DE602004003895T2

DE602004003895T2 - Verfahren und Vorrichtung zur dynamischen Ressourcenzuweisung in einem drahtlosen Netz

Info

Publication number: DE602004003895T2
Application number: DE602004003895T
Authority: DE
Inventors: Christophe Mangin; Romain Rollet
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2004-01-30
Filing date: 2004-01-30
Publication date: 2007-09-06
Anticipated expiration: 2024-01-31
Also published as: JP2005218118A; EP1560377B1; DE602004003895D1; EP1560377A1; US7525970B2; US20050249114A1; ATE349840T1; JP4624816B2

Description

Hintergrund der Erfindung
1. Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Kommunikationsnetzwerke und insbesondere die dynamische Ressourcen-Zuordnung in einem Netzwerk, das auf einer zentralisierten Übertragungsressourcen-Zuordnung basiert.
2. Verwandter Stand der Technik
Drahtlose lokale Bereichsnetzwerke (WLAN-Wireless Local Area Networks) haben in neuster Zeit eine rasante Entwicklung erfahren, hauptsächlich aufgrund des Anwachsens der Bandbreite, die diese anbieten. Gleichzeitig wuchsen die Anzahl der Benutzer und die Diversität der Anwendungen. Als eine Folge transportiert ein WLAN eine große Anzahl von Datenflüssen, die durch mehrere Arten von Anwendungen erzeugt werden. Das resultiert daraus, dass die Übertragungsressource, die relativ knapp bleibt, einen sehr effizienten Zuordnungsmechanismus erfordert. Andererseits stellt ein derartiger Netzwerktyp, wie ein drahtloses Netzwerk, eine Übertragungsressource aufgrund des Funkmediums nicht sehr zuverlässig bereit. Dies resultiert daraus, dass einige Übertragungsfehler auf einem oder mehreren Datenflüssen auftreten können.
Hiernach bezeichnet der Begriff „Datenfluss" eine Datenübertragung, die von einem gegebenen Benutzer für eine gegebene Anwendung zwischen einem Sender und einem Empfänger stammt und der Begriff „Flusstyp" bezieht sich auf eine Datenübertragung unabhängig von den entsprechenden Benutzern, die von einem gegebenen Anwendungstyp stammt.
Jeder Anwendungstransport über ein derartiges Netzwerk kann sehr unterschiedlich sein, was die Qualität-des-Dienstes-Anforderungen (QoS-Quality of Service) angeht. Während tatsächlich ein einfacher Best-Effort-Dienst (Best Effort – größte Mühe) für Anwendungen ausreichend sein kann, die zum Beispiel durch TCP übertragen werden, können Multimedia-Anwendungen, wie zum Beispiel interaktives Video und Sound-Übertragung, einen strengeren Dienst und eine bessere QoS erfordern. Die Übertragung entsprechend den Anwendungen, die eine gute QoS benötigen, basieren auf derartigen Schlüsselparametern, wie dem maximalen Durchsatz und der maximalen Übertragungsverzögerung. Folglich trägt für derartige Anwendungen ein Netzwerk klassisch die Verantwortung des Garantierens dieser Schlüsselparameter.
Andererseits kann eine Funkkanal-Ausbreitung sehr fluktuierend sein. Folglich sind die physikalischen oder PHY-Schichten, die für die neuesten WLANs entwickelt werden, in der Lage dynamisch unterschiedliche Kodierverfahren zu unterstützen, um sich effizient der Funkkanal-Ausbreitung anzupassen und in unterschiedliche Umgebungen hinein zu passen. Das resultiert daraus, dass die Medium-Zugriffs-Steuerung (MAC-Medium Access Control) oder MAC-Schicht eine verfügbare PHY-Ressource verwenden kann, die entlang der Zeit variabel ist und die hierin untenstehend als Übertragungsressource bezeichnet wird. In einem zentralisierten Zuordnungs-Schema, das von einer Funk-Ressourcen-Verwaltung (RRM-Radio Resource Mangement) oder RRM-Einheit gehandhabt wird, kann die verfügbare Übertragungsressource durch die RRM-Einheit zwischen unterschiedlichen Benutzer-Datenflüssen geteilt werden, die durch Anwendungen erzeugt werden. Darüber hinaus kann die RRM-Einheit die Anforderungen der unterschiedlichen Anwendungen berücksichtigen, um die geteilte Ressourcen-Übertragung zu optimieren. Klassisch implementiert eine derartige RRM-Einheit einen Planungsmechanismus, der ein oder mehrere Prinzipien definiert, um eine Übertragungsressource zu teilen.
Unterschiedliche Planungsmechanismen wurden bereits vorgeschlagen, um die Übertragungsressource in einem WLAN-Netzwerk zu teilen. Insbesondere stellt das Dokument „An overview of scheduling algorithms in Wireless Multimedia Networks", IEEE Wireless Communications, October 2002, geschrieben von H. Fattah and C. Leung einen Planungsmechanismus basierend auf einigen Kompensationsschemata bereit. Ein Kompensationsschema bezeichnet klassisch ein Schema, das in der Lage ist, eine Übertragungsverzögerung zu kompensieren, die von einem gegebenen Datenfluss aus einer Liste von Datenflüssen z.B. aufgrund von Übertragungsfehlern erfahren wird. Insbesondere ist es ein Ziel der Übertragungsschemata in dem oben beschriebenen Dokument, Fairness zwischen Datenflüssen, die von Anwendungen erzeugt werden, in bezug auf die Fehler aufgrund von Funkkanal-Schwächungen zu erreichen. Anders ausgedrückt, stellt ein Planungsmechanismus sicher, dass die Übertragungsressource vorzugsweise einem Datenfluss zugeordnet wird, der Übertragungsfehler erfährt, um diese Fehler zu kompensieren.
In dem Dokument S.Lu, T.Nandagopal und V.Bharghavan „A vireless fair service algorithm for packet cellular networks", in Proc. of ACM MOBICOM '98, Oktober 1998, in dem Dokument T.S.Eugene Ng. I.Stoica, H.Zhang, in dem Dokument „Packet fair queuing algorithms for wirekless networks with locationdependent errors", und in Proc. of IEEE INFOCOM ,98, March 1998 und in dem Dokument T. Nanddagopal, S.Lu, V. Bharghavan, „A Unified Architecture for the Design and Evaluation of Wireless Fair Queuing Algorithms", in Wireless Networks, vol. 8, Seiten 231-247, 2002, werden Planungsmechanismen vorgeschlagen, die auf einem Tauschmechanismus beruhen. In diesen Dokumenten wird ein Planungsmechanismus vorgeschlagen, um Datenflüsse zu handhaben, die in einem Datenfluss mit einem klaren Kanal Kanalfehler erfahren. Dann werden unterschiedliche Verfahren dargestellt, um Gleichheit zwischen Datenflüssen wieder herzustellen und mehr Übertragungsressource an benachteiligte Datenflüsse bereitzustellen, sobald ihr Kanal klar ist.
Bei diesen Vorschlägen wird der gleiche Planungsmechanismus auf alle Datenflüsse angewendet. Jedoch erfordern, wie es bereits oben beschrieben wurde, unterschiedliche Anwendungen und unterschiedliche Benutzer in einem gegebenen Netzwerk nicht die gleichen QoS-Beschränkungen. Einerseits sind die Effekte, die auf Anwendungen durch einen Planungsmechanismus verursacht werden, nicht die gleichen in bezug auf den Anwendungstyp. Unter Berücksichtigung, dass es eines der größeren Probleme ist, die Anwendungs-Anforderungen zu erfüllen, könnte es lohnend sein, unterschiedliche Klassen von Anwendungen und unterschiedliche Fairness-Prinzipien zu definieren, um auf jede dieser Klassen ein entsprechendes Fairness-Prinzip anzuwenden. Ein derartiger Planungsmechanismus wurde bereits in D.A. Echhardt und P. Steenkiste, „Effort limited fair scheduling (ELF) for wireless networks", in Proc. Of IEEE INFOCOM 2000, Mai 2000, beschrieben.
In bezug auf die vorherige Beschreibung wurde bereits eine Menge an Vorschlägen für drahtlose Planungsmechanismen erläutert und vorgeschlagen. Jedoch können diese Typen von Mechanismen immer in Abhängigkeit von unterschiedlichen Beschränkungen und Zielen verbessert werden, die gelöst werden sollen.
Zusammenfassung der Erfindung
In Anbetracht des Vorhergehenden, hauptsächlich in einem System, das auf einem TDMA-Schema basiert, gibt es eine Notwendigkeit für einen Planungsmechanismus, der auf verschiedene Typen von Anwendungen anpassbar ist, die unterschiedliche QoS-Beschränkungen aufweisen und eine gleichzeitige Übertragung in einem gegebenen Netzwerk erfordern, das auf einer zentralisierten Übertragungsressourcen-Zuordnung basiert.
In einem ersten Aspekt schlägt die Verbindung daher ein Verfahren einer dynamischen Übertragungsressourcen-Zuordnung in einem drahtlosen Netzwerk vor, mit:

– einer Vielzahl von mobilen Endgeräten oder MTs, von denen jedes eine gegebene Anzahl von unterschiedlichen Datenflüssen von Protokolldateneinheiten oder PDUs verwaltet, die gemäß einem Satz von vorbestimmten Flusstypen klassifiziert werden;
– einer Funkressourcenverwaltungseinheit oder RRM-Einheit zum Zuordnen von Übertragungsressourcen auf einer Grundlage pro PDU;
– einer Vielzahl von Planern (Steuerprogrammen), von denen jeder einem jeweiligen Flusstyp zugeordnet ist und jeder ein jeweiliges Planungsschema (Steuerschema) gemäß einem spezifischen Regelsatz ausführt; und
– einem Auswähler zum Teilen der Übertragungsressource unter dem MTs, wobei das Verfahren umfasst:
– die MTs oder RRM-Einheit fordern eine Übertragungsressource zur Übertragung von anhängigen PDUs durch Senden von Anforderungsressourcennachrichten, weiter als RR-Nachrichten bezeichnet, an die RRM-Einheit an, wobei jede RR-Nachricht eine Flusstypinformation umfasst;
– die RRM-Einheit versendet die RR-Nachrichtenan an die zugeordneten Steuerprogramme auf Grundlage der Flusstypinformation;
– jedes der zugeordneten Steuerprogramme wählt eine PDU eines Datenflusses des jeweiligen Flusstyps als Kandidat für eine nächste Übertragungsressourcenzuordnung aus den Datenflüssen des jeweiligen Flusstyps unabhängig von den anderen Steuerprogrammen und auf Grundlage des spezifischen Regelsatzes aus;
– der Wähler (1) ordnet eine Übertragungsressource einem unter den Kandidaten ausgewähltem Kandidat als Funktion eines Prioritätsregelsatzes zu, wobei jedem Flusstyp eine jeweilige Priorität zugeordnet ist;

3

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft ein System zum Zuordnen von einer Übertragungsressource mit einer Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens gemäß dem ersten Aspekt. Vorteilhafterweise können unterschiedliche Verfahren basierend auf einer Übertragungsfehler-Detektion bei einem Planerlevel angewendet werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der unten stehenden Beschreibung ersichtlicher. Die Letztere ist lediglich als Darstellung gegeben und sollte in Verbindung mit den angehängten Zeichnungen gelesen werden, von denen:
1 eine Architektur eines Verfahrens gemäß einer Ausführung der Erfindung darstellt.
2-A einen Protokollstapel gemäß dem HiperLAN/2-Protokoll darstellt;
2-B eine Rahmenstruktur gemäß dem HiperLAN/2-Protokoll darstellt.
