DE602004011539T2

DE602004011539T2 - Faire Bandbreitenzuteilung in einem IEEE 802.11E Kommunikationsmedium

Info

Publication number: DE602004011539T2
Application number: DE602004011539T
Authority: DE
Inventors: Chun Ting Briarcliff Manor CHOU; Sai Shankar Briarcliff Manor NANDAGOPALAN; Javier Briarcliff Manor DEL PRADO PAVON
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2003-09-03
Filing date: 2004-08-23
Publication date: 2009-01-29
Anticipated expiration: 2024-08-24
Also published as: EP1665639A1; US20070019591A1; CN1846405B; US7756089B2; JP2007504767A; ATE385100T1; EP1665639B1; DE602004011539D1; KR20060085240A; CN1846405A; JP4510822B2; WO2005022832A1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine faire Kanalzugriffszuordnung unter im Wettstreit liegenden Stationen über ein gemeinsames Kommunikationsmedium. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf eine fairer Regelung des Zugriffs unter Verwendung eines einzigen Abstimmparameters.
Stationen in einem drahtlosen lokalen Netzwerk (LAN) haben verschiedene Übertragungsraten, und zwar abhängig von ihrer Lage, was die Regelung des Übertragungszugriffs durch die Stationen auf ein gemeinsames Kommunikationsmedium verkompliziert.
Eine faire Planung einer Datenübertragung in verdrahteten Netzwerken ist lange Zeit ausgiebig aus Mittel von Mittelzuordnung zu im Wettstreit liegendem Verkehr studiert worden. Im Allgemeinen ist ein Ziel einer fairen Planung im Streit liegende Verkehrsströme der Verkehrsmittel proportional zu ihrem Anteil zuzuordnen. Mit dieser Basisfunktionalität kann eine faire Planung für viele verschiedene Zwecke angewandt werden. Einerseits kann es vermeiden, dass habgierige oder sich schlecht benehmende Benutzer die anderen Benutzer "verhungern lassen" und dass folglich Fairness unter die Benutzer gebracht wird. Andererseits kann es bevorzugten Benutzern mehr Mittel zuordnen um eine Dienstleistungsdifferenzierung zu erzielen. Eine faire Planung basiert primär auf verallgemeinerten Prozessorteilung und es wurden bereits viele Planungsalgorithmen vorgeschlagen um die Leistung anzunähern. Diese Planungsalgorithmen, ursprünglich entworfen für verdrahtete Netzwerke, sollen das schnelle Wachsen drahtloser Kommunikationsdienste und Applikationen meisten. Es gibt aber unbemerkt viele neue Aufforderungen in verdrahteten Netzwerken, deren Lösung die Fairness in drahtlosen/mobilen Netzwerken verbessern würden.
Ein IEEE ("Institute of Electrical and Electronics Engineers") 802.11 drahtloses LAN schafft ein Beispiel davon, wie das Implementieren von Fairness problematisch wird. Wie in 1 dargestellt, kann das 802.11 LAN 100 in zwei Betriebsarten arbeiten, und zwar in der Infrastruktur- und in der Adhoc-Betriebsart. In der Infrastrukturbetriebsart kann eine Station nur Frames senden/empfangen zu/von der steuernden Station oder von einem Zugriffspunkt (AP) 104. Der AP 104 kann als eine "Superstation" betrachtet werden, weil es die einzige Station ist, die Frames von allen anderen Stationen 108-1 bis 108-N in dem drahtlosen LAN 100 senden/empfangen kann. Diese Funktionalität ist in IEEE 802.11e (neuer Standard für Qualität der Dienstleistung in WLAN) dadurch verbessert, dass es erlaubt wird, dass Stationen direkt mit anderen Nachbarn in dem QBSS (Dienstqualitätsbasis Dienstleistungssatz) kommunizieren, der eine Anzahl drahtloser QoS-Stationen (QSTAs) aufweist, die dasselbe MAC Protokoll ("Medium Access Control") durchführen und sich streiten um Zugriff auf dasselbe gemeinsame Medium. Eine Station kann verschiedene gleichzeitig auftretende Verkehrsströme haben, die zur Übertragung geplant werden sollen und kann auch mit anderen Stationen um Zugriff auf den gemeinsamen Funk/Kanal in dem drahtlosen Medium 112 kämpfen.
