netzwerken durch Anpassen an End-zu-End-Laufzeiten und durch einen Stau verursachte Paketverluste. Das TCP bietet Zuverlässigkeit durch Aufrechter halten einer mittleren Laufzeit einer geschätzten Gesamtlaufzeit und mittleren Abweichung und durch Wiederübertragen eines Pakets, für das innerhalb eines Zeitraums von viermal der Abweichung vom Mittel noch keine Bestätigung empfangen worden ist. Aufgrund der relativ niedrigen Bitfehlerraten bei verdrahteten Netzwerken wird korrekterweise angenommen, dass sämtliche Paketverluste auf einen Stau zurückzuführen sind.
  • Bei hohen Bitfehlerraten, die für drahtlose Umgebungen charakteristisch sind, reagiert das TCP so auf Paketverluste wie auch in der verdrahteten Umgegung, d.h. es reduziert die Übertragungsfenstergröße vor dem erneuten Übertragen von Paketen, initiiert einen Staukontroll- oder -verhinderungsmechanismus (z.B. langsames Starten) und setzt seinen Wiederübertragungs-Timer zurück. Diese Maßnahmen führen zu einer unnötigen Reduzierung der Bandbreitenausnutzung durch das Link, wodurch eine signifikante Leistungsverschlecherterung in Form von schlechtem Durchsatz und sehr hohen interaktiven Laufzeiten verursacht wird.
  • Bei der vorliegenden Erfindung werden Pakete in Klassen-Warteschlangen gehalten und warten auf eine Empfangsbestätigung von den Teilnehmer-CPE-Stationen. Unbestätigte Daten-Slots können dann dadurch erneut gesendet werden, dass die drahtlose Basisstation lokale Wiederübertragungen zu der Teilnehmer-CPE-Station durchführt. Durch Anwendung einer doppelten Bestätigung zum Identifizieren eines Paketverlustes und Durchführen von lokalen Wiederübertragungen, sobald der Verlust detektiert ist, kann die drahtlose Basisstation den Sender gegen die inhärent hohe Bitfehlerrate des drahtlosen Link abschirmen. Insbesondere können vorübergehende Fälle von sehr geringer Kommunikationsqualität und temporärer Verbindungstrennung vor dem Sender verbogen gehalten werden.
  • Beim Transfer von Daten von einem CPE-Teilnehmer-Host zu einer drahtlosen Basisstation wird das Fehlen von Paketen an der drahtlosen Basisstation detektiert und können für diese negative Bestätigungen erzeugt werden. Die negativen Bestätigungen können fordern, dass das Paket von dem CPE-Teilnehmer-Host (dem Sender) erneut gesendet wird. Der CPE-Teilnehmer-Host kann dann die negative Bestätigung verarbeiten und entsprechende fehlende Paket erneut übertragen. Vorteilhafterweise sind keine Modifikationen an dem Sender-TCP oder dem Empfänger-TCP erforderlich, da die vorliegende Erfindung die TCP-bewusste Funktionalität in die MAC-Schicht platziert.
  • 5A zeigt einen Strom 500 mit Darstellung von IP-Strömen von einem Quellen-TCP an einem Teilnehmer-Host, einen Protokollstapel herab zwecks Übertragung durch eine CPE-Teilnehmer-Station, über ein drahtloses Medium zu einer drahtlosen Basisstation bis zu einem und durch einen Protokollstapel an der drahtlosen Basisstation mit einem beispielhaften TCP-Hilfsagenten, dann über eine Drahtleitungsverbindung und durch einen Protokollstapel zu einem Ziel-Host. Der Hilfs-TCP-Agent modifizert die Operation eines TCP-Schiebefenster-Algorithmus an dem Übertragungs-TCP und ermöglicht in Kooperation mit einer proaktiven reservierungsbasierten intelligenten Multimedia-Zugriffstechnologie-(PRIMMA-)Medienzugriffssteuerung (MAC) eine lokale Wiederübertragung über das drahtlose Medium gemäß der vorliegenden Erfindung.
  • Insbesondere zeigt der Strom 500 einen IP-Strom von der Teilnehmer-Arbeitsstation 120d, durch die CPE-Teilnehmer-Station 294d am CPE-Teilnehmer-Standort 306d, dann über ein drahtloses Übertragungsmedium zu der drahtlosen Basisstation 302 und schließlich über ein Drahtleitungs-Link über das Datennetzwerk 142 zu der Host-Arbeitsstation 136a.
  • Der TCP-Hilfsagent 510e stellt dadurch einen zuverlässigen Transport sicher, dass er die Operation des TCP-Schiebefenster-Algorithmus an dem Übertragungs-TCP derart modifiziert, dass das Fenster für das drahtlose Medium optimiert wird. Der TCP-Hilfsagent 510e ist vorteilhafterweise transparent gegenüber Industriestandardprotokollen, da der Agent 510e keine Modifikation der Standard-TCP/UDP-Schicht der Client-Teilnehmer-Arbeitsstation 120d oder der Host-Arbeitsstation 136a erforderlich macht.
  • Der Strom 500 umfasst IP-Ströme von einer Anwendungsschicht 512a, den Protokollstapel herab, durch eine TCP/UDP-Schicht 510a, durch eine IP-Schicht 508a, dann durch eine Punkt-zu-Punkt-(PPP-)Schicht 520a, dann durch eine Datenlink-Ethernet-Schicht 504a, dann durch eine 10BaseT-Ethernet-Netzwerk-Interface-Karten-(NIC-)Physisch-Schicht 502a und über eine Drahtleitungsverbindung zu einer 10BaseT-Ethernet-NIC-Physisch-Schicht 502b dem Teilnehmer-CPE 294d.
  • Das Teilnehmer-CPE 294d sendet Pakete von der NIC 502b zurück ihren Protokollstapel hinauf durch eine Ethernet-Schicht 504b, durch PPP-Schichten 520b und 520c, zurück eine PRIMMA-MAC 504c hinunter zu der drahtlosen physischen Schicht 502c mit der Antenne 292d, dann über das drahtlose Medium zu der Antenne 290d der drahtlosen Basisstation 302.