3 eine beispielhafte Netzwerk-Topologie darstellt, die zum Testen einer Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet wird.
4 Testergebnisse über eine Entwicklung der maximalen Verzögerung darstellt, die von einem gegebenen Datenflusstyp gemäß einer Ausführung der Erfindung erfahren werden.
5 Testergebnisse über eine Übertragungsverzögerung darstellt, die von einem gegebenen Datenflusstyp gemäß einer Ausführung der Erfindung erfahren werden.
6 Testergebnisse über eine Entwicklung von TCP-Segment-Abfolgenummern und einem Überlastungsfenster entlang der Zeit gemäß einer Ausführung der Erfindung darstellt.
7 Testergebnisse über eine Entwicklung entlang der Zeit eines Datenvolumens darstellt, das erfolgreich für jeden Datenfluss gemäß einer Ausführung der Erfindung übertragen wird.
8 Testergebnisse über eine kumulative Verteilung der Übertragungsverzögerung für feste Datenflüsse gemäß einer Ausführung der Erfindung darstellt.
9 Testergebnisse über eine Entwicklung eines Datenvolumens darstellt, das erfolgreich für jeden Datenfluss entlang einer Simulation gemäß einer Ausführung der Erfindung übertragen wird.
10 Testergebnisse über eine Entwicklung des Datenvolumens darstellt, das erfolgreich für jeden Datenfluss entlang einer Simulation gemäß einer Ausführung der Erfindung übertragen wird.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungen
Die vorliegende Erfindung schlägt eine dynamische Übertragungsressourcen-Zuordnung basierend auf einer Vielzahl von Planungsschemata vor, die ihre jeweiligen Regeln unabhängig voneinander ausführen.
Eine beispielhafte Ausführung der vorliegenden Erfindung findet in einem drahtlosen Netzwerk mit mobilen Endgeräten oder MTs statt, die einen Kommunikationsprotokollstapel basierend auf dem HiperLAN/2 oder HLAN/2 oder H/2-Standard umfassen, der von dem Europäischen-Telekommunikations-Standardisierungs-Institut oder ETSI definiert wird. Die Übertragungsressource in dem drahtlosen Netzwerk wird unter allen MTs dieses Netzwerkes von der RRM-Einheit geteilt. Diese RRM-Einheit ist für ein Zentralisieren der Zuordnung der Übertragungsressource in dem Netzwerk verantwortlich. Vorzugsweise basiert die Übertragungsressourcen-Zuordnung auf einem TDMA-Schema. Natürlich umfasst der Umfang der Erfindung Anwendungen mit irgendeinem Stapel von Kommunikationsprotokoll-Schichten genauso wie Anwendungen von anderen Netzwerktypen und eine Übertragungsressourcen-Zuordnung, die nicht auf einem TDMA-Schema basiert. Jedoch wird zum Zwecke eines besseren Verstehens die folgende Beschreibung auf ein Netzwerk angewendet, das auf dem HLAN/2-Standard basiert. Die untenstehende Beschreibung stellt einen Überblick über den HLAN/2-Standard dar.
Der HLAN/2-Protokollstapel definiert einen Satz von Schichten von der PHY-Schicht, basierend auf einem 5GHz orthogonalen Frequenz-Multiplexen oder einer OFDM-Technologie, bis zu den Konvergenzschichten, die die Inter-Konnektivität mit einer großen Vielzahl von Netzwerken erlauben (Ethernet, Internet-Protokoll oder IP, Universal Mobil Telecommunication System oder UMTS). Die Datenverbindungs-Steuerungs- oder DLC-Schicht ist Datenfluss orientiert und eine Übertragungsressourcen-Zuordnung für die unterschiedlichen MTs wird in der RRM-Einheit zentralisiert. Der HLAN/2-Standard definiert weder irgendeinen bestimmten Planungsmechanismus noch irgendeinen QoS-Parameter. Jedoch stellt dieser einen Satz von Signal gebenden Nachrichten bereit, die ausreichend sind, um ein fortgeschrittenes Planungsschema zu implementieren. Vorteilhafterweise schlägt eine Ausführung der vorliegenden Erfindung vor, diesen Satz von Signal gebenden Nachrichten zu verwenden, um eine deutliche, beispielhafte Ausführung der Erfindung zu beschreiben.
Hierin bezieht sich der Begriff Datenfluss auf einen Fluss von Daten entsprechend einer gegebenen Anwendung, der von einem sendenden Endpunkt emittiert wird und von einem empfangenden Endpunkt empfangen wird und über das betrachtete Netzwerk übertragen wird.
Dieser Abschnitt stellt eine Anwendung einer Ausführung der vorliegenden Erfindung vor. Im Allgemeinen basiert eine Ausführung der vorliegenden Erfindung auf einer Klassifizierung von unterschiedlichen Flusstypen gemäß einigen Anforderungen in bezug auf die QoS-Beschränkungen, die unterschiedlichen Datenflüssen entsprechen. Eine derartige Klassifizierung stellt einen Satz von Flusstypen bereit. Zum Zwecke eines besseren Verstehens umfasst in einer Ausführung der Erfindung der Satz an Flusstypen die folgenden Flusstypen:

– Echtzeit-Flusstypen entsprechend zu Echtzeitanwendungen, die mit einer starken Bandbreite und Verzögerungs-Beschränkungen verknüpft sind;
– Nicht-Echtzeit-Flusstypen entsprechend zu Best-Effort-Anwendungen, die relativ mehr Übertragungsverzögerung tolerieren und sich auf die verfügbare Bandbreite anpassen können, die von dem Netzwerk angeboten wird.

Typische Beispiele der Anwendungen, die in dem Echtzeit-Flusstyp umfasst sind, sind Video- und Audioströme. In dem Folgenden der Beschreibung wird dieser Typ von Anwendungen als feste Anwendungen bezeichnet.
Die Anwendungen die in dem Nicht-Echtzeit-Typ umfasst sind, entsprechen klassisch einer Internet-Umgebung und werden hauptsächlich durch TCP-Transaktionen unterstützt. Dieser Typ von Anwendungen wird als elastische Anwendung bezeichnet.
In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung wird ein bestimmter Planungsmechanismus definiert und auf einer Pro-Flusstyp-Basis angewendet. Ein derartiger Planungsmechanismus wird vorzugsweise bei dem DLC-Level eingeführt. Folglich bezieht sich das Folgende auf einen Planungsmechanismus für einen Echtzeit-Flusstyp als festes Planen und auf einen Planungsmechanismus für einen Nicht-Echtzeit-Flusstyp als elastisches Planen. Natürlich umfasst die vorliegende Erfindung Anwendungen mit irgendeinem Satz von Flusstypen.
Im Falle von Übertragungsfehlern werden einige Protokoll-Dateneinheiten verloren. Einige Anwendungen übertragen alle verlorenen Protokoll-Dateneinheiten oder PDUs erneut. Folglich wird im Falle eines Übertragungsfehlers ein Teil einer Übertragungsressource zur Neuübertragung verlorener PDUs verwendet. In Abhängigkeit der Flusstypen führen Übertragungsfehler nicht zu gleichen Konsequenzen. Obwohl Echtzeit-Datenflüsse starke Bandbreiten- und Verzögerungs-Beschränkungen aufweisen, sind sie in der Lage, eine begrenzte Verzögerung zu absorbieren, die durch die Neuübertragung der verlorenen PDUs verursacht wird. Umgekehrt können aufgrund ihrer größeren Unempfindlichkeit auf eine Verzögerungs- und Bandbreiten-Verringerung hin die nicht Echtzeittypen mit einer größeren Verminderung einer zugeordneten Übertragungsressource als die Echtzeit-Anwendungen umgehen.
Eine Ausführung der vorliegenden Erfindung basiert vorzugsweise auf einem Netzwerk, bei dem Datenflüsse auf einem Datenfluss orientierten Prinzip basieren und bei dem die übertragenen MAC-PDUs von einer festen, kurzen Größe sind.
Darüber hinaus variiert in einem HLAN/2-Netzwerk eine verfügbare Übertragungsressource entlang der Zeit aufgrund eines variablen, Signal gebenden Overheads und der anpassungsfähigen Übertragungsfähigkeit, die von der PHY-Schicht bereitgestellt wird.
2-A stellt einen Protokollstapel gemäß dem HLAN/2-Standard dar. Der Stapel umfasst drei Schichten: Eine Konvergenzschicht 103, eine Datenverbindungs-Steuerungsschicht oder DLC 102 und eine PHY-Schicht 101. Auf ihrer untersten Ebene ist die DLC 102 aus zwei Funktionen hergestellt: der Mediums-Zugriffssteuerung oder MAC 104 und der Fehlersteuerung oder EC 105. Andererseits besteht ihre Steuerungsebene aus der Funkverbindungs-Steuerung oder RLC 106.
Die Konvergenzschicht 103 ist verantwortlich für ein Abbilden der Dienstanforderungen der höheren Schichten 107 auf den Dienst, der von der DLC 102 angeboten wird und zum Anpassen der unterschiedlichen Paketformate einer höheren Schicht auf das MAC-Dienstdaten-Einheit-Format. Die PHY-Schichtdaten-Einheiten sind Bursts (plötzliche Amplitudenanhäufungen, Impulse) variabler Länge, die aus einer Einleitung bestehen, die von einem Nutzlastfeld gefolgt wird. Das Nutzlastfeld umfasst unterschiedliche MAC-Dateneinheiten. Die PHY-Schicht stellt mehrere Kombinationen von Kodierraten und Modulationsschemata bereit, die die Implementierung der Verbindungs-Anpassungsmechanismen erlauben.
Innerhalb der DLC 102 stellt die RLC 106 einen Satz von Signal gebenden Protokollen bereit, die die folgenden Signal gebenden Einheiten unterstützen: Verknüpfungs-Steuerungsfunktion, Funk-Ressourcen-Steuerungsfunktion und die DLC-Benutzerverbindungs-Steuerung. Die RLC-Nachrichten werden zwischen den MTs und der RRM-Einheit durch dedizierte Datenflüsse ausgetauscht, die von der DLC 102 bereitgestellt werden.
Bei diesem Schritt wurde eine Basisarchitektur eines Protokollstapels des HLAN/2 dargelegt. Die folgenden Abschnitte geben eine detailliertere Beschreibung der DLC-Merkmale, die einen Einfluss auf die Planungsschemata gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung aufweisen, die in einem Netzwerk stattfindet, das auf einem Protokollstapel HLAN/2 basiert. Natürlich wurde dieser Netzwerktyp zum Zwecke eines besseren Verstehens gewählt.
Medium-Zugriffs-Steuerung
Das HLAN/2-MAC ist ein TDMA-Protokoll, bei dem die Zeit in Zeitrahmen fester Länge von 2ms geteilt wird. Innerhalb des Rahmens basiert ein Multiplexen eines Downlink- und Uplink-Flusses auf einem Zeit-Duplex oder TDD. Zusätzlich basiert eine Datenübertragung auf einem derartigen Netzwerk auf einem Datenfluss-orientiertem Schema. 2-B zeigt eine grundlegende MAC-Rahmenstruktur, die aufeinander folgende Teile umfasst, wobei jeder Teil die folgenden, so genannten Transportkanäle umfasst: Rundfunk-Kanal oder BCH 201, Rahmen-Steuerungskanal oder FCH 202, Zugriffs-Rückkopplungskanal oder ACH 203, Downlink-Daten oder DLC 204 und Uplink-Daten oder UL 205 und einen wahlfreien Kanal oder RCH 206. Ein zusätzlicher Teil, der als direkte Verbindung oder DiL bezeichnet wird, kann zur direkten Datenübertragung zwischen den MTs bereitgestellt werden, ohne dass diese durch die RRM-Einheit hindurchgeht. Die Länge des BCH 201 ist fest, wohingegen die anderen Transportkanäle eine veränderliche Dauer aufweisen, die von dem Datenfluss abhängt, der auf dem drahtlosen Kanal getragen werden soll.