Das Schaffen von Fairness kann im Grunde in zwei Stufen in einem derartigen Netzwerk aufgeteilt werden: Fairness je Strom, wobei der Planer bei jeder Station die örtlichen Verkehrsströme 116-1 bis 116-N plant um Fairness untereinander zu gewährleisten; und Fairness je Station, wobei alle Stationen 108-1 bis 108-N in dem ganzen Netzwerk derart gesteuert werden sollen, dass die Funkmittel auf faire Art und Weise geteilt werden können.
Die beiden Fairnesstypen, per Strom und per Station, müssen beibehalten werden um eine systemweite Fairness zu gewähren. Obwohl eine drahtlose Station planen kann, wie eine verdrahtete Betriebsart das macht, um eine Fairness je Strom zu erzielen, macht das Fehlen von Koordination unter den Stationen eine Fairness je Station problematisch. Die übliche Lösung belastet den AP mit der Planung der Frameübertragungen von/zu allen Stationen. Da der AP keine Information über die Verkehrsströme einzelner Stationen hat, sollen diese Stationen ihre Verkehrszustandsinformation an den AP weiterleiten, so dass der Planer im AP einwandfrei funktionieren kann. So soll beispielsweise der Planer wenigstens wissen, ob eine Station Pakete senden soll; die meisten fairen Planungsalgorithmen erfordern mehr detaillierte Information als dies, wie die Ankunftszeit einzelner Pakete, zwecks einer einwandfreien Berechnung der Übertragungsreihenfolge. Die Verzögerung aber in der Vermittlung dieser Zustandsinformation könnte die Information überholt machen, wenn diese von dem AP Planer verwendet werden soll. Eine häufigere Übertragung dieser Information könnte das Problem lindern, es würde aber wesentliche Steuerkosten auf sich ziehen. Auf diese Weise ist eine bessere und robustere Art und Weise eine Fairness per Station zu erzielen, einen verteilten Planungsalgorithmus zu verwenden statt sich auf den AP Planer zu verlassen.
Viele bestehende drahtlose Netzwerke unterstützen mehr als nur eine einzige physikalische Übertragungsrate. Ein 802.11 drahtloser LAN kann 11, 5,5, 2 und 1 Megabit in der Sekunde (Mbps) unterstützen, während ein 802.11a drahtloser LAN bis zu 8 verschiedene Raten unterstützen kann. Je nach dem Zustand des Kanals, insbesondere dem Abstand von dem AP, können drahtlose Stationen verschiedene Übertragungsraten wählen, und zwar zur Steigerung der Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Übertragung. Wie beispielsweise in 1 dargestellt, kann die Station 108-N 1 Mbps wählen um Datenframes zu/von dem AP zu senden/empfangen, während die Station 108-1 11 Mbps wählt. Es ist betrügerisch eine faire Teilung von Mitteln unter den Stationen in einem derartigen Netzwerk zu definieren, weil Verwendung verschiedener Übertragungsraten um verschiedene Stationen mit einem gleichen Verkehrsbetrag zu bedienen, erfordert Zuordnung verschiedener Beträge an Luftzeit zu den Stationen. Auf diese Weise ist eine faire Teilung von Systemdurchfluss nicht länger synonym mit einer fairen Verteilung von Luftzeit in einem System, das mehrere Übertragungsraten unterstützt. In verdrahteten Netzwerken gibt es derartige ortsabhängige Übertragungsraten nicht, und folglich kann das Anwenden der bestehenden Planungsalgorithmen (entworfen für verdrahtete Netzwerke) ohne Berücksichtigung dieser Eigenschaft dazu führen, dass eine Station Funkquellen missbraucht.
