DE602004003063T2 - Zusammengesetzte rahmenstruktur für eine datenübertragung - Google Patents

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Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Datenübertragungstechniken und insbesondere auf ein optimiertes Verfahren um auf effiziente Art und Weise unter Anwendung von MAC Protokollen, wie das "wireless IEEE 802.11" Protokoll, Datenframes zu übertragen. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine neue Framestruktur, die bei dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
  • Der Standard IEEE 802.11 für drahtlose Datennetzwerke definiert eine MAC-Schicht ("Media Access Control") und eine physikalische Schicht (PHY) für ein Datennetzwerk mit drahtloser Konnektivität. Die Spezifikation für die physikalische Schicht (PHY) spezifiziert, wie ein MAC Frame nach Hinzufügung von "Overheads" durch die Luft übertragen wird. Wenn ein Datenframe von der höheren Schicht eintrifft, fügt die MAC den Header der MAC-Schicht mit Adressen des Senders und der Bestimmung (Empfänger) zu, sowie die MAC-Schicht-CRC ("Cyclic Redundancy Check") bekannt als FCS ("Frame Control Sequence"). Danach bestimmt die MAC die physikalische Schichtrate, mit der dieses Frame durch die Luft übertragen werden soll und sendet das Frame zu der physikalischen Schicht. Bei dieser Schicht wird das Frame mit einem physikalischen Schichtsteuerprozedurheader (PLCP) und einer Präambel hinzugefügt, bevor sie durch die Luft übertragen wird. Die herkömmliche Framestruktur ist in den 1 und 2 dargestellt.
  • 1 zeigt ein typisches Frameformat von Datenframes zur Übertragung entsprechend dem IEEE 802.11 Protokoll. Jedes Frame umfasst typischerweise zwei Teile. Der eine Teil ist ein PLCP Overhead 10, der einen PLCP Präambelteil 11 und einen PLCP Headerteil 12 aufweist, und der andere Teil ist ein MAC Datenframe 20, das einen MAC Headerteil 21, einen MAC Framekörperteil 22 und einen CRC Teil 23 aufweist.
  • Die PLCP Präambel 11 ist PHY abhängig, die Information enthält, die vorwiegend für Zeit- und Synchronisationsfunktionen verwendet wird. Der PLCP Header 12 enthält vorwiegend Information über die Länge des Frames, die Übertragungsrate, usw.
  • Das MAC Datenframe 20 ist in 2 detailliert dargestellt. Der HAC Headerteil 21 enthält Adresseninformation 214 und andere Information, wie Framesteuerung 211, Dauer/ID 212, sequentielle Steuerung 213, usw. Der MAC Schicht CRC Teil 23 ist als FCS ("Frame Control Sequence") bekannt.
  • Der PLCP Overhead 10 wird immer mit den niedrigsten Übertragungsraten in den heutigen IEEE 802.11 Systemen übertragen. Spezifisch ist die feste Übertragungszeit 20 μs für IEEE 802.11a und 802.11g und ist 192 μs für IEEE 802.11b. Entsprechend dem heutigen IEEE 802.11 Standard ist die maximale Größe des MAC Frames 2304 Bytes und jedem MAC Frame wird der PLCP Overhead 10 hinzugefügt, was im Wesentlichen die Durchflussleistung des Netzwerkes verringert. Weiterhin können, wegen Fehlerraten in drahtlosen Netzwerken die Frames sogar in kleiner Fragmente fragmentiert sein, und jedes Fragment wird den oben genannten PLCP Overhead 10 haben.
  • Jedes MAC Datenframe 20 hat einen MAC Header 21, der Adresseninformation 214 enthält, welche die Bestimmung angibt. Entsprechend den heutigen MAC Protokollen, wie IEEE 802.11, befindet sich die Adresseninformation 214 in allen MAC Datenframes 20 in dem MAC Header 21, auch wenn sie mit derselben Bestimmung übertragen werden. Dies führt nicht zu einer optimierten Durchflusseffizienz.