Der BCH 201 ist ein Signalfeuer (beacon), das bei dem Beginn eines jeden MAC-Rahmens an alle MTs gesendet wird, das hauptsächlich Steuerungsinformation umfasst, die für eine gegebene Gruppe von MTs gemeinsam ist, die in der gleichen Zelle umfasst sind.
Der FCH 202, der ein Rundfunk in jedem MAC-Rahmen ist, umfasst die Beschreibung auf einer pro-Datenfluss-Basis der Ressourcen-Zuordnung innerhalb des DL 204, UL 205 (und eventuell DiL)-Teilen des gegenwärtigen MAC-Rahmens. DL-, DiL- und UL-Teile sind in so genannten PDU-Zügen angeordnet, die Daten umfassen, die zwischen einer gegebenen MT und der RRM-Einheit (in DL- und UL-Teilen) oder zwischen einem Paar von MTs über einen DiL ausgetauscht werden. Zwei Typen von PDU sind definiert: 54-Byte Lang-Transport-Kanal-PDUs oder LCH-PDUS und 9-Byte Kurz-Transport-Kanal-PDUs oder SCH-PDUs. LCH-PDUs übertragen Signal gebende oder Benutzerdaten-Flussdaten, wohingegen die SCH-PDUs verwendet werden, um Signal gebende Nachrichten zu transportieren.
Der RCH 206 ist ein Wettbewerbskanal, der auf einem geschlitzten ALOHA-Schema basiert, das von den MTs verwendet werden kann, um Signal gebende Nachrichten an die RRM-Einheit zu senden, immer wenn diese nicht zu einer Ressource in einem UL-PDU-Zug zugeordnet wurden. Über den RCH gesendete Nachrichten werden über den ACH-Kanal 203 bestätigt.
Das HLAN/2-MAC-Protokoll handhabt den UL-Teil als ein zentralisiertes Anfrage-Zuweisungsprotokoll wie dieses in dem Dokument „Wireless medium access control protocols" in IEEE communications Surveys and Tutorials, A.Chandra, V.Gummala and J.O.Limb, zweites Quartal 2000, beschrieben wird. Ein zentralisiertes Anfrage-Zuweisungsprotokoll arbeitet gemäß drei Schritten: Anfrage, Planen und Datenübertragung. Für eine Datenübertragung von einem MT zu der RRM-Einheit, die als eine UL-Übertragung bezeichnet wird, fordert die MT von der RRM-Einheit eine Übertragungsressource vorzugsweise mittels einer Ressourcen-Anforderung oder von RR-Nachrichten an. Wenn eine MT eine Übertragungsressource anfragt, stehen im Allgemeinen einige LCHs-PDUs in einigen Schlangen der MTs an, um übertragen zu werden. Genauer verwaltet eine MT im Allgemeinen eine Schlange pro Datenfluss. Die RRM-Einheit wendet eine ganz ähnliche Verwaltung an. Die RRM-Nachricht zeigt die Anzahl von LCH-PDUs an, die in den MT-Schlangen für einen bestimmten Datenfluss anliegen. Basierend auf diesen Anforderungen ordnet die RRM-Einheit Ressourcen für die UL-Übertragungen des Rahmens FCH 202 zu und gibt die entsprechende UL-Teilstruktur in dem nächsten Rahmen FCH 202 bekannt. Die MTs übertragen dann ihre anstehenden PDUs im wettbewerbsfreien Modus durch Einsetzen von LCH-PDUs und SCH-PDUs gemäß der in dem FCH 202 gegebenen Rahmenstruktur-Information.
In einer ähnlichen Weise wird das gleiche Planungsschema verwendet, um die Übertragungsressource zwischen den Datenflüssen in Abhängigkeit des Zustandes der Datenfluss-Schlangen in der RRM-Einheit zu teilen, die in dem DL-Teil 204 transportiert werden.
Fehlersteuerung
In der DLC 102 kann der EC 105 mehrere Betriebsmoden umfassen. Der HLAN/2-Standard definiert drei EC-Moden, die auf die DLC-Datenflüsse hauptsächlich in Abhängigkeit des Flusstyps zutreffen, den sie unterstützen.
Ein erster EC-Modus wird als unbestätigter Modus bezeichnet. Dieser Modus ist ein „kein-Fehlersteuerungs"-Modus, der einen unzuverlässigen Transport mit keiner Neuübertragung bereitstellt.
Ein zweiter EC-Modus wird als Wiederholungs-Modus bezeichnet. In diesem Modus werden die LCH-PDUs systematisch eine gegebenen Anzahl von Malen wiederholt, so dass ein relativ höherer Level an Zuverlässigkeit erreicht werden kann.
Ein dritter EC-Modus wird als bestätigter Modus bezeichnet. Dieser Modus implementiert einen Neuübertragungsmechanismus, um einen zuverlässigen Transport zu garantieren. Im Allgemeinen ist das Neuübertragungsschema eine selektive Wiederhol-, automatische Wiederholanforderung oder ARQ, die effiziente Rückkopplungsnachrichten verwendet, die von dem Datenfluss empfangenden Endpunkt zu dem sendenden Endpunkt übertragen werden. Das Dokument H.Li, J.Lindskog, G.Malmgren, G.Myklós, F.Nilsson, G.Rydnell, *Automatic repeat request (ARQ) mechanism in HipertLAN/2, *in Proc. of IEEE VTC Frühjahr 2000, Mai 2000, beschreibt diesen Typ eines Neuübertragungsschemas. Diese Rückkopplungsnachrichten werden von der Übertragungsseite verwendet, um ein entsprechendes Übertragung Schiebefenster zu aktualisieren. Eine Tiefe des Übertragungsfensters reicht von 32 bis 512 LCH-PDUs. Eine Verzögerung, die durch ein nicht voranschreitendes Fenster verursacht wird, kann durch einen Verwurf-Mechanismus gesteuert werden, der klassisch bekannt ist.
Bei diesem Schritt wurden die am meisten nützlichen und wichtigsten Details, die das HLAN/2-Netzwerk betreffen, oben bereitgestellt. Dieser Abschnitt stellt einige grundlegende Prinzipien gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung vor, zunächst im Falle fehlerfreier Datenflüsse. Zwei Typen von DLC-Datenflüssen sind definiert, um die oben vorgestellte Anwendungsklassifizierung mit festen und elastischen Anwendungen wiederzugeben, die jeweils Echtzeit- und Nicht-Echtzeit-Datenflüsse tragen. Natürlich umfasst, wie bereits erwähnt, die vorliegende Erfindung eine Klassifizierung von Datenflüssen gemäß mehreren Flusstypen. In einer bevorzugten Ausführung der Erfindung kann ein einzelner DLC-Datenfluss mehreren Anwendungs-Datenflüssen entsprechen, die vorteilhafter Weise in einem DLC-Datenfluss zusammengefasst sind.
In einer Ausführung der Erfindung ist ein Planungsmechanismus vorzugsweise pro Flusstyp definiert. Der Satz an Flusstypen umfasst einen festen Flusstyp und einen elastischen Flusstyp. Dann sind vorzugsweise ein elastischer Planungsmechanismus und ein fester Planungsmechanismus definiert. Jeder Planungsmechanismus basiert auf einem Satz von Regeln, die für den Flusstyp spezifisch sind, für den dieser definiert ist. In einer bevorzugten Ausführung wird eine Übertragungsressourcen- Zuordnung unabhängig für feste Datenflüsse und für elastische Datenflüsse in einer hierarchischen Art und Weise verwaltet. Anders ausgedrückt, wird eine Priorität an einen der Flusstypen gegeben und die Übertragungsressource wird zunächst für die Datenflüsse zugeordnet, die in dem Prioritäts-Flusstyp umfasst sind. Gemäß vorherigen Abschnitten ist es relevant, die festen Datenflüsse mit der höchsten Priorität zu definieren, wohingegen die elastischen Datenflüsse die niedrigste Priorität aufweisen. Dies resultiert daraus, dass die Übertragungsressource zunächst zu festen Datenflüssen zugeordnet wird, wohingegen die verbleibende Übertragungsressource zu den elastischen Datenflüssen zugeordnet wird. Folglich wird die Übertragungsressource zunächst unter den festen Datenflüssen geteilt und die verbleibende Übertragungsressource wird zwischen den elastischen Datenflüssen geteilt. Anders ausgedrückt, wird die Gesamtübertragungsressource dynamisch in zwei Ressourcen-Pools unterteilt: in einen festen und den elastischen Ressourcen-Pool. Es wird angenommen, dass die Konsistenz der allgemeinen Übertragungsressourcen-Zuordnung unter den Flusstypen und den Datenflüssen in einem gegebenen Flusstyp durch eine Anruf-Annahme-Steuerung- oder CAC-Funktion garantiert wird, die nicht hierin beschrieben wird. Jeder Planungsmechanismus wird durch einen sogenannten Planer durchgeführt. In einer Praxis werden zwei Typen von Raten basierten Planern verwendet, um die Ressource innerhalb jedes Flusstyps zu teilen, wie dies in dem Dokument H.Zhang und S.Keshav, „Comparison of rate-based service disciplines", in Proc. of ACM SIGCOMM ,91, pp. 113-121, September 1991, beschrieben ist. In einer Ausführung der vorliegenden Erfindung basiert der feste Planer auf einem frühesten Fälligkeitsdatum für Schwankungen oder einer EDD-Dienst-Strafe mit einem Pakettrennen, der aus einem virtuellen Planungs-Algorithmus wie in dem Dokument P.Boyer, F.Guillemin, M.Servel, J.-P.Coudreuse, „Spacing cells protects and enhances utilisation of ATM network links", in IEEE Network Magazine, vol. 6, Nr.5, Seiten 38-49, September 1992, beschrieben, abgeleitet ist. Eine derartige Raten gesteuerte EDD-Strafe stellt eine garantierte Verzögerung und Bandbreite bereit. Der elastische Planer implementiert vorzugsweise eine selbstgetaktetes faires Einreihen oder SCFQ-Schema, wie in dem Dokument J.Roberts, „Virtual spacing for flexible traffic control", in Int'l Journal of Communication Systems, vol. 7, Seiten 307-318, 1994, und in dem Dokument S.J.Golestani, „A self-clocked fair queuing scheme for broadband applications", in Proc of IEEE INFOCOM '94, vol. 2, Seiten 636-646, Juni 1994, beschrieben. Ein derartiges SCFQ-Schema bedient die Datenflüsse im Verhältnis eines vorbestimmten Teils der verfügbaren, elastischen Übertragungsressource. Ein Beispiel jedes Planertyps wird derart implementiert, dass die UL- und DL-Teile der festen bzw. elastischen Ressourcenübertragung beide von dem festen bzw. elastischen Planer behandelt werden. Anders ausgedrückt, führt jeder Planer eine Auswahl unter den Datenflüssen durch, die in dem entsprechenden Flusstyp umfasst sind, um eine Auswahl eines Kandidaten für eine Übertragungsressourcen-Zuordnung durchzuführen, um eine gegebene PDU bereitzustellen, die einen Kandidat darstellt, der gemäß seinem jeweiligen, bestimmten Satz von Regeln übertragen werden soll. Folglich wählt jeder Planer einen zu übertragenden Kandidat aus und dann sind so viele PDUs wie Planer Kandidaten für eine nächste Übertragungsressourcen-Zuordnung.