Eine andere durchaus bekannte Eigenschaft bei drahtlosen Netzwerken ist die hohe Wahrscheinlichkeit von Übertragungsfehlern und der intrinsischen Ortsabhängigkeit. Jede drahtlose Station kann durch Mehrstreckenschwund und durch elektromagnetische Interferenz verschiedene Wahrscheinlichkeiten von Übertragungsfehlern erfahren. Anders als ortsabhängige Übertragungsraten, welche die Fairness je Station beeinträchtigen, beeinträchtigen ortsabhängige Fehler vorwiegend die Fairness je Strom unter Verkehrsströmen innerhalb einer Station. So kann beispielsweise der Fluss 116-1 der Station 104 in 1 unter hohen Übertragungsfehlerpegeln leiden, während der Fluss 116-2 fehlerfrei ist. Eine typische Lösung ist, den Fluss zu kompensieren, der den Fehler erfahren hat, mit extra Luftzeit zu einem Zeitpunkt, wo der Kanalzustand geklärt ist. Ströme mit höheren Fehlerraten benutzen aber mehr Luftzeit zum Kompensieren des Verlustes an Durchfluss, verursacht durch Übertragungsfehler. Diese Beanspruchung von Funkmitteln durch die fehleranfälligen Ströme reduziert an sich dann wieder den gesamten Systemdurchfluss. In einem IEEE 802.11 drahtlosen LAN wird jedes Frame neu übertragen, bis an die Versuchsgrenze (=7) Mal im Falle eines Übertragungsfehlers. Dieser MAC-Schichtneuübertragungs mechanismus kompensiert indirekt fehlerempfindliche Ströme, wie dies der oben genannte Planer macht, wodurch auf diese Weise die Funkmittel übermäßig beansprucht werden. Deswegen muss ein in drahtlosen Netzwerken zu verwendender Planungsalgorithmus auch imstande sein, sich mit der Unfairness, verursacht durch den MAC-Schichtneuübertragungsmechanismus, zu befassen.
Das Dokument: "Achieving Service Differentiation and High Utilization in IEEE 802.11", "Technical Report 322" Juni 2003, "Institute of Computer Science" (ICS) Griechenland, beschreibt das Erzielen von Dienstdifferenzierung in drahtlosen LANs. Ein Dienstdifferenzierungsmechanismus basiert auf der Steuerung des minimalen Wertes des Streitfensters CW_min. Dieser Mechanismus umfasst das herkömmliche Zurückdrehverfahren der Verdopplung des Streitfensters nach einem Zusammenstoß, und das Rückstellen des Fensters nach einer erfolgreichen Übertragung. In dem Abschnitt 3 wird ein Algorithmus zum Zuordnen und zur adaptiven Neuberechnung von CW_min beschrieben. Das CW_min verhalt sich umgekehrt proportional zu einer Gewichtung einer Klasse und proportional zu einem Skalierungsfaktor und der Framegröße der betreffenden Klasse. Das Dokument suggeriert, dass die Gewichtung für eine Klasse auf Basis der Priorität der Klasse selektiert wird, aber schweigt darüber, wie genau die Gewichtung angesetzt werden soll. Folglich wird der Wert für CW_min neu berechnet, und zwar auf Basis des Summendurchflusses, wie beim AP gemessen.
Die vorliegende Erfindung ist gemacht worden um sich mit den oben genannten bekannten Mängeln zu befassen. Es ist daher u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung je Station und je Strom systemweit Fairness zu implementieren, und zwar in einem Netzwerk mit Stationen, die imstande sind, erfolgreich über ein Kommunikationsmedium nicht mehr als jeweils nur eine Verzögerung zu übertragen und die simultan und mit einer gemeinsamen rate erlöschen betreffender wirklicher Verzögerungen, angewandt vor dem Neuversuch über das Medium zu übertragen.
Deswegen ist ein Verfahren zur Regelung der Übertragung in Anspruch 1 definiert, und ein System zur Regelung der Übertragung ist in Anspruch 10 definiert, und eine integrierte Schaltung ist in Anspruch 20 definiert.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im Folgenden näher beschrieben. Es zeigen:
1 ein Flussdiagramm eines allgemeinen drahtlosen/mobilen Netzwerkes,
2 ein Flussdiagramm eines Beispiels eines Prozesses, der bei einer Station nach der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden kann,
3 ein Flussdiagramm eines Beispiels eines Prozesses in Bezug auf einen Stationscontroller nach der vorliegenden Erfindung,
4 ein Flussdiagramm eines Beispiels eines anderen Prozesses, der bei einem Stationscontroller nach der vorliegenden Erfindung durchgeführt werden kann, und
5 einige Tabellen von Simulationsergebnissen nach der vorliegenden Erfindung.