  • Deswegen gibt es ein Bedürfnis nach einem besseren Verfahren, das bei der Übertragung von MAC Frames über ein Datennetzwerk effizienter ist.
  • In einem Aspekt schafft die vorliegende Erfindung ein neues Verfahren zum Übertragen von Datenframes über ein Datennetzwerk. Insbesondere werden nach der vorliegenden Erfindung eine Vielzahl MAC ("Media Access Control") Datenframes mit nur einem einzeigen PLCP ("Physical Layer Procedure") Overhead 10 übertragen. Weil nur ein einziger PLCP Overhead 10 mit einer Anzahl MAC Datenframes übertragen wird, wird die Durchflussleistung des Netzwerkes und die Effizienz wesentlich gesteigert.
  • In einem anderen Aspekt schafft die vorliegende Erfindung eine neue Framestruktur von Paketdaten, die über ein Datennetzwerk übertragen werden müssen. Insbesondere umfasst nach der vorliegenden Erfindung die Framestruktur eine Anzahl sequentieller MAC Datenframes und nur einen einzigen PLCP Overhead 10.
  • Vorzugsweise umfassen die vielen MAC Datenframes einen einzigen zusammengesetzten MAC Header, der die Anzahl sowie die Länge der MAC Datenframes angibt.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform gibt, wenn die vielen MAC Datenframes mit derselben Bestimmung übertragen werden, der zusammengesetzte MAC Header diese gemeinsame Bestimmung an, und der MAC Headerteil in jedem MAC Daten frame ist ein komprimierter MAC Header, der keinen Teil enthält, der die Bestimmung angibt. Dies steigert weiterhin die Durchflussleistung und die Effizienz.
  • Vorzugsweise hat die Framestruktur keine Begrenzung der Größe der MAC Datenframes.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 eine typische Framestruktur eines herkömmlichen Pakets mit Daten zur Übertragung über ein drahtloses Datennetzwerk unter Anwendung des IEEE 802.11 Protokolls,
  • 2 eine Darstellung von Elementen des MAC Datenframes aus 1,
  • 3 eine Darstellung einer Framestruktur einer Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung, und
  • 4 eine Darstellung einer Framestruktur einer anderen Ausführungsform nach der vorliegenden Erfindung.
  • Nach der vorliegenden Erfindung überträgt, statt einer Übertragung jedes MAC Datenframes 20 mit einem PLCP Overhead 10 mit einer PLCP Präambel 11 und einem Header 12, die MAC die PLCP Präambel 11 und den Header 12 nur einmal vor dem Start der Frame-Übertragung und überträgt danach restliche Frames 20 ohne den PLCP Overhead 10 (d.h. ohne den PLCP Header 12 und die Präambel 11). Die PLCP Präambel 11 und der Header 12 werden von allen Empfängern verwendet. Jeder Empfänger decodiert nur die an diesen Empfänger adressierten MAC Frames. Dies geschieht mit der neuen Framestruktur nach der vorliegenden Erfindung, die ein zusammengesetztes Frameformat ist (viele Frames zu einem einzigen Frame zusammengepackt), wie in 3 dargestellt.
  • Wie In 3 dargestellt, teilen sich eine Anzahl sequentieller MAC Datenframes 20, die in den Puffern anstehen, einen einzigen PLCP Overhead 10. Dies bedeutet, dass mit Ausnahme des ersten MAC Datenframes 20, der PLCP Overhead 10 aus den nachfolgenden Frames 20 völlig eliminiert worden ist. Auf diese Weise wird der PLCP Overhead 10 für all die vielen MAC Datenframes 20 nur einmal übertragen. Dies steigert die Effizienz und die Durchflussleistung der Übertragung für diese MAC Datenframes 20 wesentlich, da der PLCP Overhead 10 immer mit der niedrigsten rate übertragen wird. Wenn es beispielsweise zehn MAC Datenframes 20 gibt, wird die gesamte Übertragungszeit für diese MAC Datenframes um die neunfache Übertragungszeit des einzelnen PLCP Overhead 10 reduziert. Die Übertragungszeit eines einzelnen PLCP Overheads 10 ist typischerweise 20 μs für IEEE 802.11a oder 802.11g, und 192 μs für IEEE 802.11b.