Vorzugsweise wird ein Auswähler eingeführt, um die Auswahl zwischen allen PDUs durchzuführen, die durch ihre jeweiligen Planer als Kandidaten für eine nächste Übertragungsressourcen-Zuordnung ausgewählt wurden. In einer bevorzugten Ausführung basiert ein Auswähler auf einem Satz von Prioritätsregeln. Gemäß diesen Regeln führt der Auswähler eine Übertragungsressourcen-Zuordnung durch. In einer Ausführung der Erfindung ist der Auswähler für ein Auswählen einer PDU aus einer PDU verantwortlich, die von der festen Planerausgabe ausgegeben wird und eine PDU, die von der elastischen Planerausgabe ausgegeben wird. Darüber hinaus überprüft ein derartiger Auswähler, ob eine PDU, die von einem der Planer zur Übertragung ausgewählt wird, physikalisch in das physikalische Medium eingesetzt werden kann, um die variable Bandbreite anzupassen, die von der PHY-Schicht zur Benutzer-Datenübertragung bereitgestellt wird.
1 zeigt eine Architektur, die ein Verfahren gemäß einer Ausführung der Erfindung darstellt. Unterschiedliche Datenflüsse 4, 5, 6, 7, 8 und 9 sind gemäß ihrem Flusstyp gruppiert. Ein Planer 2 ist mit den Datenflüssen 4, 5 und 6 entsprechend dem gleichen Flusstyp verknüpft. Andererseits ist ein Planer 3 mit den Datenflüssen 7, 8 und 9 entsprechend dem gleichen Flusstyp verknüpft. Jeder der Planer 2 und 3 wählt eine PDU als Kandidaten für eine nächste Übertragungsressourcen-Zuordnung aus. Ein Auswähler 1 wählt eine PDU aus beiden ausgewählten PDUs gemäß dem Satz an Prioritätsregeln aus.
Regelsatz für Planungsmechanismen
Dieser Abschnitt beschreibt einen beispielhaften Satz von Regeln gemäß einer Ausführung der Erfindung. Klassisch ordnet ein Planungsmechanismus eine Übertragungsressource zu einem Datenfluss i, basierend auf einem Parameter, zu, der als ein Gewicht W_i bezeichnet wird. Für einen festen Datenfluss spiegelt der Parameter W_i die Spitzen-Bitrate des Datenflusses wieder, wohingegen für einen elastischen Datenfluss der Parameter W_i die Minimal-Bitrate bei einem fehlerfreien Dienst widerspiegelt. Dieser Parameter W_i wird im Allgemeinen durch die Konvergenzschicht 103 bei der Zeit des Aufbaus des Datenflusses definiert.
In einer Ausführung der Erfindung, sind, wie dies bereits erklärt wurde, die grundlegenden Dateneinheiten, die für eine Ressourcen-Zuordnung berücksichtigt werden, die LCH-PDUs einer festen Länge, die im Folgenden als PDUs bezeichnet werden. Folglich wird die Bitrate vorteilhafter Weise in ein festes Inter-PDU-Zeitinterval T_i übersetzt, mit
Eine Zeitdarstellung ist derart normalisiert, dass die Dauer einer PDU einer Einheit je Zeit gleicht. Dies resultiert daraus, dass die Planer ein Übertragungs-Datum zu den nachfolgenden PDUs des Datenflusses i durch Beibehalten einer Zustandsvariablen zuweisen können, die theoretische Übertragungszeit oder TTT_i genannt wird, die das Datum der nächsten PDU des Datenflusses i darstellt, die über die entsprechende Verbindung gesendet werden soll. TTT_i wird bei der Übertragung einer PDU und evtl. bei der Ankunft einer neuen PDU in der Datenfluss-Schlange aktualisiert, wenn die letztere nicht im Rückstand ist, wie dies unten beschrieben wird. Eine Zahl Q_i zeigt die Anzahl von PDUs an, die in der Schlange gespeichert sind. Diese Zahl wird vorzugsweise an die RRM-Einheit durch die RR-Nachrichten für die UL-Datenflüsse gemeldet; wohingegen Q_i der DL-Datenflüsse jedes Mal lokal aktualisiert werden, wenn eine PDU durch die Konvergenzschicht 103 erzeugt wird.
In einer bevorzugten Ausführung der vorliegenden Erfindung bedient ein gegebener Planer schließlich den Datenfluss, dem das minimale TTT_i zugewiesen wird.
Regelsatz für feste Planer
Klassisch garantiert die Raten-gesteuerte, nicht-Arbeiterhaltende Dienstregel, die von dem festen Planer implementiert wird, dass die festen Datenflüsse niemals mehr Übertragungsressource erhalten als die Spitzen-Bitrate entsprechend zu dem Inter-PDU-Emissionsinterval T_i. Diese Eigenschaft wird durch lediglich einmaliges Bedienen des ausgewählten Datenflusses, z.B. des Datenflusses mit der minimalen TTT_i, erreicht, falls dieses TTT_i tatsächlich fällig ist. Zu diesem Zweck wird eine zusätzliche Trennungsvariable eingeführt, die als CurrTime bezeichnet wird, die eine lineare Funktion der Zeit ist, die eine Zeitreferenz darstellt, die mit dem TTT_i zu vergleichen ist. Der Datenfluss mit der minimalen TTT_i wird dann für die Übertragung ausgewählt, falls die letztere kleiner als CurrTime ist, wodurch sichergestellt wird, dass zwei PDUs des Datenflusses i durch T_i getrennt sind. Bei Empfang einer PDU- oder einer RR-Nachricht für eine PDU, die zu dem Datenfluss i gehört, werden die folgenden Schritte durchgeführt:
Bei Empfang einer PDU eines gegebenen Datenflusses führt der entsprechende Planer folgende Schritte aus:
Regelsatz für elastische Planer
Klassisch basiert der elastische Planer auf einer Arbeitserhaltenden Dienststrafe, z.B. ist der elastische Planer niemals im Leerlauf solange eine PDU in der Datenfluss-Schlange vorliegt. Ein derartiger Planungsmechanismus wird in dem Dokument S.J.Golestani, „A self-clocked fair queuing scheme for broadband applications", in Proc. of IEEE INFOCOM ,94, vol. 2, Seiten 636646, Juni 1994, beschrieben. Eine Fairness, die durch eine derartige Regel erreicht wird, garantiert, dass jeder Datenfluss einen Teil der elastischen Bandbreite bezüglich einer Übertragungsressource empfängt, der proportional zu seinem jeweiligen Gewicht W_i ist. Zusätzlich kann aufgrund des Arbeits-erhaltenden Aspektes der Teil größer als die minimale Bitrate sein, der durch W_i widergespiegelt wird, wenn die angebotene Kapazität größer als die Summe der minimalen Bitraten des elastischen Datenflusses ist. Die Verzögerung die von einem Datenfluss erfahren wird, ist ebenso begrenzt, solange dieser mit seiner normalen Bitrate verknüpft ist.
Bei Empfang einer PDU- oder einer RR-Nachricht für eine PDU, die zu dem Datenfluss i gehört, werden die folgenden Operationen durchgeführt:
Bei Übertragung in einem gegebenen Datenfluss i führt der entsprechende Planer folgende Schritte aus:
Planerausgaben und Auswähler
Der Inhalt und die Struktur des HLAN/2-Rahmens werden dynamisch gemäß der Anzahl der geplanten Datenflüsse, der Menge der PHY-Schicht-Ressource, die diese aufgrund ihrer anpassungsfähigen Übertragung verbrauchen, und der Anzahl der beteiligten MTs definiert. Zusätzlich werden einige Rahmen bildende Regeln angewendet und einige Ressourcen werden für die Signal gebenden Kanäle vorgesehen, die mit unterschiedlichen DLC-Steuerungsebenenfunktionen verknüpft sind. Dies resultiert daraus, dass ein unterschiedlicher Overhead eingeführt wird. Folglich ändert sich ein PHY-Schicht-Overhead (Burst-Einleitungen, Führungsintervalle usw. ...) und ein Signal gebender Overhead (FCH referenziert 202, SCH) von einem Rahmen zu dem nächsten und dann erscheint die von der PHY-Schicht angebotene Kapazität als variable Ressource für den DLC. Jedoch bezwecken die Planer ein Teilen einer nicht-variablen Übertragungsressource, die in Form von Bits ausgedrückt werden kann, die von der DLC-Schicht angeboten werden.
Vorteilhafter Weise ist in einer Ausführung der vorliegenden Erfindung der Auswähler in Verantwortung für ein Durchführen einer Abbildungsfunktion. Die Abbildungsfunktion überprüft, ob die Ressource, die benötigt wird, um eine von einem der Planer ausgewählte PDU zu emittieren, bei dem PHY-Level verfügbar ist. Andererseits und wie bereits beschrieben ist ein derartiger Auswähler ebenso in Verantwortung für ein Auswählen einer Ausgabe unter den Ausgaben der Planer. Vorzugsweise verwaltet im Falle von festen und elastischen Datenflüssen der Auswähler das Ressourcen-Zuordnungs-Prioritätsschema, bei dem feste Datenflüsse eine höhere Priorität als die elastischen Datenflüsse bei dem Zugriff auf die drahtlose Übertragungsressource aufweisen.
Die Abbildungsfunktion, die von dem Auswähler durchgeführt wird, wird unter Berücksichtigung des MAC-Protokolls und der PHY-Schicht-Eigenschaften implementiert. Daher wird die Abbildungsfunktion hier nicht beschrieben.
In der vorhergehenden Beschreibung wurden einige Grundprinzipien einer Ausführung der vorliegenden Erfindung zum Zwecke eines Verstehens in einer bestimmten Bedingung beschrieben, wenn keine Übertragungsfehler auftreten. Im Folgenden wird eine Ausführung der Erfindung im Falle von Übertragungsfehlern beschrieben, wenn eine Übertragungsressource zur Neuübertragung der verlorenen PDUs verbraucht wird.
Übertragungsfehler-Detektion
Selbst obwohl die RRM-Einheit und die MTs den gleichen drahtlosen Kanal teilen, sind Übertragungsfehler im Allgemeinen zeit- und ortsabhängig. Diese Fehler treten aufgrund von Störungen, Abklingen, usw. auf, die mit dem physikalischen Ort der unterschiedlichen MTs variieren können. Ein Datenfluss empfängt einen klaren Kanal, wenn kein Fehler von beiden Endpunkten entsprechend dem Datenfluss empfangen wird. Ansonsten ist der Kanal schmutzig.
In einem HLAN/2 wird eine Fehlerdetektion und -Korrektur im Allgemeinen durch ein ARQ-Protokoll implementiert, das von dem HLAN/2-DLC bereitgestellt wird. Das ARQ erlaubt es der RRM-Einheit, Übertragungsfehler jedes Datenflusses zu sammeln. Im Falle eines DL-Datenflusses, werden PDU-Übertragungsfehler durch ARQ-Rückkopplungsnachrichten gemeldet. Wohingegen im Falle eines UL-Datenflusses PDU-Datenfehler durch die ARQ-Einheit detektiert werden, die an den Datenfluss-Endpunkten angebracht ist, die sich in der RRM-Einheit befinden. Hierin wird angenommen, dass wenn ein Kanal als schmutzig von einem gegebenen Datenfluss empfangen wird, es immer noch möglich ist, ARQ-Rückkopplungsnachrichten ohne jeglichen Fehler zu übertragen, so dass PDU-Datenfehler detektiert werden können.