Nach der vorliegenden Erfindung und als Illustration und nicht als Begrenzung wird Fairness je Strom und je Station auf einen drahtlosen LAN 100 angewandt, wie dies in 1 dargestellt ist und insbesondere arbeitend unter IEEE 802.11e. Diese Standardmerkmale Dienstqualität gewährleistet Pakete in der QoS Station (QSTA) auf Basis von vier verschiedenen Benutzerprioritätsklassen (UP). Folglich beispielsweise 910 Anrufe können eine höhere Prioritätsklasse benutzen als eine typische SMS Nachricht aus einem Telefon. Die QSTAs und der QoS Controller oder AP (QAP) bieten eine QoS Möglichkeit, die eine hybride Koordinationsfunktion (HCF) hat. (Diese HCF ist die neue Koordinationsfunktion, die in dem bevorstehenden IEEE 802.11e Entwurfsstandard für QoS definiert ist). Dieser letztere hat zwei Betriebsarten, eine streitbasierte Kanalzugriffsfunktion, bekannt als EDCA ("enhanced distributed channel access") und eine Kanalzugriffsfunktion auf Basis der Abfrage, bekannt als HCCA ("HCF controlled channel access"). Die Grundlagen der vorliegenden Erfindung werden auf geeignete Art und Weise auf EDCA angewandt, der mit Priorität versehenen Verkehr erledigt, und wird nachstehend im Zusammenhang mit der Infrastrukturmode, d. h. QSTA zu QAP Kommunikation und umgekehrt beschrieben.
Unter EDCA sind die QSTAs imstande, über das drahtlose Medium nur jeweils eine Übertragung durchzuführen. Um Zusammenstöße zwischen gleichzeitig auftretenden versuchten Übertragungen von verschiedenen Stationen zu vermeiden, was zu betreffenden erfolglosen Übertragungsversuchen führt, arbeiten die QSTAs unter dem trägerempfindlichen Mehrfachzugriff mit einem Zusammenstoßvermeidungsprotokoll (CMSA/CA). Jeder QSTA 108-1 bis 108-N fühlt, ob das Medium 112, beispielsweise ein Übertragungskanal, besetzt oder frei ist, und wartet Übertragung ab, wenn detektiert wird, dass das Medium besetzt ist. Dennoch können Zusammenstöße nicht völlig eliminiert werden, und zwar wegen der verzögerten Perzeption durch jeden QSTA einer anderen Aktivität des QSTAs. Die QSTAs ringen um eine Übertragungsmöglichkeit (TXOP), die ein begrenztes Intervall ist, in dem der QSTA Verkehr in Form einer Reihe von Frames oder Mediumzugriffssteuerung (MAC) Dienstdateneinheiten (MSDUs) übertragen kann. Während einer TXOP oder bis zu dem Zeitpunkt, wo das Fehlen einer versuchten Übertragung durch einen Zusammenstoß oder durch andere Faktoren bekannt geworden ist, wie durch Ablauf eines Bestätigungstimers (ACK), wird jeder QSTA spüren, dass das Medium besetzt ist und wird deswegen nicht versuchen zu übertragen. Um Zusammenstöße zu vermeiden muss der QSTA, der gerade den TXOP oder einen Zusammenstoß erfahren hat, zwei aufeinander folgende Zeitperioden warten, bevor Übertragung neu versucht wird. Die erste Zeitperiode ist als eine beliebiger Interframeraum (AIFS) bekannt. Dies ist ein Zeitintervall, für das jeder QSTA wahrnehmen muss, ob das Medium frei ist vor dem Versuch zu übertragen. Das zweite Zeitintervall wird als Zurückdrehintervall bezeichnet. Das Zurückdrehintervall besteht aus einer Reihe identischer Zeitschlitze mit einer Dauer