  • Die drahtlose Basisstation 302 sendet Paket-IP-Ströme aufwärts von der Antenne 290d an einer physischen Schicht 502d durch eine PRIMMA-MAC-Schicht 504d, durch die PPP-Schicht 520a, durch eine IP-Schicht 508d zu dem TCP-Hilfsagenten 510e, der IP-Ströme abwärts durch eien IP-Schicht 508e, durch eine PPP-Schicht 520e, durch eine Fernnetzwerk-(WAN-)Schicht 504e, durch eine physische Drahtleitungsschicht 502e, durch das Interface 320, über Router 140d, durch das Datennetzwerk 142 über Drahtleitungsverbindungen zu einer Drahtleitungsschicht 502f der WAN-Host-Arbeitsstation 136a senden kann.
  • Die Host-Arbeitsstation 136a sendet IP-Ströme von der Drahtleitungsschicht 502f aufwärts durch ihren Protokollstapel, durch eine WAN-Schicht 504f, durch die PPP-Schicht 502f, durch eine IP-Schicht 508f zu einer TCP/UDP-Schicht 510f und weiter zu einer Anwendungsschicht 512f.
  • TCP/UDP-Schichten 510a und 510f dienen zum Ausführen von Funktionen, wie z.B. Segmentieren, Managen eines Übertragungsfensters, Neusequenzieren und Anfordern der Wiederübertragung von verlorenen Paketströ men. Normalerweise senden die TCP-Schichten 510a und 510f ein Fenster mit Paketen und warten dann auf eine Bestätigung oder auf Anforderungen bezüglich Wiederübertragung. Ein TCP-Schiebefenster-Algorithmus wird normalerweise zum Variieren des Übertragungsstroms zwecks optimierten Transports und zum Zurückziehen, wenn durch Empfang von Anforderungen bezüglich Wiederübertragung ein Stau detektiert wird, angewendet. Leider können in der drahtlosen Umgebung aufgrund der hohen Bitfehlerzahlen nicht alle Pakete die Zieladresse erreichen, und zwar nicht aufgrund eines Staus, sondern vielmehr wegen hoher Bitfehlerraten, so dass eine Wiederübertragungsanforderung von dem Ziel-IP-Host zu der Quelle veranlasst wird. Statt eines langsamen Transports modifiziert der TCP-Hilfsagent 510e die Operation des TCP-Schiebefenster-Algorithmus zum Optimieren der Operation über Funk. Die PRIMMA-MAC-Schicht 504d interagiert mit dem TCP-Hilfsagenten 510e und ermöglicht es dem Hilfsagenten, z.B. für den Host 136a bestimmte Wiederübertragungsanforderungen von der TCP-Schicht 510a der Teilnehmer-Arbeitsstation 120d aufzufangen, und ermöglicht es der drahtlosen Basisstation, die gewünschten Pakete oder Ströme zu der Teilnehmer-Arbeitsstation 120d zurück zu übertragen, statt diese auf der Wiederübertragungsanforderung an den Host 136a weiterzuleiten, da die Pakete noch in der Warteschlange des PRIMMA 504d gespeichert bleiben können und nicht verworfen werden, bis eine Empfangsbestätigung von der Teilnehmer-CPE empfangen wird. Da eine Wiederübertragung erfindungsgemäß an der PRIMMA-MAC-Schicht, d.h. der Schicht 2, durchgeführt werden kann, kann eine Wiederübertragung von der Basisstation zu dem CPE-Teilnehmer erfolgen, statt dass eine Wiederübertragung den ganzen Weg entlang über das Übertragungs-Quellen-TCP erforderlich ist, was dazu führen würde, dass das TCP seinen Schiebefenster-Algorithmus zurückzieht. Somit kann dadurch, dass die drahtlose Basisstation 302 Wiederübertragungen durchführt, bis der Empfang über das drahtlose Link bestätigt worden ist, die inhärent hohe Bitfehlerrate eliminiert werden, wobei ein optimales TCP-Fenster beibehalten wird.
  • Es sei daran erinnert, dass ein TCP-Sender einen TCP-Schiebefensterblock mit Paketen überträgt und bei Detektion eines Staus die Größe des Fensters verändert. Der TCP-Sender transportiert einen Block von Paketen in einem Fenster und wartet dann auf eine Bestätigung von dem Empfänger. Wenn die Übertragung störungsfrei verläuft, d.h. kein Stau auftritt oder keine Pakete verloren gehen, führt das TCP eine rampenförmige Steigerung der Übertragungsrate durch. Diese erhöhte Übertragungsrate bleibt bestehen, bis das Übertragenungs-TCP einen Stau oder einen Paketverlust detektiert Wenn das Übertragungs-TCP über einen Stau benachrichtigt wird, stoppt es die Übertragung, zieht sich zurück und sendet einen kleineren Block (d.h. ein kleineres Fenster) von Paketen.
  • Der TCP-Hilfsagent modifiziert die normale TCP-Operation durch Täuschen des Übertragungs-TCP und seines Übertragungsfenster-Algorithmus. Der TCP-Hilfsagent verhindert, dass der Sender von dem Empfangs-TCP über einen Verlust benachrichtigt wird, d.h. eine Staumeldung empfängt, z.B. durch Verhindern von doppelten Wiederübertragungsanforderungen. Da das Übertragungs-TCP keine solche Mitteilung empfängt, modifiziert es das TCP-Schiebefenster nicht, und die Übertragung wird mit der höheren Rate weitergeführt.
  • Bei einem Stau, d.h. wenn der TCP-Hilfsagent erkennt, dass Pakete tatsächlich verlorengegangen sind, kann der TCP-Hilfsagent veranlassen, dass die Wiederübertragungsanforderung das Übertragungs-TCP durchläuft. Dies geschieht in vorteilhafter Weise, da die erfindungsgemäße MAC-Link-Schicht mit den höheren Protokollschichten in Verbindung steht, anwendungsbewusst, transportbewusst und netzwerkbewusst ist. In diesem Fall steht, da die MAC-Schicht transportschichtbewusst ist, die PRIMMA-MAC-Schicht 504d mit dem TCP-Hilfsagenten 510e an Schicht 4 in Verbindung. Da die MAC für jedes von der drahtlosen Basisstation 302 gesendete Paket eine Bestätigung über den Empfang von an die Teilnehmer-CPE-Station 294d gesendeten drahtlosen Übertragungen benötigt, weiß die MAC-Schicht 504d, ob eine von einem Client-Computer-TCP an der CPE-Station gesendete Inter-TCP-Schicht-Mitteilung, z.B. eine Anforderung bezüglich Wiederübertragung, erzeugt worden ist, weil das verlorene Paket bei der drahtlosen Übertragung verlorengegangen ist oder weil ein Stau aufgetreten ist.