Drahtlose Dienstprinzipien
Die Vorschläge, die in dem Dokument S. Lu, T.Nandagopal und V.Bharghavan, „A wireless fair service algorithm for packet cellular networks", in Proc. of ACM MOBICOM '98, Oktober 1998, in dem Dokument P.Ramaanathan und P.Agrawal, „Adapting packet fair queuing to wireless networks", in Proc. of ACM MOBICOM '98, Oktober 1998, und in dem Dokument T.S. Eugene Ng. I.Stolca, H.Zhang, „Packet fair queuing algorithms for wireless networks with location-dependent errors", in Proc. of IEEE INFOCOM '98, März 1998, bereits zuvor zitiert, gemacht wurden, basieren auf diesem Tausch-Mechanismus, der ein Geben von Planungsgelegenheiten von Datenflüssen, die Kanalfehler erfahren, an diejenigen mit einem klaren Kanal bezweckt. Eine Ausführung der vorliegenden Erfindung schlägt eine dynamische Übertragungsressourcen-Zuordnung vor, die auf drahtlosen Planungsprinzipien basiert, die nicht auf einem Tauschmechanismus basieren. Zusätzlich beruht diese nicht auf einem Kanalzustands-Wissen, im Unterschied zu den in dem oben zitierten Dokumenten dargestellten, Algorithmen „A wireless fair service algorithm for packet cellular networks" und in dem oben zitierten Dokument „Adapting packet fair queuing to wireless networks". In der Tat kann das Kanalsondieren, wie dieses in dem Dokument „A wireless fair service algorithm for packet cellular networks" zum Beispiel im Zusammenhang des Institutes der Elektrischen und Elektronischen Ingenieure oder IEEE 802.11-Standard durch ein RTS-CTS-Verfahren implementiert wird, nicht vor einem Senden einer PDU durchgeführt werden. Der Übertragungserfolg oder die -Störung einer PDU wird detektiert und a posterori durch oben erklärte ARQ-Verfahren gemeldet, die eine potentielle Neuübertragung auslösen.
Vorteilhafter Weise schlägt eine Ausführung der vorliegenden Erfindung eine Ressourcen-Neuverteilungs-Regel vor, die im Falle von einer Übertragungsfehler-Detektion durchgeführt wird. Eine derartige Ressourcen-Neuverteilungs-Regel ordnet mehr Übertragungsressourcen zu Datenflüssen zu, die PDU-Neuübertragungen gegenüber stehen, im Vergleich zu einer Übertragungsressource, die im Falle von keinen Übertragungsfehlern zugeordnet wird. Diese Übertragungsressource, die zusätzlich im Falle von Übertragungsfehlern zugeordnet wird, wird als Extra-Übertragungsressource bezeichnet. Da die Gesamtkapazität, die von der Zelle angeboten wird, begrenzt ist, erhält die Neuübertragungsressourcen-Regel eine Extra-Übertragungsressource vorzugsweise und vorteilhafter Weise aus einem gegebenen Satz an Datenflüssen, die einen annehmbaren Dienst aufrecht erhalten können, selbst falls die Übertragung gestört ist. Wie oben erläutert wurde, besteht in einer drahtlosen Internet-Umgebung der Datenfluss, der von elastischen Anwendungen erzeugt wird, hauptsächlich aus TCP-Flüssen. TCP kann relativ große Bandbreiten- und Übertragungsverzögerungs-Variationen absorbieren, solange die resultierende Verzögerung, die von seiner Überlastungs-Steuerung gemessen wird, innerhalb einer gegebenen Grenze bleibt, wie dies in dem Dokument H.Balakrishnan, V.N.Padmanabhan, S.Seshn, R.H.Katz, „A comparison of mechanisms for improving TCP performance over wireless links", in IEEE/RCM Transactions in Networking, vol. 5,, Nr. 6, Seiten 756-769, Dezember 1997 erklärt wird.
Im Gegensatz dazu können feste Datenflüsse mit Übertragungsverzögerungen- und Bandbreitenvariationen in viel geringerem Ausmaß umgehen. Folglich und unter Berücksichtigung des Vorteils der Trennung zwischen den elastischen und festen Datenfluss-Kapazitäten, die in den Planungsschemata gemäß einer Ausführung der Erfindung eingeführt werden, wird eine Extra-Übertragungsressource für eine PDU-Neuübertragung durch einen Präemptions-Prozess erzeugt, der auf der Übertragungsressource durchgeführt wird, die elastischen Datenflüssen zugeordnet ist. Die Ressourcen-Präemption verursacht eine Verringerung der elastischen Datenfluss-Kapazität. Die entsprechenden elastischen Datenflüsse sind in einem bestimmten Zustand, der als präemptiver Zustand bezeichnet wird. Eine derartige Extra-Übertragungsressource wird dann verwendet, um andere Datenflüsse zu kompensieren, die Übertragungsfehler erfahren. In diesem besonderen Hinblick ähnelt dies dem von Eckhardt entwickelten Verfahren, das oben bereits erwähnt wurde. Es kann in dem Sinne ähnlich sein, dass dieses in einem Erzwingen der elastischen Datenflüsse besteht, selbst falls der Kanal entsprechend einem elastischen Datenfluss klar ist, um einen Teil seiner Bandbreite abzutreten, so dass Datenflüssen, die von Fehlern beeinflusst werden, mehr Ressource zugeordnet werden kann, um ihre Neuübertragungen durchzuführen. Wobei jedoch Eckhardt diese Verringerung durch Erhöhen der Bandbreite erreicht, die zu den festen Datenflüssen (einer höheren Priorität) zugeordnet sind, die einen schmutzigen Kanal empfangen, zwingen wir die elastischen Datenflüsse ausdrücklich, bei einer niedrigen Bitrate zu übertragen. Zusätzlich adressiert eine Ausführung der Erfindung die Auswirkungen der resultierenden Dienstverschlechterung, die den elastischen Datenflüssen auferlegt ist und berücksichtigt, dass dies „grazil" genug sein sollte, eine TCP-End-zu-End-Überlastungssteuerung nicht zu stören.
Diese präemptive Ressource, die aus den elastischen Datenflüssen zurück gewonnen wird, kann unter festen und elastischen Datenflüssen, die Fehler erfahren, gemäß einiger Fairness-Regeln neu verteilt werden, die einige Parameter in Bezug auf Qualität-des-Dienstes-Beschränkungen berücksichtigen, die sich auf den Typ von transportierten Anwendungen beziehen. Derartige Parameter sind vorzugsweise eine maximal annehmbare Verzögerung für die festen Datenflüsse und ein Präemptions-Faktor für die elastischen Datenflüsse, wie dies unten erklärt wird. Natürlich können hier andere Parameter berücksichtigt werden.
Drahtloser Planungsmechanismus
Das drahtlose Planungsschema ist eine Entwicklung des grundlegenden, fehlerfreien Planungsschemas, das zuvor hierin dargestellt wurde. Bei der Berechnung der TTT_i sowohl der elastischen als auch der festen Datenflüsse wird keine Änderung eingeführt, so dass eine Referenz zu dem idealen fehlerfreien Dienst aufrechterhalten werden kann. Die Datenflüsse mit höherer Priorität mit dem minimalen TTT_i werden für eine Übertragung ausgewählt, wenn ein Schlitz oder eine verfügbare Übertragungsressource von dem Auswähler angezeigt wird. Jedoch werden einige Mechanismen hinzugefügt, um die tatsächliche Bandbreite zu verringern, die zu den elastischen Datenflüssen zugeordnet ist, sobald Fehler von dem ARQ-Verfahren gemeldet werden und um diese Extra-Übertragungsressource an die Datenflüsse neu zu verteilen, die einen Fehler erfahren. Anders ausgedrückt und allgemeiner umfasst der Satz an Regeln entsprechend einem Planer, der mit einem Flusstyp verknüpft ist, der eine niedrigere Priorität aufweist, eine spezifische Regel, die im Falle von Übertragungsfehlern anzuwenden ist, die auf zumindest einem Fluss irgendeines Typs detektiert werden. Hier wendet in einer Ausführung der Erfindung mit einem elastischen Flusstyp und einem festen Flusstyp der elastische Planer diese bestimmte Regel an, sobald Übertragungsfehler zumindest auf einem der Datenflüsse detektiert werden. Der nächste Abschnitt beschreibt im Detail diese Regel, die das Ziel eines Reduzierens der elastischen Datenfluss-Kapazität der Übertragungsressource aufweist.
Verringern einer elastischen Datenfluss-Kapazität
Immer wenn Fehler auf irgendeinem der Datenflüsse detektiert werden, betritt jeder elastische Datenfluss einen präemptiven Zustand. Das entsprechende Gewicht W_i bezieht sich auf das Nominalgewicht des elastischen Datenflusses i, wenn dieser nicht in einem präemptiven Zustand ist, wobei das präemptive Zustandsgewicht, das i zugeschrieben ist, dann (1 – ρ_i)W_i wird, wobei ρ_i(0 ≤ ρ_i < 1) ein präemptiver Faktor ist, administrativ bei Datenfluss-Aufbau eingestellt wird und die Kapazität des Datenflusses i widerspiegelt, eine Übertragungsressourcen-Verringerung und dann eine Dienstverringerung zu akzeptieren. Dieser Präemptions-Faktor sollte derart gewählt werden, dass zum Beispiel die sofortige Verzögerungsvariation, die von der Datenfluss-Kapazitätsverringerung verursacht wird, keine TCP-End-zu-End-Überlastungssteuerung beeinflusst. Der elastische Datenfluss i betritt den präemptiven Zustand, falls die folgenden Bedingungen erfüllt sind:

– i befindet sich nicht in einem präemptiven Zustand;
– es gibt zumindest einen Datenfluss irgendeines Typs, der Fehler erfährt;
– der elastische Datenfluss i ist eine Übertragungsressource wie durch den elastischen Planer und dem Auswähler angezeigt zugeordnet.

Umgekehrt verlässt der elastische Datenfluss i den präemptiven Zustand, sobald alle Datenflüsse sich von einem Fehler erholt haben, z.B. wenn alle PDUs, die auf eine Neuübertragung warten, einer Übertragungsressource zugeordnet wurden. Eine Datenfluss-Kapazitätsverringerung wird aufgrund der Einführung einer zusätzlichen Zustandsvariablen erzwungen, die zu dem Datenfluss i zugeordnet ist, die mit R_i bezeichnet wird, die mit (1 – ρ_i)TTT_i initialisiert wird, wenn der Datenfluss i einen präemptiven Zustand betritt. Dann wird, immer wenn der Datenfluss i zur Übertragung ausgewählt wird, eine PDU tatsächlich gewährt, falls R_i ≤ (1 – ρ_i)TTT_i. Falls die letztere Bedingung verifiziert wird, wird R_i aktualisiert gemäß:
Falls im Gegensatz R_i > (i – ρ_i)TTT_i, wird die Übertragungsressource nicht an den Datenfluss i gewährt und R_i bleibt unverändert, wodurch eine Kompensations-Ressource zur Neuübertragung befreit wird. Parallel wird TTT_i systematisch gemäß TTT_i = TTT_i + T_i aktualisiert, solange der Datenfluss i PDUs aufweist, die auf eine anfängliche Übertragung in ihrer Schlange warten.
Neuverteilung der Extra-Übertragungsressource
Eine Übertragungsressource, die von den elastischen Datenflüssen in einem präemptiven Zustand zurück gewonnen wird, wird den Datenflüssen zugeordnet, die PDUs aufweisen, die auf eine Neuübertragung warten. Diese werden zunächst zu festen Datenflüssen und zu elastischen Datenflüssen an zweiter Stelle zugeordnet, falls keiner der festen Datenflüsse PDUs aufweist, die neu zu übertragen sind.