  • Vorzugsweise umfassen die vielen MAC Datenframes 20 weiterhin einen zusammengesetzten MAC Headerteil 24, der Information über die Anzahl Frames 20 liefert, die dem PLCP Header 12 folgen, und über die Länge, so dass die Empfänger wissen werden, wann die MAC Datenframes 20 starten und enden. Am Anfang der zusammengesetzten Frames 20 ist nur ein einziger zusammengesetzter MAC Header 24 erforderlich.
  • Die Anzahl MAC Datenframes 20, die dem einzigen PLCP Header 10 folgen, wird vorzugsweise unter Berücksichtigung der Stabilität des Kanalzustandes bestimmt. In dem Fall, wo ein zusammengesetztes Frame 20 zu lange ist, wäre es schädlich für dieses Frame 20, wenn der Kanalzustand sich ändert. Auf Basis der Schätzung des künftigen Kanalzustandes während der Übertragung des zusammengesetzten Frames 20, kann die übertragende Station eine PLCP Präambel 11 hinter einige Frames 20 einfügen, so dass der Empfänger, der die Kanalzustandsinformation aus der Präambel 11 benutzt, das Frame extrahieren kann, wenn der Kanal, während dieser Übertragung schlecht werden würde.
  • 4 zeigt eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei die vielen MAC Datenframes 20 mit derselben Bestimmung übertragen werden. Bei dieser Ausführungsform gibt der zusammengesetzte MAC Header 24 weiter die gemeinsame Bestimmung an, während der MAC Header 21 in jedem MAC Datenframe komprimiert wird. Der komprimierte MAC Header 21a umfasst nur bestimmte Felder speziell für jedes MAC Frame 20, wie ein Framesteuerfeld 211, Sequenzsteuerfelder 213, usw. und enthält keinen Teil, der die gemeinsame Bestimmung angibt. Auf diese Weise kann die Größe jedes MAC Frames 20 reduziert werden, was weiterhin die Durchflussleistung und die Effizienz im Vergleich zu der Ausführungsform nach 3 weiter Steigert.
  • Obschon das Obenstehende die bevorzugten Ausführungsformen detailliert beschrieben hat, dürfte es einleuchten, dass für den Fachmann mehrere Änderungen, Anpassungen und Verbesserungen möglich sind. So beschränkt sich beispielsweise vorzugsweise die Größe der MAC Datenframes 20 nicht auf 2304 Bytes, wie für den heutigen IEEE 802.11 Standard erforderlich, so dass die Durchflussleistung des Netzwerkes weiterhin verbessert werden kann. Weiterhin beschränkt sich die vorliegende Erfindung nicht auf die drahtlose Datennetzwerkumgebung unter Anwendung des IEEE 802.11 Protokolls, sie ist auch anwendbar auf alle physikalischen Medien mit einem MAC Protokoll. Auf diese Wei se wird der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung ausschließlich in den beiliegenden Patentansprüchen definiert.