  • Wenn die PRIMMA-MAC 504d keine Bestätigung von 504c empfängt, kann die PRIMMA-MAC 504d der drahtlosen Basisstation 302 den Inhalt des verlorenen Pakets erneut an die Teilnehmer-CPE-Station 294d übertragen. Wenn die PRIMMA-MAC 504c der Teilnehmer-CPE-Station 294d den Empfang bestätigt und immer noch eine Wiederübertragung anfordert, kann ein echter Stau aufgetreten sein und kann die PRIMMA-MAC 504d der drahtlosen Basisstation 302 den TCP-Hilfsagenten 510e wissen lassen, dass er das Senden der Wiederübertragungsanforderung an das Übertragungs-TCP 510f der Host-Arbeitsstation 136a ermöglichen soll.
  • Somit kann der erfindungsgemäße TCP-Hilfsagent 510e die Operation des TCP-Schiebefenster-Algorithmus auf für das drahtlose Medium optimale Weise modifizieren, ohne dass eine Änderung an den handelsüblichen TCP-Schichten 510a und 510f an den Empfangs- und Sender-Hosts erforderlich ist. Bei einer Ausführungsform ist bei dem TCP-Hilfsagenten 510e eine Modifikation der TCP-Schichten weder an dem Sende- (d.h. Übertragungs-)Host noch Client erforderlich. Bei einer weiteren Ausführungsform sind sich die Host- und Client-TCP-Schichten der Modifikation der Operation durch den TCP-Hilfsagenten nicht bewusst, d.h. diese ist transparent gegenüber den Quellen- und Ziel-TCP-Schichten. Bei einer weiteren Ausführungsform fängt der TCP-Hilfsagent 510e Übertragungsanforderungen zwischen einer TCP-Schicht des mit der Teilnehmer-CPE-Station gekoppelten Client-Computers und der TCP-Schicht der mit dem Datennetzwerk gekoppelten Host-Arbeitsstation ab.
  • 5B zeigt ein Funktions-Ablaufdiagramm 522 mit einer beispielhaften Funktionsbeschreibung des TCP-Hilfsagenten 510e, der eine Ausgangs-TCP-Spoof-Funktion durchführt. Gemäß 5B und 5A wird bei dem Diagramm 522 davon ausgegangen, dass eine TCP-Schicht 510f an einem Übertragungs-Host 136a ein Fenster voll mit Paketdaten zu der Teilnehmer-Arbeitsstaton 120d übertragen hat und auf eine Bestätigung wartet. Das Dia gramm 522 zeigt den Empfang einer ausgehenden TCP-Mitteilung 524 in dem TCP-Hilfsagenten 510e an der drahtlosen Basisstation 302, die von der Teilnehmer-Arbeitsstation 120d über die Teilnehmer-CPE-Station 294d gesendet worden ist.
  • In Schritt 526 wird der TCP-Kopfinhalt der ausgehenden TCP-Mitteilung 524 geparst, um den Inhalt der von der Teilnehmer-Arbeitsstation 120d über das drahtlose Netzwerk zu dem Übertragungs-Host 136a gesendeten Mitteilung offenzulegen.
  • In Schritt 528 wird festgestellt, ob der TCP-Kopfinhalt eine doppelte Bestätigungsmeldung von der CPE-Station enthält. Der Empfang einer doppelten Bestätigungsanforderung von dem Teilnehmer-CPE-Standort kann ein Indikator für eine in dem drahtlosen Medium verlorengegangene Mitteilung oder ein echtes Stauproblem sein. Wenn in Schritt 528 festgestellt wird, dass das TCP-Paket eine doppelte Bestätigungsmitteilung ist, kann in Schritt 532 mit der Verarbeitung fortgefahren werden, wenn dies nicht der Fall ist, kann die Verarbeitung in Schritt 530 fortgesetzt werden.
  • In Schritt 530 wird festgestellt, dass ein echter Stau vorhanden war, d.h. dass es sich nicht um eine durch Wiederübertragungsversuche an der drahtlosen Link-Schicht verursachte doppelte Bestätigungsmitteilung gehandelt hat. Somit kann in Schritt 530 die TCP-Mitteilung den TCP-Hilfsagenten 510e ohne Modifikation durchlaufen und weiter durch den Strom 500 zu der TCP-Schicht 510f aus 5A gelangen.
  • In Schritt 532 wird, da in Schritt 528 eine doppelte Bestätigung detektiert worden ist, festgestellt, ob das Paket erfolgreich übertragen worden ist oder nicht. Schritt 532 wird über eine Interkommunikation zwischen dem TCP-Hilfsagenten 510e und der PRIMMA-MAC-Schicht 504d durchgeführt. Dies ist ein Beispiel für die Interaktivität zwischen der PRIMMA-MAC und den Protokollen höherer Schichten, die als Linie 428 in 4 dargestellt sind. Die PRIMMA-MAC-Schicht 504d kann identifizieren, ob ein Paket erfolgreich von der draht losen Basisstation 302 zu der CPE-Station 294d gesendet worden ist, da, wie in 15B dargestellt, Anforderungen bezüglich Wiederübertragung 1576 von der CPE-Station 294d an dem Link-Schicht-Bestätigungs-(ARQ-)Prozessor 1578 empfangen und zu der MAC-Downlink-Subframe-Disponiereinrichtung 1566 weitergeleitet werden und die Disponiereinrichtung 1566 auffordern, das verlorene Paket in einem künftigen Frame 1568 erneut zu übertragen. Wenn in Schritt 532 festgestellt wird, dass das Paket erfolgreich übertragen worden ist, kann die Verarbeitung in Schritt 530 fortgesetzt werden, wie oben beschrieben. Wenn jedoch festgestellt wird, dass das Paket nicht erfolgreich übertragen worden ist, wird die Verarbeitung in Schritt 534 fortgeführt.
  • In Schritt 534 kann, da das Paket nicht erfolgreich übertragen worden ist, der TCP-Hilfsagent 510e die Übertragung der TCP-Mitteilung 524 unterdrücken, da angenommen werden kann, dass das Paket in dem drahtlosen Medium verlorengegangen ist. Die Verarbeitung kann bei Schritt 536 forgesetzt werden.