Eine Auswahl muss weiter unter fehleranfälligen Datenflüssen durchgeführt werden, die um die Kompensations-Ressource konkurrieren. Zu diesem Zweck werden zwei unterschiedliche Schemata demgemäß definiert, ob die Auswahl zwischen festen Datenflüssen oder zwischen elastischen Datenflüssen durchgeführt wird. Für feste Datenflüsse wird eine Anstrengung getätigt, die Übertragungsverzögerung, die von dem Datenfluss erfahren wird, durch Begünstigen der festen Datenflüsse mit den strengsten Verzögerungsbeschränkungen zu minimieren. Für elastische Datenflüsse besteht die ausgewählte Regel im Zuordnen von Extra-Ressourcen proportional zu ihrem Nominalgewicht W_i.
Auswahl unter festen Datenflüssen
Wenn eine PDU des festen Datenflusses i anfänglich geplant wird, wird ihre TTT_i zusammen mit der PDU in dem ARQ-Übertragungs-(für einen DL-Datenfluss) oder Empfangs-Fenster (UL-Datenfluss) gespeichert. Die Referenz E dient dazu, die Untermenge der fehleranfälligen festen Datenflüsse zu bestimmen und TTT_j ^error die theoretische Übertragungszeit der ältesten, verlorenen PDU des Datenflusses j, wobei j ϵ E. Ein Alter dieser PDU wird definiert als age_i(PDU) = CurrTime-TTT_i ^error. Für jeden Datenfluss wird dieses Alter von einem Maximalwert A_max,j eingegrenzt, der vorzugsweise administrativ bei dem Aufbau des Datenflusses definiert wird.
Dann wird die Übertragungsressource, die von den elastischen Datenflüssen freigegeben wurde, dem Datenfluss i derart zugeordnet, dass:
Falls der Datenfluss i weitere PDUs zum Übertragen aufweist, wird TTT_i ^error mit TTT_i der nächst ältesten, verlorenen PDU des Datenflusses i aktualisiert.
Vor einem tatsächlichen Gewähren des Schlitzes an die ausgewählte PDU kann eine vorläufige Altersüberprüfung durchgeführt werden, um eine PDU daran zu hindern, unnötig neu übertragen zu werden.
Falls age(PDU) A_maxj überschreitet, werden weitere PDUs, die auf eine Neuübertragung warten, bis zu der ersten PDU ausgelassen, deren TTT_i am nächsten zu CurrTime ist. Die unbenutzte Übertragungsressource wird dann der späteren PDU zugewiesen.
Dieser Verwerf-Mechanismus weist hauptsächlich zwei Effekte auf:
Eine Anstrengung, die getätigt wird, einen festen Datenfluss zu kompensieren, wird begrenzt und entzieht keinen anderen Datenflüssen eine Extra-Übertragungsressource;
Ein Datenfluss holt eine akkumulierte Verzögerung (auf Kosten eines Verlustes) auf und kann es eventuell der transportierten Anwendung erlauben, sich zu erholen.
Auswahl unter elastischen Datenflüssen
Vorzugsweise wird eine Verteilung von Extra-Übertragungsressourcen unter den elastischen Datenflüssen, die sich in einem präemptiven Zustand befinden, proportional zu ihrem anfänglichen Gewicht durchgeführt, wie in dem Dokument „Packet fair queuing algorithms for wireless networks with location-dependent errors" vorgeschlagen wird, das bereits zitiert ist. Dieses Planungsverfahren kann vorteilhafter Weise durch Aufrechterhalten einer zusätzlichen Zustandsvariablen Ci implementiert werden, die den Betrag der Extra-Übertragungsressource widerspiegelt, die von dem Datenfluss i empfangen wird, während dieser Übertragungsfehlern gegenüber steht. E bezieht sich auf eine Untermenge von fehleranfälligen elastischen Datenflüssen, dann wird Ci auf Detektion des ersten verlorenen PDUs eines Datenfluss i hin wie folgt initialisiert: Ci = max(Ci, minjϵE(Cj))
Wenn eine Übertragungsressource für eine Übertragung durch einen elastischen Datenfluss verfügbar wird, wird der Datenfluss j mit dem minimalen C_j zugeordnet. Falls der Datenfluss j weitere PDUs zur Übertragung aufweist, wird C_j dann aktualisiert gemäß zu: Cj = Cj + Ti.
Folglich hängen die Art und Weise, in der der drahtlose Planungs-Algorithmus einen Datenfluss verwaltet, von dem Zustand des Datenflusses ab. Dieser Zustand wird durch die Klasse einiger QoS-Beschränkungen – zum Beispiel fest oder elastisch-, durch den zugehörigen Datenfluss und durch seinen Fehlerstatus definiert. Feste Datenflüsse, die keinen Fehler erfahren, werden nicht verteilt und werden streng gemäß ihrer nominalen Rate eingespeist. Datenflüsse, die an Fehlern leiden, werden bis zu einem gewissen Ausmaß kompensiert, das von dem administrativ gesetzten, präemptiven Faktor p abgeleitet wird. Unter diesen Datenflüssen, die an Fehlern leiden, wird eine präemptive Ressource zunächst festen Datenflüssen angeboten. Wenn alle festen Datenflüsse ihre Neuübertragungen durchgeführt haben, wird die präemptive Ressource elastischen Datenflüssen in präemptiven Zustand zugeordnet. Anders ausgedrückt, basiert das Planungsverfahren nicht so sehr auf Fairness zwischen allen Datenflüssen, sondern eher auf Fairness zwischen Datenflüssen innerhalb des gleichen Dienstes. Die oben beschriebenen Algorithmen erlauben es, den Datenflüssen, die Fehler erfahren, mittels eines präemptiven Faktors mehr Bandbreite bereitzustellen. Auf den ersten Blick hängt der Präemptions-Faktor von einer Paket-Fehlerrate und einigen relativen QoS-Parametern der Anwendungen ab, die von den Datenflüssen getragen werden. Dies wird weiter unten in dem Fall eines Audio-Video-Flusses beschrieben, der zusammen mit einem TCP-Fluss geplant ist. Darüber hinaus sollte der Präemptions-Faktor durch das CAC berücksichtigt werden, wenn ein neuer elastischer Datenfluss akzeptiert wird, so dass eine potentielle Verschlechterung graziös genug sein könnte.
Der nächste Abschnitt beschreibt einige Ergebnisse einer Simulation, die von einer Implementierung einer Ausführung der vorliegenden Erfindung bereitgestellt werden.
Simulationsaufbau
Die 3 stellt eine Netzwerk-Topologie dar, die für die Simulation verwendet wird. Das Netzwerk umfasst eine erste RRM-Einheit 31, eine MT₁ 32 und eine MT₂ 33. Ein Datenfluss zwischen der RRM-Einheit 31 und der MT₂ 33 wird als 34 bezeichnet und ein Datenfluss zwischen der RRM-Einheit 31 und der MT₁ 32 wird als 35 bezeichnet. Auf dem Datenfluss 34 wird kein Übertragungsfehler detektiert, wohingegen einige Übertragungsfehler bei Empfang des Datenflusses 35 auf der MT₁ 32-Seite detektiert werden. Der Simulator implementiert eine volle HLAN/2-DLC-Schicht mit einem idealen ARQ-Mechanismus, so dass das gesamte ARQ-Fenster eines Empfängers eines Datenflusses von dem Sender-Level bei jedem Rahmen bekannt sein kann. Oberhalb der DLC-Schicht führt eine Konvergenzschicht eine Funktion einer Segmentierung und Widerzusammensetzung durch und liefert LCH-PDUs-tragende-Benutzerdaten an die DLC-Schicht. Das Modell kürzt die Granularität der PHY-Schicht zurück zu dem PDU-Level. Das Fehlermodell nimmt eine unabhängige, identische Verteilung der Bit-Fehlerrate oder BER an. Die Paket-Fehlerrate und PER, die auf die LCH-PDUs angewendet wird, ist dann ein Bemoulli-Prozess, der von der BER abgeleitet wird und ist in einem Bereich eingeschlossen, der mit typischen ARQ-Fähigkeiten kompatibel ist, z.B. bis zu 2.10^–1, wie in dem Dokument R.Rollet, C.Rosier, H.Bonneville, C.Mangin, „Field trial results at DLC layer of a HLAN/2 prototype", VTC Frühjahr 2003, beschrieben. Für jede Simulation wird das durchschnittliche PER über die gesamte Dauer der Simulation hin als Referenz gegeben. Im Gegensatz dazu wird berücksichtigt, dass die Signal gebenden Nachrichten immer ohne Verlust getragen werden. Diese Hypothese bleibt realistisch, da Signal gebende Pakete kurz sind und unter Verwendung robusterer PHY-Schemata gesendet werden können.
In dem in 3 dargestellten Fall tragen die festen Datenflüsse einen Sprach/Audio/Video-Datenfluss, der unter Verwendung einer konstanten Bitrate oder einer CBR-Quelle simuliert wird. In diesem Fall stimmt die Größe der Anwendungspakete mit der Größe der LCH-PDUs überein. Die elastischen Datenflüsse werden von einer CBR-Quelle gespeist oder tragen eine FTP-Dateiübertragung abhängig von dem Szenario. Bei dem letzteren wird ein FTP/TCP/IP-Stapel bei jedem Endpunkt des elastischen Datenflusses integriert. Die Parameter werden in der folgenden Tabelle zusammengefasst:
Tabelle 1: Simulationsparameter
Die Leistungsfähigkeits-Parameter in Untersuchung sind Übertragungsverzögerungen und effektive Durchsätze. Eine LCH-Übertragungsverzögerung wird als das Intervall zwischen der Zeit definiert, bei der der LCH zu der DLC-Eingabeschlange durch den Segmentierungsprozess in dem Sender hinzugeführt wird, und der Zeit, bei der der LCH erfolgreich von dem Empfänger empfangen wird. Bei allen Simulationen ist der aggregierte DLC Durchsatz, der den kompensierten Datenflüssen gewidmet ist, gleich 25 LCHs pro Rahmen (4.8Mbit/s). Der gleiche DLC Durchsatz wird den präemptiven Datenflüssen als Gesamtes zugeordnet. Zusätzlich werden um nicht zu viele Störungsmechanismen in dem gleichen Experiment anzusprechen, Auswirkungen von Signalgeben (MAC, ARQ, TCP) ignoriert.
Auswirkungen des Ressourcen-Zuordnungsverfahrens auf feste Datenflüsse
In dem Abschnitt wird ein fester Datenfluss, der Fehler erfährt, mit einem elastischen Datenfluss geplant, der als fehlerfrei betrachtet wird. Der Letztere ist präemptiv und eine Ressource wird an den festen Datenfluss neu verteilt, da sich dann das System beinahe in dem Kompensationszustand befindet. Auf dieser Basis laufen mehrere Simulationen mit unterschiedlichen, durchschnittlichen PER-Werten über 10s. 4 stellt eine Entwicklung der maximalen Verzögerung, die von dem festen Datenfluss erfahren wird, gemäß dem präemptiven Faktor dar, der auf den elastischen Datenfluss angewendet wird. Genauer stellt die mit 41 bezeichnete Kurve Simulationsergebnisse dar, die mit einem PER-Wert von 0,2 erhalten werden, die Kurve 42 wird mit einem PER-Wert von 0,15 erhalten, die Kurve 43 wird mit einem PER-Wert von 0,1 erhalten, die Kurve 44 wird mit einem PER-Wert von 0,05 erhalten und die Kurve 45 wird mit einem PER-Wert von 0,001 erhalten. Der Faktor der Präemption reicht von 0 bis 0,5. Die maximale Übertragungsverzögerung ist die Kombination der Wartezeit in der DLC-Eingabeschlange vor einer ersten Emission und den mehrfachen Neuübertragungen eines einzelnen LCH. Aus diesen Simulationen kann ein minimaler Präemptions-Faktor derart bestimmt werden, dass die maximale Übertragungsverzögerung mit dem QoS kompatibel bleibt, der von der Anwendung benötigt wird, die von den festen Datenflüssen transportiert wird. Diese minimale Schwelle ist ungefähr gleich zu: PER/(1 – PER), wobei PER der durchschnittliche PER ist, der über die Simulationszeit berechnet wird. Diese Formel befördert die Kapazität des Systems, eine Menge an einer Extra-Übertragungsressource zumindest gleich der Anzahl an korrumpierten Paketen über die gesamte Dauer der Simulation bereitzustellen. Das implementierte Fehlermodell stellt keinen gleichförmig verteilten PER bereit. Unter Berücksichtigung des Kurzzeit-Intervalls kann der PER größer als PER werden, was impliziert, dass die Menge einer präemptiven Ressource in einem oder mehreren, folgenden Rahmen dann gelegentlich ungenügend ist, um die LCH-Verluste zu kompensieren. Dies resultiert daraus, dass eine LCH-Akkumulation in der Eingabe-DLC-Schlange auftritt und dass folglich die Verzögerung für folgende LCHs anwächst. Als nächstes holt der feste Datenfluss seine Verzögerung auf, wenn PER niedriger als PER wird.