  • Text in der Zeichnung
  • 1
    • Stand der Technik
  • 2
    • Stand der Technik

Claims (19)

  1. Verfahren zum Übertragen von Datenframes (20) über ein Datennetzwerk, wobei dieses Verfahren einen Verfahrensschritt umfasst zum Übertragen einer Vielzahl von "Media Access Control, MAC" Datenframes (20) dadurch gekennzeichnet, dass nur ein einziger "Physical Layer Control Procedure, PLCP" Overhead (10) allen genannten vielen MAC-Datenframes (20) zugeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der genannte PLCP Overhead (10) eine PLCP Präambel (11) und einen PLCP Kopf (12) aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die genannten MAC Datenframes (20) einen verketteten MAC Kopf (24) aufweisen, der die genannte große Anzahl angibt.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei der genannte verkettete MAC Kopf (24) weiterhin eine Länge der genannten Anzahl MAC Datenframes (20) angibt.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, das weiterhin einen Schritt umfasst zum Einfügen der genannten PLCP Präambel (11) nach der Übertragung einiger Frames der genannten vielen MAC Datenframes (20).
  6. Verfahren nach Anspruch 4, wobei der genannte PLCP Overhead (10) mit einem ersten Frame der genannten vielen MAC Datenframes (20) gesendet wird.
  7. Verfahren nach Anspruch 2, wobei jedes Frame der genannten vielen MAC Datenframes (20) einen Mac Kopfteil (21), einem MAC Framekörperteil (22) und einen CRC ("Cyclic Redundancy Check") Teil (23) aufweist.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die genannten vielen MAC Datenframes (20) zu einer gemeinsamen Bestimmung adressiert sind, wobei der verkettete MAC Kopf (24) weiterhin die genannte Bestimmung angibt, und der genannte MAC Kopfteil (21) in jedem Datenframe ein komprimierter MAC Kopf (21a) ist, der nicht einen Teil enthält, der die genannte Bestimmung angibt.
  9. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das genannte Datennetzwerk ein drahtloses Datennetzwerk ist.
  10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das genannte drahtlose Netzwerk das IEEE 802.11 Protokoll benutzt.
  11. Framestruktur von Paketdaten zur Übertragung über ein Datennetzwerk, die Folgendes umfasst: – eine Anzahl Media Access Control, MAC Datenframes (20); und – einen Physical Layer Control Procedure, PLCP Overhead (10) mit einer PLCP Präambel (11) und einem PLCP Kopf (12), dadurch gekennzeichnet, dass nur ein einziger PLCP Overhead (10) allen Frames der genannten vielen MAC Datenframes (20) zugeführt wird.
  12. Framestruktur nach Anspruch 11, wobei der genannte einzige PLCP Overhead (10) vor einem ersten Frame der genannten vielen MAC Datenframes (20) vorgesehen ist.
  13. Framestruktur nach Anspruch 12, wobei die genannten MAC Datenframes (20) einen verketteten MAC Framekopf (24) aufweisen, der die genannte große Anzahl angibt.
  14. Framestruktur nach Anspruch 13, wobei der genannte verkettette MAC Kopf (24) weiterhin eine Länge der genannten vielen Frames der MAC Datenframes (20) angibt.
  15. Framestruktur nach Anspruch 14, wobei der genannte verkettete MAC Kopf (24) sich zwischen dem genannten PLCP Overhead (10) und dem genannten ersten Frame der genannten vielen MAC Datenframes (20) befindet.
  16. Framestruktur nach Anspruch 12, wobei jedes Frame der genannten vielen MAC Datenframes (20) einen MAC Kopfteil (21), einen MAC Framekörperteil (22) und einen CRC-Teil ("Cyclic Redundancy Check") (23) aufweist.
  17. Framestruktur nach Anspruch 16, wobei der genannte verkettete MAC Kopf (24) eine gemeinsame Bestimmung der genannten vielen MAC Datenframes (20) angibt, und wobei der genannte MAC Kopfteil (21) in jedem der genannten Datenframes ein komprimierter MAC Kopf (21a) ist, der keinen Teil aufweist, der die genannte gemeinsame Bestimmung angibt.
  18. Framestruktur nach Anspruch 17, wobei das genannte Datennetzwerk ein drahtloses Datennetzwerk ist.
  19. Framestruktur nach Anspruch 18, wobei das genannte drahtlose Netzwerk das IEEE 802.11 Protokoll benutzt.
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