  • In Schritt 536 kann der TCP-Hilfsagent 510e auf eine Benachrichtung von der PRIMMA-MAC 504d warten, die besagt, dass eine erfolgreiche Link-Schicht-Wiederübertragung des verlorenen Pakets an dem Link-Schicht-Bestätigungs-Prozessor 1578 empfangen worden ist. Von Schritt 536 aus kann die Verarbeitung in Schritt 538 fortgesetzt werden.
  • In Schritt 538 können nach Empfang der Bestätigung einer erfolgreichen PRIMMA-MAC 504d-Link-Schicht-Wiederübertragung wieder normale TCP-Mitteilungen gesendet werden.
  • In einem weiteren (nicht gezeigten Schritt) können der TCP-Hilfsagent und die PRIMMA-MAC-Schichten einen Grenzwert für eine Schwellenanzahl von Wiederübertragungsversuchen festsetzen, und wenn dieser Schwellenwert erreicht ist, kann die Verarbeitung in Schritt 530 fortgesetzt werden, damit die TCP-Mitteilung ohne Modifikation passieren kann.
  • 5C zeigt ein Funktions-Ablaufdiagramm 540 mit einer beispielhaften Funktionsbeschreibung des TCP-Hilfsagenten 510e, der eine Eingangs-TCP-Spoof-Funktion durchführt. Gemäß 5C und 5A wird bei dem Diagramm 540 davon ausgegangen, dass eine TCP-Schicht 510a an einer Übertragungs-Teilnehmer-Arbeitsstation 120d ein Fenster voll mit Paketdaten zu dem Host 136a übertragen hat und auf eine Bestätigung wartet. Das Diagramm 540 zeigt den Empfang einer eingehenden TCP-Mitteilung 542 in dem TCP-Hilfsagenten 510e an der drahtlosen Basisstation 302, die von der Host-Arbeitsstation 136a über das Datennetzwerk 142 zur Übertragung über das drahtlose Medium an das Teilnehmer-CPE 294d und die Teilnehmer-Arbeitsstation 120d gesendet worden ist.
  • In Schritt 544 wird der TCP-Kopfinhalt der eingehenden TCP-Mitteilung 542 geparst, um den Inhalt der von dem Host 136a über das drahtlose Netzwerk zu der Übertragungs-Teilnehmer-Arbeitsstation 120d gesendeten Mitteilung offenzulegen.
  • In Schritt 546 wird festgestellt, ob der TCP-Kopfinhalt eine doppelte Bestätigungsmeldung von dem Host 136a enthält. Der Empfang einer doppelten Bestätigungsanforderung von dem Host kann ein Indikator für eine in dem drahtlosen Medium verlorengegangene Mitteilung oder ein echtes Stauproblem sein. Wenn in Schritt 546 festgestellt wird, dass das TCP-Paket eine doppelte Bestätigungsmitteilung ist, kann in Schritt 550 mit der Verarbeitung fortgefahren werden, wenn dies nicht der Fall ist, kann die Verarbeitung in Schritt 548 fortgesetzt werden.
  • In Schritt 548 wird festgestellt, dass ein echter Stau vorhanden war, d.h. dass es sich nicht um eine durch Wiederübertragungsversuche an der drahtlosen Link-Schicht verursachte doppelte Bestätigungsmitteilung gehandelt hat. Somit kann in Schritt 548 die TCP-Mitteilung den TCP-Hilfsagenten 510e ohne Modifikation durchlaufen und weiter durch den Strom 500 zu der TCP-Schicht 510a aus 5A gelangen.
  • In Schritt 550 kann, da in Schritt 546 eine doppelte Bestätigung detektiert worden ist, festgestellt werden, ob das Paket erfolgreich übertragen worden ist oder nicht. Schritt 550 kann über eine Interkommunikation zwischen dem TCP-Hilfsagenten 510e und der PRIMMA-MAC-Schicht 504d durchgeführt werden. Dies ist ein Beispiel für die Interaktivität zwischen der PRIMMA-MAC und den Protokollen höherer Schichten, die als Linie 428 in 4 dargestellt sind. Die PRIMMA-MAC-Schicht 504d kann identifizieren, ob ein Paket erfolgreich von der CPE-Station 294d zu der drahtlosen Basisstation 302 gesendet worden ist, da, wie in 16B dargestellt, Anforderungen bezüglich Wiederübertragung 1676 von der CPE-Station 294d an dem Link-Schicht-Bestätigungs-(ARQ-)Prozessor 1678 empfangen und zu der MAC-Downlink-Subframe-Disponiereinrichtung 1666 weitergeleitet werden und die Disponiereinrichtung 1666 auffordern, das verlorene Paket in einem künftigen Frame 1668 erneut zu übertragen. Wenn in Schritt 550 festgestellt wird, dass das Paket erfolgreich übertragen worden ist, kann die Verarbeitung in Schritt 548 fortgesetzt werden, wie oben beschrieben. Wenn jedoch festgestellt wird, dass das Paket nicht erfolgreich übertragen worden ist, wird die Verarbeitung in Schritt 552 fortgeführt.
  • In Schritt 552 kann, da das Paket nicht erfolgreich übertragen worden ist, der TCP-Hilfsagent 510e die Übertragung der TCP-Mitteilung 542 unterdrücken, da angenommen werden kann, dass das Paket in dem drahtlosen Medium verlorengegangen ist. Die Verarbeitung kann bei Schritt 554 forgesetzt werden.
  • In Schritt 554 kann der TCP-Hilfsagent 510e auf eine Benachrichtung von der PRIMMA-MAC 504d warten, die besagt, dass eine erfolgreiche Link-Schicht-Wiederübertragung des verlorenen Pakets an dem Link-Schicht-Bestätigungs-Prozessor 1678 empfangen worden ist. Von Schritt 554 aus kann die Verarbeitung in Schritt 556 fortgesetzt werden.
  • In Schritt 556 können nach Empfang der Bestätigung einer erfolgreichen PRIMMA-MAC 504d-Link-Schicht-Wiederübertragung wieder normale TCP-Mitteilungen gesendet werden.
  • In einem weiteren (nicht gezeigten Schritt) können der TCP-Hilfsagent und die PRIMMA-MAC-Schichten einen Grenzwert für eine Schwellenanzahl von Wiederübertragungsversuchen festsetzen, und wenn dieser Schwellenwert erreicht ist, kann die Verarbeitung in Schritt 548 fortgesetzt werden, damit die TCP-Mitteilung ohne Modifikation passieren kann.