Es ist hier wichtig zu erwähnen, dass dieses Verhalten identisch bleibt, wenn die Bandbreite zwischen mehreren elastischen Datenflüssen geteilt wird. In diesem Fall soll die Summe der gewichteten Präemptions-Faktoren statt des einmaligen Präemptions-Faktor berücksichtigt werden.
Auswirkungen des Ressourcen-Zuordnungsverfahrens auf elastische Datenflüsse
Dieser Abschnitt beleuchtet den Einfluss bei einem Anwendungs-Level eines Präemptions-Schemas über einen elastischen Datenfluss, der einen TCP-Datenfluss trägt, gemäß dem Präemptions-Faktor-Wert. Es wird die gleiche Konfiguration wie oben beschrieben verwendet, bei der lediglich der feste Datenfluss Fehlern gegenüber steht, wohingegen der elastische, der einen TCP-Datenfluss transportiert, präemptiv ist. 5 stellt die Verzögerung dar, die von den elastischen Datenflüssen gemäß dem Präemptions-Faktor erfahren werden. Die mit 51, 52, 53 und 54 bezeichneten Kurven stellen Ergebnisse dar, die jeweils mit einem PER-Wert von 0,2, 0,15, 0,1, 0,05 und 0,01 erhalten werden.
6 zeigt die Entwicklung der TCP-Segement-Abfolgenummern und des Überlastungsfensters entlang einer Zeit mit einem typischen RTT von 10ms. Aus den mit 61 und 62 bezeichneten Kurven kann abgeleitet werden, dass der TCP-Sender niemals irgendeine Überlastung detektiert, trotz der Durchsatz-Verringerung, die durch das Präemptions-Schema eingeführt wird. Folglich erfährt der TCP-Sender keine Neuübertragung eines vollen Segmentes, das einen Bandbreiten-Verlust verursachen würde.
Die gleichen Simulationen wurden mit zwei elastischen Datenflüssen durchgeführt, von denen einer Fehler erfährt. Beide Datenflüsse weisen das gleiche Gewicht auf. Während der Präemptions-Faktor ausreichend hoch liegt, begrenzt der Kompensationsmechanismus, der für die elastischen Datenflüsse eingeführt wird, die Übertragungsverzögerung des kompensierten Datenflusses und kann eine gute Operation des TCP garantieren.
Vergleich von festem und elastischem Datenfluss-Verhalten bei unterschiedlichen Fehlerbedingungen
In diesem Abschnitt werden einige Simulationen durchgeführt, um den Einfluss eines Bursts von Fehlern auf den Durchsatz zu beleuchten, die von Anwendungen in unterschiedlichen Konfigurationen erfahren werden. Die in diesem Abschnitt dargestellten Figuren zeigen die Entwicklung der Anzahl an Paketen, die erfolgreich entlang einer Zeit für die unterschiedlichen Datenflüsse übertragen werden, die an jeder Simulation beteiligt sind. Dieser Parameter spiegelt direkt den Anwendungs-Durchsatz wider, den das Netzwerk in der Lage ist, über jeden DLC-Datenfluss zu transportieren.
Unabhängig von dem Typ der Datenflüsse wird ein CBR-Datenfluss auf jeden geöffneten Datenfluss angewendet. Für einen festen Datenfluss ist die Anwendungs-Bitrate gleich dem nominalen DLC-Durchsatz. Für elastische Datenflüsse wird die Anwendungs-Bitrate dann derart gesetzt, dass das System ausreichend belastet wird. Alle Simulationen wurden über eine Sekunde hinweg durchgeführt und ein Fehlerzeitraum mit einem PER gleich zu 2.10^–1 wird zwischen t = 0.25s und t = 0.75s für eine Untermenge an Datenflüssen eingesetzt, die in dem folgenden Unterabschnitt aufgezählt sind. Außerhalb dieses fehlerhaften Zeitraums ist der Kanal klar. Die Präemptions-Faktoren, die auf elastische Datenflüsse angewendet werden, werden derart eingestellt, dass feste Datenflüsse ausreichend kompensiert werden können, um ihre maximale Verzögerungs-Übertragung niedriger als ihre obere Altersgrenze A_Max,i zu halten.
Vorteil einer Kompensation von fehleranfälligen, festen Datenflüssen und Einfluss auf fehlerfreie elastische Datenflüsse
In dieser Simulation werden zwei feste Datenflüsse mit einer unterschiedlichen, oberen Altersgrenze A_Max,i und zwei elastische Datenflüsse mit unterschiedlichem Präemptions-Faktor aufgebaut. Lediglich feste Datenflüsse stehen Fehlern gegenüber, wohingegen etwas Ressource von elastischen Datenflüssen präemptiv ist. Die Gewichte der festen und elastischen Datenflüsse sind identisch. Die mit 70, 71, 72 und 73 in 7 bezeichneten Kurven stellen die Entwicklung entlang einer Zeit des Datenvolumens dar, das erfolgreich für jeden Datenfluss übertragen wird. Die Kurven 70 und 71 stellen Testergebnisse in bezug auf feste Datenflüsse dar, wohingegen die Kurven 72 und 73 Testergebnisse in bezug auf elastische Datenflüsse darstellen.
Wenn feste Datenflüsse keinen Fehlern gegenüber stehen, werden alle Datenflüsse identisch geplant. Wenn Fehler auftreten, betritt das System einen Kompensationszustand. Folglich sind beide elastischen Datenflüsse präemptiv und die Neigung der verknüpften Kurven wird niedriger als die der festen Datenflüsse. Wenn die präemptive Ressource zeitlich ungenügend ist, um Paket-Verluste zu kompensieren, wird der feste Datenfluss mit dem strengeren QoS-Parameter, z.B. dem niedrigeren A_Max,i begünstigt, wenn die präemptive Ressource geteilt wird. Dieses Verhalten erlaubt es, eine kürzere Übertragungsverzögerung für diesen Datenfluss zu garantieren, als durch die kumulative Verteilungsfunktion (CDF) der in 8 dargestellten Verzögerungs-Übertragung gezeigt. Insbesondere wird die maximale Verzögerung niedriger als das gewählte A_Max,i gehalten. Sobald die präemptive Ressource einmal ausreichend aufgrund der PER-Verringerung wird, holen die festen Datenflüsse die Verzögerung auf und verwenden alle der verfügbaren präemptiven Ressource, um die Neuübertragung durchzuführen.
In bezug auf elastische Datenflüsse ist die Steigerung ihrer Kurven 72 und 73 während dem Kompensationszustand inverse proportional zu dem Präemptions-Faktor. Steigerungsvariationen während dieser Periode können durch die sofortige PER-Variation in jedem Rahmen erklärt werden. Während einiger Zeitintervalle benötigen feste Datenflüsse keinen Maximalbetrag der präemptiven Ressource, da Paketverluste abgeschwächt sind.
Vorteil der Kompensation der fehleranfälligen, elastischen Datenflüsse
In dieser Simulation werden drei elastische Datenflüsse aufgebaut, um den Betrieb des Kompensations-Mechanismus zu zeigen, der für die elastischen Datenflüsse eingeführt wird, die Fehler erfahren. 9 stellt die Entwicklung des Datenvolumens dar, das erfolgreich für jeden Datenfluss entlang der Simulation übertragen wird. Die mit 91 und 92 bezeichneten Datenflüsse weisen unterschiedliche Gewichte (W₁ < W₂) auf und stehen Fehlern gegenüber. Ein mit 93 bezeichneter Datenfluss leidet nicht an irgendeinem Verlust und weist ein Gewicht auf, das gleich zu Datenfluss 2 (W₃ = W₂) ist.
Außerhalb des Fehlerzeitraums wird die Bandbreite (25 PDUs/Rahmen) zwischen elastischen Datenflüssen durch Respektieren der Gewichte geteilt. Folglich bekommen Datenflüsse 91 und 93 die gleiche Menge einer Ressource. Bei einem Kompensationszustand ist etwas Ressource präemptiv über die drei Datenflüsse und wird an Daten 91 und 92 neu verteilt, die Fehler erfahren. Die Kurvensteigung jedes Datenflusses nimmt ab, was bedeutet, dass alle Datenflüsse von Paket-Verlusten beeinflusst werden. Obwohl Datenfluss 93 keinen Fehler erfährt, ist der resultierende Durchsatz, der für die transportierte Anwendung verfügbar ist, identisch zu Datenfluss 91. In der Tat verbreitert der Kompensationsmechanismus für einen elastischen Datenfluss den Einfluss eines Fehlers über alle elastischen Datenflüsse, was den Durchsatzverlust auf jeden von diesen verringert und die Auswirkung bei einem Anwendungs-Level, wie zuvor gesehen, begrenzt. Jedoch ist dieser Mechanismus durch den präemptiven Faktor begrenzt, was einen Datenfluss daran hindert, die anderen auszuhungern.
Kompensationsvergleich zwischen festen und elastischen Datenflüssen
In dieser Simulation werden ein fester und zwei elastische Datenflüsse aufgebaut, um den Unterschied einer Kompensation zwischen festen und elastischen Datenflüssen zu demonstrieren. Sowohl die festen als auch die elastischen Datenflüsse erfahren Fehler während dem oben bestimmten Zeitraum, während der zweite elastische Datenfluss auf einem klaren Kanal beruht. Alle elastischen Datenflüsse weisen ein identisches Gewicht und den gleichen Präemptions-Faktor auf. 10 stellt eine Entwicklung des Datenvolumens dar, das erfolgreich für jeden Datenfluss entlang der Simulation übertragen wird. Die mit 101, 102 und 103 bezeichneten Kurven stellen entsprechende Testergebnisse dar. Die Kurve 101 stellt einen festen Datenfluss dar, wohingegen die Kurven 102 und 103 elastische Datenflüsse darstellen.
Wenn Fehler auf den festen und den elastischen Datenflüssen auftreten, wird etwas Ressource von beiden elastischen Datenflüssen 102 und 103 präemptiv und mit einer Priorität an den festen Datenfluss 101 neu verteilt. So lange der Präemptions-Faktor ausreichend hoch ist, so dass der Fehler kompensiert werden kann, wird kein Effekt auf den Durchsatz des festen Datenflusses 101 bemerkt. Zur gleichen Zeit weisen beide elastischen Datenflüsse 102 und 103 die Steigung ihrer Kurven in der gleichen Weise verringert auf, selbst falls einer der Datenflüsse keinen Fehler erfährt. In der Tat resultiert, wie in den vorherigen Simulationsergebnissen erklärt, der Kompensations-Mechanismus für elastische Datenflüsse 102 und 103 in einem Ausgleichen des Durchsatzes im Verhältnis ihrer jeweiligen Gewichte, der für die Anwendungen verfügbar ist, die über elastische Datenflüsse transportiert werden.