aSlotTime, wobei das Intervall erfahren wird durch schlitzweise Verminderung während Perioden, in denen erfahren wird, dass der Kanal leer ist. Das Zurückdrehintervall wird pseudobeliebig selektiert, d. h. mit einer Pseudozufallszahl an Schlitzen, so dass die Wahrscheinlichkeit von zwei oder mehr QSTAs, die versuchen, simultan zu übertragen, gering ist. Das Intervall, in dem die pseudobeliebige Selektion durchgeführt wird, hat als unter Grenze 0 mit einer oberen Grenze gleich CW·aSlotTime, wobei CW für Streitfenster steht. Um das Auftreten von Zusammenstößen zu verringern wird die Anzahl Schlitze von CW für einen QSTA erhöht, und zwar nach dem Zusammenstoß entsprechend der Formel CW: = 2(CW + 1) – 1 jeweils abhängig von dem maximalen Wert von CW_max und abhängig von der MAC Neuversuchsgrenze, deren Erreichung das Paket eliminiert. Andererseits setzt jeder erfolgreiche Versuch einen exklusiven Übertragungszugriff für eine vorher definierte Zeitperiode zu erzielen, d. h. jeder erfolgliche TXOP, den CW für den QSTA auf die Vorgabemenge CW_min zurück. Obschon ein zunehmendes CW einen neu auftretenden Zusammenstoß vermeidet, reduziert es auch die Anzahl oder die Frequenz von Versuchen durch den QSTA einen TXOP zu erzielen. Im Wesentlichen schafft EDCA, dass CW_min, CW_max, CW_max und TXOP um eine UP Klasse variiert. Höhere Werte der ersten drei Parameter verringern die Anzahl Versuche zum Erzeilen eines exklusiven Übertragungszugriffs (nachstehend als "ATAAs" bezeichnet), wäh rend ein höherer Wert dieses Parameters keinen Effekt auf ETAA hat aber mehr Übertragungszeit erfordert. Wegen der funktionellen Beziehung mit UP werden die Parameter nachstehend als CW_min[UP], CW_max[UP], AIFS[UP] und TXOP[UP] bezeichnet. Diese Zugriffsparameter werden in einem periodisch (beispielsweise 50 ms) gesendeten Bakensignal von dem AP 104 zu den anderen Stationen 116-1 bis 116-N geliefert und können in jeder beliebigen Sendung aktualisiert werden.
Die Varianz der Zugriffsparameter durch UP ist ein neues Merkmal in IEEE 802.11e, das nicht in dem ursprünglichen IEEE 802.11 Standard gefunden wird. Inter 802.11 würde jede drahtlose Station) WSTA oder STA) über ein eingestelltes Zeitintervall übertragen und ACK Zeitgeber würden über ein eingestelltes Zeitintervall enden, wobei kein Intervall, das um eine Prioritätsklasse variiert, ein Konzept, das es in 802.11 nicht gab. Außerdem ist der 802.11 Zielinterframeraum (DIFS), der dem AIFS von 802.11e entspricht, konstant. Als eine Folge des Obenstehenden enden die STAB die Zurückdrehverzögerungen vor der neu versuchenden Übertragung simultan und mit einer gemeinsamen Rate. Das heißt, am Ende der Übertragung eines STA oder wenn ein Zusammenstoß oder ein anderer Typ eines fehlerhaften Übertragungsversuchs bekannt gemacht wird, und nach dem DIFL Intervall endet jeder STA schlitzweise die betreffende Zurückdrehung synchron, wobei ein nachfolgender Übertragungsversuch durchgeführt wird, wenn ein STA aus Zurückdrehschlitzen läuft. Auch hier wird ein Enden der Zurückdrehungen aufgeschoben, bis das Medium wieder für die Periode DIFS leer ist.