  • 5. Draht lose QoS-bewusste PRIMMA-Medienzugriffssteuerungs-(MAC-)Hardware-Architektur
  • 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer PRIMMA-MAC-Hardware-Architektur 1000. Die Architektur 1000 zeigt das über eine bidirektionale Drahtleitungsverbindung mit dem WAN-Interface 302 gekoppelte Datennetzwerk 142.
  • Das WAN-Interface 320 ist ein bidirektionales Link zu einem bidirektionalen Daten-Frame-FIFO 1002, das bidirektional sowohl mit einer Segmentier- und Neusequenziereinrichtung (SAR) 1004 als auch mit QoS/SLA-Regel-Maschine und -Prozessor 1008 gekoppelt ist.
  • QoS/SLA-Regel-Maschine und -Prozessor 1008 ist ferner bidirektional mit IP-Strom-Puffern 1014 und einem Flash-Direktzugriffsspeicher (RAM) 1010 gekoppelt.
  • Die SAR 1004 ist bidirektional mit den IP-Strom-Puffern 1014, dem Flash-RAM 1010, QoS/SLA-Regel-Maschine und -Prozessor 1008 und einer PRIMMA-MAC-Disponiereinrichtungs-ASIC 1012 gekoppelt.
  • Die PRIMMA-MAC-Disponiereinrichtungs-ASIC 1012 ist ferner bidirektional mit einem RF-Interface 290, einem Statisch-RAM-(SRAM)-Funkzellenpuffer 1018 und einem IP-Strom-Puffer 1014 gekoppelt.
  • 6. Organisation der Software der drahtlosen Basisstation
  • 11 zeigt eine beispielhafte Softwareorganisation für ein paketzentriertes drahtloses Punkt-zu-Mehrpunkt-Telekommunikationssystem. Die in 11 gezeigte Softwareorganisation umfasst ein Drahtlos-Sendeempfänger-und-RF-Anwendungsspezifisch-Integriert-Schaltungs-(ASIC-)Modul 290, eine IP-Strom-Steuerkomponente 1102, eine WAN-Interface-Managementkomponente 1104, eine QoS-und-SLA-Verwaltungskomponente 1106, eine System- und OAM&P-Komponente 1108, eine Kunden-Gebührenerfassungs-und-Protokollierkomponente 1110, eine Verzeichnisaktiviert-Netzwerk-(DEN-)Komponente 1112 und eine drahtlose Basisstation 320.
  • Das IP-Strom-Steuermodul 1102 umfasst ein Übertragungs-Warteschlangeneinreihungs-Steuermodul 1102a, ein TCP-Raten-Steuer-und-Serviceklassenmodul 1102b, eine Drahtlos-PRIMMA-MAC-Schicht-Maschine 1102c und ein IP-Strom-Identifizier- und Analysiermodul 1102d.
  • Die WAN-Interface-Managementkomponente 1104 umfasst ein WAN-Eingangs-/Ausgangs-Warteschlangeneinreihungs-Steuermodul 1104a, WAN-Interface-Ports (z.B. für T1,-, T3-, OC3-Ports) 1104b, ein Firewall- und Sicherheitsmodul 1104c und ein WAN-Verkehrsgestaltungsmodul 1104d.
  • Die IP-Strom-Steuerkomponente 1102 und die WAN-Interface-Managementkomponente 1104 repräsentieren den "Kern" des System, in dem sich die Paketverarbeitungs-, MAC-Schicht-Dispositionier-, TCP-Proxy-Agenten- und WAN I/F-Steuerfunktionen befinden. Ein Großteil der Aktivitäten der oben beschriebenen "Nichtkern"-Komponenten unterstützen und steuern diese Kernkomponenten.
  • Die QoS- und SLA-Verwaltungskomponente 1106 umfasst ein QoS-Leistungsüberwachungs- und -Steuermodul 1106a, ein Servicevereinbarungsmodul 1106b, ein Richtlinien-Managermodul 1106c und ein Verschlüsselungsverwaltungsmodul 1106d.
  • Die QoS- und SLA-Verwaltungskomponente 1106 liefert die statischen Daten, die das System zum korrekten Gruppieren spezieller IP-Ströme in QoS-Klassen benötigt. Typischerweise führt in der Bereitstellungsphase der Systeminstallierung der Service-Provider ein (Fern-)Download von relevanten Informationen bezüglich der Teilnehmer-CPE-Station 294 durch, einschließlich der SLA der Teilnehmer-CPE-Station, richtlinienbasierter Informationen (wie z.B. Betriebsstunden oder zulässige Spitzen-Datenübertagungsraten). Verschlüsselungsschlüssel oder "-stärken" können ebenfalls downgeloaded werden, was Teilnehmer-CPE-Stations- oder Service-Provider-spezifisch erfolgen kann.
  • Die System-OAM&P-Komponente 1108 umfasst einen SNMP-Proxy-Client für ein WAP-Modul 1108a, SNMP-Proxy-Clients für ein CPE-Modul 1108b und ein Systemoperations-, -verwaltungs-, -management- und -versorgungsmodul 1108c.
  • Die OAM&P-Komponente 1108 ermöglicht es entferntem Servicepersonal und Ferngeräten, das System zu überwachen, zu steuern, zu warten, zu modifizieren und zu reparieren. Die Systemleistungslevel können automatisch überwacht werden, und die Systemabfang- und -ablaufverfolgung können eingestellt werden. Beschwerden von Teilnehmern können mittels von der OAM&P-Komponente 1108 gesteuerten Fern-Test- und -Fehlerbeseitigungsdiensten behandelt werden. Die Systemkapazitätsgrenzen können überwacht werden, und die proaktive Bereitstellung einer zusätzlichen WAN-Konnektivität kann infolge automatischer Trendanalysefunktionen in der OAM&P-Komponente 1108 erfolgen.
  • Das Kundengebührenerfassungs- und -protokollierungsmodul 1110 umfasst ein Abrechnungsprotokollierungs- und Datenbankmanagementmodul 1110a, ein Transaktionsabfrage- und -verarbeitungssteuerungsmodul 1110b, ein Gebührenerfassungs- und -abrechnungskontrollmodul 1110c und ein Benutzerauthentifizierungsmodul 1110d.