In Zusammenfassung können die Planungsmechanismen, die hierin vorgeschlagen werden, die Qualität-des-Dienstes-Anforderungen der Anwendungen verstärken, die über eine drahtlose Verbindung getragen werden, selbst beim Auftreten von Fehlern. Diese nutzen am Besten den Unterschied der Anwendungs-Anforderungen aus, die über das Netzwerk transportiert werden, so dass Anwendungen mit strengen QoS-Beschränkungen gegenüber Anwendungen begünstigt werden können, die toleranter sind. Dieses Schema wird vorzugsweise bei zwei Stufen angewendet. Zunächst werden zwei Klassen von Anwendungsdaten unterschieden: CBR-Datenflüsse, die über feste DLC-Datenflüsse transportiert werden und Best-Effort-Datenflüsse, die über elastische DLC-Datenflüsse transportiert werden. Diese Unterscheidung erlaubt es, etwas Ressource von den elastischen Datenflüssen in den präemptiven Zustand zu setzen, sobald einer der festen Datenflüsse Fehler erfährt. Der Anwendungsdurchsatz und die Verzögerung werden für die festen Datenflüsse garantiert, wohingegen der Einfluss auf die elastischen Datenflüsse für die transportierte Anwendung hinnehmbar bleibt. Bei einer zweiten Stufe bei dem Neuverteilungs-Prozess werden feste Datenflüsse mit den strengsten QoS-Parametern unter den festen Datenflüssen begünstigt. In bezug auf elastische Datenflüsse hängt der der Anwendung bereitgestellte Durchsatz lediglich von dem zugeordneten Gewicht ab und ist unabhängig von Fehlern, die von Datenflüssen erfahren werden, die die Anwendungs-Datenflüsse transportieren. Jedoch ist dieses Merkmal des Algorithmus durch die Definition eines Präemptions-Faktors begrenzt, der zu jedem elastischen Datenfluss zugeordnet wird, so dass ein fester oder elastischer Datenfluss, der zu vielen Fehlern gegenüber steht, die anderen nicht aushungern lassen kann.
Wie es bereits oben hierin beschrieben wurde, hängen die Parameter, die von den Planungsmechanismen verwendet werden, von den Anwendungs-Anforderungen ab. Für Anwendungen, die CBR-Datenflüsse erzeugen, kann die Spitzen-Bitrate und maximale Übertragungsverzögerung verwendet werden, um den entsprechenden DLC-Datenfluss aufzubauen. Die Wahl des Präemptions-Faktor-Parameters resultiert aus einem Kompromiss zwischen dem maximalen Level an Fehlern, der von einem festen Datenfluss unterstützt werden kann, und dem Präemptions-Einfluss auf die elastischen Datenflüsse. Folglich soll ebenso das über die elastischen Datenflüsse transportierte Protokoll berücksichtigt werden. In dieser Beschreibung wird TCP als Referenz verwendet, um die Gültigkeit des vorgeschlagenen Mechanismus zu belegen, den der Fehler-Präemptions-Kompromiss in der Lage ist bereitzustellen. In einem umfassenden System hängt dieser Kompromiss ebenso von der Leistungsfähigkeit des implementierten ARQ-Mechanismus und von dem verfügbaren, anpassungsfähigen Übertragungsmechanismus ab, der von der PHY-Schicht bereitgestellt wird.
Um Zusammenzufassen, kann eine Ausführung der vorliegenden Erfindung vorteilhafter Weise auf ein existierendes drahtloses DLC-Protokoll, wie zum Beispiel HLAN/2, angewendet werden, das Vorteile aus seiner zentralisierten Zuordnungs- und Fehlersteuerung zieht, die auf einem selektiven Widerhol-ARQ basiert. Darüber hinaus ist es wichtig zu erwähnen, dass diese leicht unter Verwendung eines kleinen Parametersatz konfiguriert werden kann und dass diese gut an zukünftige WLAN- oder Leistungs-Leitungssysteme durch ihre Fähigkeit angepasst ist, die Anwendungs-Datenflüsse mit einer großen Vielfalt an QoS-Anforderungen zu verwalten.

Claims

Verfahren zur dynamischen Übertragungsressourcenzuordnung in einem drahtlosen Netzwerk mit: – einer Vielzahl von mobilen Endgeräten, weiter als MTs bezeichnet, von denen jedes eine gegebene Anzahl von unterschiedlichen Datenflüssen (4–9) von Protokolldateneinheiten, weiter als PDUs bezeichnet, verwaltet, die gemäß einem Satz von vorbestimmten Flusstypen klassifiziert werden; – einer Funkressourcenverwaltungseinheit, weiter als RRM-Einheit bezeichnet, zum Zuordnen von Übertragungsressourcen auf einer Grundlage pro PDU; – einer Vielzahl von Steuerprogrammen (2, 3), von denen jedes einem jeweiligen Flusstyp zugeordnet ist und jedes ein jeweiliges Steuerschema gemäß einem spezifischen Regelsatz ausführt; und – einem Wähler (1) zum Teilen der Übertragungsressource unter dem MTs, wobei das Verfahren umfasst: – die MTs oder die RRM-Einheit fordern eine Übertragungsressource zur Übertragung von anhängigen PDUs durch Senden von Anforderungsressourcennachrichten, weiter als RR-Nachrichten bezeichnet, an die RRM-Einheit an, wobei jede RR-Nachricht eine Flusstypinformation umfasst; – die RRM-Einheit versendet die RR-Nachrichtenan an die zugeordneten Steuerprogramme auf Grundlage der Flusstypinformation; – jedes der zugeordneten Steuerprogramme wählt eine PDU eines Datenflusses des jeweiligen Flusstyps als Kandidat für eine nächste Übertragungsressourcenzuordnung aus den Datenflüssen des jeweiligen Flusstyps unabhängig von den anderen Steuerprogrammen und auf Grundlage des spezifischen Regelsatzes aus; – der Wähler (1) ordnet eine Übertragungsressource einem unter den Kandidaten ausgewähltem Kandidat als Funktion eines Prioritätsregelsatzes zu, wobei jedem Flusstyp eine jeweilige Priorität zugeordnet ist; wobei der Satz von vorbestimmten Flusstypen einen ersten Satz von zu vergleichsweise höheren Prioritäten zugeordneten Flusstypen und einen zweiten Satz von zu vergleichsweise niedrigeren Prioritäten zugeordneten Flusstypen umfasst; wobei der für ein Steuerprogramm (3) spezifische Regelsatz, der einem Flusstyp zugeordnet ist, der zu einem zweiten Satz von Flusstypen gehört, einen ersten Unterregelsatz umfasst, der im Falle einer fehlerfreien Übertragung angewendet wird, und einen zweiten zu dem ersten Unterregelsatz verschiedenen Unterregelsatz, der im Falle von Übertragungsfehlern angewendet wird; und wobei der zweite Untersatz eine Regel zum Vermindern der Bandbreite umfasst, die den Datenflüssen zugeordnet ist, die zu dem zweiten Satz von Flusstypen gehören, im Vergleich zu der zu diesen zugeordneten Bandbreite gemäß dem ersten Unterregelsatz.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der erste Satz von Flusstypen Echtzeitdatenflüsse umfasst und der zweite Satz von Flusstypen Nicht-Echtzeitdatenflüsse umfasst.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Satz von Prioritätsregeln, der durch den Wähler (1) angewendet wird, eine Regel umfasst, die bestimmt, dass die Übertragungsressource in einer hierarchischen Art und Weise als Funktion der jeweiligen Flusstypprioritäten zugeordnet wird, wobei eine verfügbare Übertragungsressource zuerst an den Kandidat des Flusstyps des ersten Satz von Flusstypen gewährt wird, der die höchste Priorität vorweist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Satz von Prioritätsregeln weiter eine Regel umfasst, die bestimmt, dass eine hohe Priorität einem Flusstyp zugeordnet wird, der vergleichsweise wenig tolerant auf Übertragungsverzögerungen ist, und dass eine niedrige Priorität einem Flusstyp zugeordnet wird, der vergleichsweise toleranter auf Übertragungsverzögerungen ist.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die Regel zum Reduzieren der zugeordneten Bandbreite, auf einem Bevorrechtigungsfaktor ρ basiert, der administrativ für jeden Datenfluss gesetzt wird, der zu dem zweiten Satz von Flusstypen gehört.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, wobei der spezifische Regelsatz, der einem Flusstyp des zweiten Satzes von Flusstypen entspricht, eine Regel auf Grundlage eines Self Clocked Fair Queuing-Algorithmus, weiter als SCFQ-Algorithmus bezeichnet, umfasst, und wobei die Übertragungsressourcenzuordnung auf einem Gewicht basiert, das zu jedem Datenfluss zugeordnet ist, um die Wahl des Kandidaten in einem gegebenen Verhältnis eines vorbestimmten Bandbreitenteils durchzuführen.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei der zweite Regeluntersatz weiter eine Regel umfasst, die angewendet wird, wenn Übertragungsfehler auf zumindest einem Datenfluss festgestellt werden, derzufolge die Wahl des Kandidats für die nächste Übertragungsressourcenzuordnung in Priorität unter einem Satz von Datenflüssen durchgeführt wird, die Übertragungsfehler erfahren, und unter dem Satz von Datenflüssen im Verhältnis zu dem Gewicht eines jeden Datenflusses.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der spezifische Regelsatz, der einem Flusstyp des ersten Satzes von Flusstypen entspricht, eine Regel auf Grundlage eines Virtual Scheduling Algorithm-Algorithmus, weiter als VSA-Algorithmus bezeichnet, umfasst, wobei die Ressourcenzuordnung eine Funktion einer theoretischen Übertragungszeit, weiter als TTT bezeichnet, zwischen dem Aussenden von zwei folgenden Paketen in einem gegebenen Datenfluss des Flusstyps ist, um so Verzögerungs- und Bandbreitengarantien gewähren.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei der spezifische Regelsatz, der einem Flusstyp des ersten Satzes von Flusstypen entspricht, weiter eine Regel umfasst, die angewendet wird, wenn Übertragungsfehler auf einem gegebenen Datenfluss festgestellt werden, wobei die Regel einen Kandidat für die nächste Übertragungsressourcenzuordnung auswählt, während sie mit den folgenden Schritten übereinstimmt: – Definieren eines Alters, age(PDU), für alle gegebenen PDUs, die erneut übertragen werden sollen; – Definieren eines Alters, Maximum A_max, für jeden Datenfluss; – Zuordnen von Ressourcenübertragung an den Datenfluss, wobei: age(PDU)/A_max gleich dem größten Wert ist; – Verwerfen von PDUs, die erneut übertragen werden sollen, wenn das entsprechende Alter größer als A_max ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der erste Satz von Flusstypen und der zweite Satz von Flusstypen jeweils lediglich einen Flusstyp umfassen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die RR-Nachrichten eine Information über die Menge der angeforderten Übertragungsressourcen umfassen und wobei jedes Steuerprogramm (2, 3) und der Wähler (1) diese Information berücksichtigen.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Übertragungsfehlerfeststellung durch ein ARQ-Schema über Rückkopplungsnachrichten durchgeführt wird.
System zum Zuordnen von Übertragungsressourcen mit Vorrichtungen zum Ausführen eines Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.