  • Die Kundengebührenerfassungs- und -protokollierungskomponente 1110 ermöglicht es dem Service-Provider, Abrechnungs-, Gebührenerfassungs- und Transaktionsinformationen über die Teilnehmer in dem System zu erhalten. Für Service-Provider, die auf Benutzungsbasis abrechnen, können kumulative Daten über die Nutzung von Systemressourcen erfasst werden. Bei spezifischen Arten von Aktivitäten (z.B. Videokonferenz, Multicasting etc.) kann es spezielle Gebührenerfassungsdaten geben, die erfasst und an den Service-Provider übertragen werden. Diese Komponente steuert ferner die Verfügbarkeit des Systems für die Teilnehmer durch die Ausführung der Teilnehmerauthentifizierungsfunktion. Wenn ein Teilnehmer zur Benutzung des Systems autorisiert ist, erfolgt eine neue (Fern-)Teilnehmerauthentifizierungseingabe durch den Service-Provider. Ähnlich kann einem Teilnehmer wegen Zahlungsrückstand für Dienste oder aus anderen Gründen ein weiterer Zugriff auf das System verweigert werden. Der Service-Provider kann ferner das System bezüglich abrechnungsbezogener Transaktionen fernabfragen.
  • Die Verzeichnisaktiviert-Netzwerk-(DEN-)Komponente 1112 umfasst ein DEN-QoS-Modul 1112a, ein DEN-Management- und -Bereitstellungsmodul 1112b, ein DEN-IPSEC-Modul 1112c und ein IP-basiertes VPN-Steuer- und -Verwaltungsmodul 1112d.
  • Die DEN-Komponente 1112 bietet dem Service-Provider das Mittel zum Eingeben der systemrelevanten Informationen bezüglich der Operation von DEN-basierten Teilnehmer-VPNs. Teilnehmer-VPNs müssen derart "initialisiert" und "versorgt" sein, dass das System Systemressourcen korrekt diesen VPNs besitzenden Teilnehmern zuweist und für die Erkennung und die Operation dieser VPNs sorgt. Daten von der DEN-Komponente 1112 werden von dem System benutzt, um die angemessenen Prioritäten auf IP-Ströme der betroffenen Teilnehmer anzuwenden.
  • Die erfindungsgemäße paketzentrierte drahtlose Basisstation unterstützt das verzeichnisaktivierte Netzwerk (DEN), ein MICROSOFT-, INTEL- und CISCO-Standard zum Bieten einer Standardstruktur für das Managen von IP-Strömen durch dezentralisierte Sites. Die vorliegende Erfindung priorisiert den VPN-Verkehr gemäß einem leichten verzeichnisaktivierten Zugriffsprotokoll (LDAP) (LDAP ist bei MICROSOFT, Redmond, WA erhältlich), das Fern-Verwaltung, -Bereitstellung und -Management ermöglicht. Die vorliegende Erfindung ist ferner LDAP-Version-2-konform. Die vorliegende Erfindung entspricht ferner dem X.500-Standard der internationalen Telekommunikationsunion/Telekommunikationsbereichs (ITU/T) und RFC 1777.
  • Bei einer Ausführungsform bietet das DEN ein richtlinienbasiertes Netzwerkmanagement, eine IPsec-kompatible Netzwerksicherheit und IPsec-basierte VPNs. Es ist geplant, dass das DEN der drahtlosen Basisstation 302 Common-Information-Model-(CIM-)3.0-kompatibel ist (wenn die Spezifikation fertiggestellt ist). Die drahtlose Basisstation 302 kann inländische DEN-Unterstützung bieten und unterstützt verzeichnisbasierte DEN-QoS-Mechanismen, einschließlich Reservierungsmodell (d.h. RSVP, Einreihung pro Strom in eine Warteschlange) und Präzedenz-/Prioritäts-/Differenzierungsmodell (d.h. Paketmarkierung). Die drahtlose Basisstation 302 kann eine Unterstützung der DEN-Netzwerk-Richtlinien-QoS planen und interne QoS und Netzwerkerweiterungen unterstützen, bis das DEN fertiggestellt ist.
  • 6. IPsec-Unterstützung
  • Die IPsec ist oben anhand von 4 beschrieben worden. Die IPsec bietet ein Standardverfahren zum Verschlüsseln von Paketen. Im VPN-Tunnelmodus kann ein ganzer Kopf kodiert, d.h. verschlüsselt werden. Damit die vorliegende Erfindung ihre paketzentrierte QoS-bewusste Priorisierung imple mentieren kann, muss die drahtlose Basisstation bei der Identifizierung eines Paket-/IP-Stroms in der Lage sein, den Inhalt der Kopffelder der Pakete zu analysieren. Daher ist eine Analyse unverschlüsselter Pakete wünschenswert.
  • Die vorliegende Erfindung verschlüsselt den Datenstrom bereits vor dem Übertragen von Frames über das drahtlose Medium, so dass die IPsec nicht unbedingt über das drahtlose Link zum Zweck des verschlüsselten Übertragens verwendet zu werden braucht. Wenn für einen Service-Provider das Verwenden von IPsec wünschenswert ist, kann IPsec für die Authentifizierung und sichere Kapselung des Kopfs und der Nutzdaten oder nur der Nutzdaten verwendet werden. Die IPsec ist normalerweise in einer Firewall integriert. Wenn ein Service-Provider die vorliegende Erfindung und IPsec zu implementieren wünscht, sollte die vorliegende Erfindung hinter der Firewall implementiert werden, d.h. die Firewall kann zu der drahtlosen Basisstation bewegt werden. Dies ermöglicht ein Enden des IPsec-Stroms an der Basisstation, wodurch die Basisstation Zugriff auf die Paketkopffelder erhalten kann.
  • 17 zeigt einen IP-Strom in Downlink-Richtung, einschließlich IPsec-Verschlüsselung. Auf in Wesentlichen gleiche Weise zeigt 18 eine Uplink-Richtung der IPsec-Unterstützung der vorliegenden Erfindung.
  • 17 zeigt einen Downlink-Strom 1700 mit Darstellung von sich in Downlink-Richtung von einer Quellen-Host-Arbeitsstation 136a, einen IPsec unterstützenden Protokollstapel hinab, zur Übertragung bis zu der und durch die mit dem Datennetzwerk 142 gekoppelte drahtlose Basisstation 302, durch Verschlüsselungsschichten, dann durch das drahtlose Link zu dem Teilnehmer-CPE 294d und durch einen Protokollstapel an dem Teilnehmer-CPE 294d, dann durch eine Drahtleitungsverbindung zu dem Datennetzwerk 142 und aufwärts durch den Protokollstapel zu der Ziel-Teilnehmer-Arbeitsstation 120d am Teilnehmer-Standort 306d bewegenden IP-Strömen.
  • Insbesondere zeigt der Strom 1700 einen IP-Paketstrom von der Host-Arbeitsstation 136a, durch die drahtlose Basisstation 302, dann über ein drahtloses Übertragungslink zu dem Teilnehmer-CPE 294d und über ein Drahtleitungslink zu einer Teilnehmer-Arbeitsstation 120d.
  • Die Host-Arbeitsstation 136a sendet IP-Ströme von einer Anwendungsschicht 1712h, abwärts durch eine TCP/UDP-Schicht 1719h, durch eine IP-Schicht 1708h, durch eine optionale PPP-Schicht 1706h, durch eine Ethernet-Schicht 1705h, abwärts durch eine 10BaseT-Schicht 1702h, über das Datennetzwerk 142 zu einer 10BaseT-Schicht 1702g, dann aufwärts durch das Ethernet 1704g, seinen Protokollstapel hinauf durch eine optionale PPP-Schicht 1706g zu einer IP-Schicht 1708g und 1708h, abwärts zurück durch die Internet-Firewall und den IPsec-Sicherheits-Netzübergang 1706f, abwärts durch eine WAN-Schicht 1704f, zu einer drahtlosen Schicht 1702f, zu dem Datennetzwerk 142 und zu einer physischen Drahtleitungsschicht 1702e.
  • Die physische Drahtleitungsschicht 1702e der drahtlosen Basisstation 302 sendet IP-Ströme den Protokollstapel hinauf durch eine WAN-Schicht 1704e, durch einen IPsec-Sicherheits-Netzübergang 1706e und die Firewall zu der IP-Netzwerkschicht 1708e und 1708d und dann abwärts durch eine Verschlüsselungsschicht 1706d, eine PRIMMA-MAC-Schicht 1704d und abwärts zu dem drahtlosen Link und zu dem Teilnehmer-CPE 294d.
  • Das Teilnehmer-CPE 294d sendet IP-Paketströme aufwärts von der Antenne 292d an einer physischen drahtlosen Schicht 1702c, aufwärts durch eine MAC-Schicht 1704c, durch eine Verschlüsselungsschicht 1706c, durch IP-Schichten 1708b und 1708d, dann abwärts durch eine optionale Schicht 1706b zu einer Ethernet-Schicht 1704b und zu einer 10BaseT-Verbindung 1702b zu einer 10BaseT-Verbindung.
  • Die Teilnehmer-Arbeitsstation 120d sendet IP-Ströme aufwärts von einer 10BaseT-Schicht 1702a aufwärts durch ihren Protokollstapel, durch eine Ethernet-Schicht 1704a, durch eine optionale PPP-Schicht 1706a, durch eine IP-Schicht 1708a, zu einer TCP/UDP-Schicht 1710a und weiter bis zu einer Anwendungsschicht 1712a.
  • 18 zeigt einen Uplink-Strom 1800 mit Darstellung von sich in Uplink-Richtung von einer Quellen-TCP an der Teilnehmer-Arbeitsstation 120d am CPE-Standort 306d, zur Übertragung durch das mit der Teilnehmer-CPE-Station 294d gekoppelte Ethernet einen Protokollstapel hinab, durch das drahtlose Medium zu der drahtlosen Basisstation 302, bis zu einem und durch einen Protokollstapel an der die IPsec unterstützenden drahtlosen Basisstation 302, dann durch eine Drahtleitungsverbindung zu dem Datennetzwerk 142 und durch einen Protokollstapel zu einem Ziel-Host bewegenden IP-Strömen.
  • Insbesondere zeigt der Strom 1800 einen IP-Paketstrom von der Teilnehmer-Arbeitsstation 120d, durch das Teilnehmer-CPE 294d, dann über ein drahtloses Übertragungsmedium zu der drahtlosen Basisstation 302 und schließlich über ein Drahtleitungslink zu der Host-Arbeitsstation 136a.
  • Der Strom 1800 umfasst IP-Ströme von einer Anwendungsschicht 1812a, den Protokollstapel hinab durch eine TCP/UDP-Schicht 1810a, durch eine IP-Schicht 1808a, dann durch eine optionale Punkt-zu-Punkt-(PPP-)Schicht 1806a, dann durch eine Link-Ethernet-Schicht 1804a, dann durch eine 10BaseT-Ethernet-Netzwerk-Interface-Karten-(NIC-)Physisch-Schicht 1802a und über eine Drahtleitungsverbindung zu einer 10BaseT-Ethernet-NIC-Physisch-Schicht 1802b des Teilnehmer-CPE 294d.
  • Das Teilnehmer-CPE 294d sendet von der NIC 1802b ankommende Pakete durch eine Ethernet-Schicht 1804b, durch eine optionale PPP-Schicht 1806b zu einer IP-Schicht 1808b und 1808c, abwärts zurück durch eine Internet-Firewall und einen IPsec-Sicherheits-Netzübergang 1806c, abwärts durch eine PRIMMA-MAC 1804c zu einer drahtlosen physischen Schicht 1802c mit der Antenne 292d, dann über das drahtlose Medium, wie z.B. RF-Kommunikations-, Kabel-RF- und Satellitenlink zu der Antenne 290d der drahtlosen Basisstation 302 an einer drahtlosen physischen Schicht 1802d zu seinem Protokollstapel zurück.
  • Die drahtlose Basisstation 302 sendet IP-Paketströme aufwärts von der Antenne 290d an der physischen drahtlosen Schicht 1802d, aufwärts durch eine MAC-Schicht 1804d und durch IPsec-Schichten 1806d und 1806d, die Paket kapseln und verschlüsseln können. Von der IPsec-Schicht 1806e können sich IP-Ströme abwärts durch eine WAN-Schicht 1804e und durch eine physische Drahtleitungsschicht 1802e über das Datennetzwerk 142 bewegen.
  • Eine physische Drahtleitungsschicht 1802f sendet IP-Ströme den Protokollstapel hinauf, durch eine WAN-Schicht 1804f, durch einen IPsec-Sicherheits-Netzübergang 1808f und 1808g, und dann abwärts durch eine optionale PPP-Schicht 1806h, eine Ethernet-Schicht 1804h und abwärts durch eine 10BaseT-Schicht 1802g, durch das Interface 320, über Router 140d, durch das Datennetzwerk 142 und über Drahtleitungsverbindungen zu einer physischen 10BaseT-Schicht 1802h der Host-Arbeitsstation 136a.
  • Die Host-Arbeitsstation 136a sendet IP-Ströme aufwärts von der 10BaseT-Schicht 1802h, aufwärts durch ihren Protokollstapel, durch eine Ethernet-Schicht 1805h, durch die optionale PPP-Schicht 1806h, durch eine IP-Schicht 1808h, zu einer TCP/UDP-Schicht 1810h und zu einer Anwendungsschicht 1812h.
  • VI. Schlussfolgerung
  • Obwohl oben verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, sei darauf hingewiesen, dass diese nur Ausführungsbeispiele sind und nicht als Einschränkung angesehen werden dürfen. Somit darf der Umfang der vorliegenden Erfindung nicht durch irgendeine der oben beschriebenen Ausführungsbeispiele eingeschränkt werden, sondern darf nur durch die nachfolgenden Patentansprüche und deren Äquivalente definiert sein.

Claims (20)

  1. Paketzentriertes drahtloses Punkt-zu-Mehrpunkt-Telekommunikationssystem (300) mit – einer drahtlosen Basisstation (302), die über ein paketzentriertes Protokoll an ein erstes Datennetzwerk (142) übermittelt; – einer oder mehreren Host-Arbeitsstationen (136a), die über das paketzentrierte Protokoll an das erste Datennetzwerk (142) übermitteln; – einer oder mehreren Teilnehmerendgeräte-(CPE-)Stationen 294d), die über eine gemeinsam genutzte Bandbreite über das paketzentrierte Protokoll durch ein drahtloses Medium mit der drahtlosen Basisstation (302) gekoppelt sind, wobei Echtzeit-Bandbreiten-Zuweisungen und Systemressourcen-Zuweisungen anhand des Inhalts der über das drahtlose Medium zu übermittelnden Pakete bestimmt werden; und – einer oder mehreren Teilnehmer-Arbeitsstationen (120d), die über das paketzentrierte Protokoll über ein zweites Netzwerk mit jeder Teilnehmer-CPE-Station (294d) gekoppelt sind.
  2. System nach Anspruch 1, ferner mit einer Ressourcen-Zuweisungseinrichtung zum Zuweisen einer gemeinsam genutzten Bandbreite an die Teilnehmer-CPE-Stationen (294d).
  3. System nach Anspruch 2, bei dem die Ressourcen-Zuweisungseinrichtung die Endbenutzer-Internetprotokoll-(IP-)Servicequalität (QoS) optimiert.
  4. System nach Anspruch 2 oder 3, bei dem die Ressourcen-Zuweisungseinrichtung anwendungsbewusst ist.
  5. System nach einem der Ansprüche 2 bis 4, bei dem die Ressourcen-Zuweisungseinrichtung ferner aufweist – eine Analysiervorrichtung zum Analysieren von Paket-Kopffeldern; und – eine Identifiziereinrichtung zum Identifizieren neuer und bestehender IP-Ströme.
  6. System nach Anspruch 5, bei dem die Analysiervorrichtung aufweist – eine IP-Versions-Bestimmungseinrichtung; und – einen Parser zum Parsen des Pakets.
  7. System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, ferner mit einer Servicequalitäts-(QoS-)Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen einer QoS anhand von – einer Quellenadresse; – einer Zieladresse; und/oder – einer UDP-Portnummer.
  8. System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, ferner mit einer Bestimmungseinrichtung zum Bestimmen eines Quellenanwendungstyps.
  9. System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, ferner mit einer Altersbestimmungseinrichtung zum Bestimmen, ob ein Paket ein Schwellenalter überschreitet.
  10. System nach einem der Ansprüche 2 bis 6, bei dem die Ressourcen-Zuweisungseinrichtung ferner eine Zuordnungseinrichtung zum Zuordnen zukünftiger Slots eines Übertragungs-Frame zu einem Datenpaket zwecks Übermittlung über das drahtlose Medium aufweist.
  11. System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, ferner mit einer Einrichtung zum Bestimmen, ob ein IP-Strom jitteranfällig ist.
  12. Verfahren zum Zuweisen einer gemeinsam genutzten drahtlosen Bandbreite in einem paketzentrierten drahtlosen Punkt-zu-Mehrpunkt-Telekommunikationssystem, wobei das Verfahren umfasst – Zuweisen der gemeinsam genutzten Bandbreite zu einer drahtlosen Basisstation (302) und einer oder mehreren Teilnehmerendgeräte-(CPE-)Stationen (294d) zum Übermitteln von IP-Strom-Informationen und zum Optimieren der Endbenutzer-Servicequalität (QoS), wobei Echtzeit-Bandbreiten-Zuweisungen und Systemressourcen-Zuweisungen anhand des Inhalts der über das drahtlose Medium zu übermittelnden Pakete bestimmt werden.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, mit dem Schritt des dynamischen Zuweisens der gemeinsam genutzten Bandbreite.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, mit dem Schritt des Zuweisens der gemeinsam genutzten Bandbreite auf Frame-Basis.
  15. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, mit dem Schritt des Zuweisens der gemeinsam genutzten Bandbreite auf der Basis eines Subframe innerhalb eines Frame.
  16. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, mit dem Schritt des Zuweisens der gemeinsam genutzten Bandbreite auf der Basis eines Slot innerhalb eines Frame.
  17. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, mit dem Schritt des Zuweisens der gemeinsam genutzten Bandbreite zu einem oder mehreren Steuerpaketen.
  18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, mit dem Schritt des Zuweisens der gemeinsam genutzten Bandbreite zu den Teilnehmer-CPE-Stationen (294d) zwecks Optimierung der Endbenutzer-Internetprotokoll-(IP-)Servicequalität (QoS).
  19. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 18, mit dem Schritt des Zuordnens zukünftiger Slots eines Übertragungs-Frame zu einem Datenpaket in dem Übertragungs-Frame zwecks Übermittlung über ein drahtloses Mediums.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, ferner mit folgenden Schritten – Anwenden eines erweiterten Reservierungsalgorithmus auf einen Internetprotokoll-(IP-)Strom; und – isochrones Reservieren nachfolgender Slots in einem oder mehreren nachfolgenden zukünftigen Übertragungs-Frames des IP-Stroms auf Basis des Algorithmus.
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