Der Gleichlaufablauf der Zurückdrehungen unter IEEE 802.11 gleicht unter STAB die mittlere Zurückdrehung zwischen Zusammenstößen aus, wenn über eine längere Zeitperiode besehen. Der Grund dazu ist Folgender. Erstens, wenn wir der Einfachheit halber ein Netzwerk mit nur zwei STAs betrachten, wird jede der Zurückdrehungen zwischen Zusammenstößen pseudobeliebig aus dem Intervall [0 – CW_min]·aSlotTime selektiert, ausgenommen für die Zurückdrehungen unmittelbar nach dem ersten Zusammenstoß. Sogar diese Zurückdrehungen, die unmittelbar dem ersten Zusammenstoß folgen, werden aus demselben Intervall selektiert. Deswegen ist der erwartete mittlere Wert der Zurückdrehungen für jede der zwei STAs gleich und nahezu gleich "aSlotTime·CW_min/2” obschon etwas höher wenn die unmittelbar nachfolgenden Zurückdrehungen berücksichtigt werden. Da aber die Zeit zwischen Zusammenstößen zunimmt, nähert der erwartete Mittelwert aSlot-Time·CW/2 für jede STA. Es kann eine lange Zeitperiode vorausgesetzt werden, und zwar wegen der Seltenheit von Zusammenstößen in einem System mit beliebiger Zurückdrehung. Wenn mehr als zwei STAB betrachtet werden, sind nicht alle STAs an einem Zusammenstoß beteiligt und die Wahrscheinlichkeit eines gewissen Zusammenstoßes zu einem bestimmten Zeitpunkt nimmt zu; dennoch suggeriert die Tatsache, dass eine erfolgreiche Übertragung CW zurücksetzt, dass der erwartete Mittelwert dennoch "aSlotTime·CW_min/2" für N STAs im Laufe der Zeit annähert. Da die Zurückdrehintervalle der betreffenden STAs synchron ablaufen, wobei über dieselbe Zeitlänge vorausgesetzt wird, dass die STAs kontinuierlich zurückgestellt werden, und da die mittleren Längen der Zurückstellintervalle gleich sind, ist die Anzahl Zurückdrehintervalle für jede STA identisch. Weiterhin ist, da die Anzahl Zurückdrehungen der Anzahl ETAAs entspricht, die Anzahl ETAAs für jede STA identisch. Jede STA entspricht dadurch der fairen Verteilung der Luftzeit. Die Möglichkeit, dass eine STA nicht ständig zurückgestellt wird, beeinträchtigt diese Fairness nicht, weil diese STA nicht über das Verfehlen einer Übertragungsmöglichkeit zu einem Zeitpunkt sich beklagen kann, wenn die STA keinen Verkehr übertragen soll. Das heißt, jede STA erhält die gleiche Anzahl Möglichkeiten exklusiven Übertragungszugriff für eine Zeitperiode zu erzielen, wobei diese Zeitperiode unter STAs invariabel ist. Das Verschwenden einer Möglichkeit durch gewisse STAs, und zwar wegen Zusammenstöße oder Fehler, oder die Fähigkeit/Unfähigkeit einiger Stationen die Möglichkeit wegen zu hoher/niedriger Übertragungsraten zu vermarkten, beeinflusst nicht die Fairness je Station möglicherweise gleicher Luftzeit für alle.
Dies alles ändert mit IEEE 802.11e, weil die Varianz der Zugriffsparameter mit Priorität den Gleichschrittablauf der Zurückdrehungen unterbricht. Insbesondere variiert AIFS[UP] mit der QoS Prioritätsklasse UP, so dass Klassen mit kürzeren AIFS[UP] Verzögerungen mit dem Ablauf von Zurückdrehschlitzen anfangen vor anderen Klassen, wodurch Gleichschrittablauf von Zurückdrehungen zerstört wird.
Nach der vorliegenden Erfindung wird Gleichschrittablauf von Zurückdrehungen dadurch wieder hergestellt, dass der einzelne Zeitparameter CW_min[UP] als "Knopf" verwendet wird, mit dessen Hilfe Übertragungszugriff mit Genauigkeit und auf eine Art und Weise geregelt wird, die eine faire Teilungsmöglichkeit für Übertragungszugriff erfordert. Und zwar auf Basis von Benutzerpriorität UP.
Wegen Gleichschrittablauf nach der vorliegenden Erfindung und wobei auch hier der Einfachheit halber ein Netzwerk mit zwei Stationen betrachtet wird, und als weite re Vereinfachung, dass die Stationen verschiedene betreffende UPs haben, ist die mittlere Zurückdrehung zwischen Zusammenstößen für die Station 1 aSlotTime·CW_min[UP1] und aSlotTime·CW_min[UP2] für Station 2. Dies schließt wieder den Effekt des ersten Zusammenstoßes aus, einen Effekt, der minimiert wird, je nachdem die Zeit zwischen Zusammenstößen zunimmt. Da Zurückdrehungen synchron ablaufen: E[n1]:E[n2] ≈ (1/CWmin[UP1]):(1/CWmin[UP2])wobei n₁ die Anzahl der Zurückdrehintervalle für die Station 1 zwischen den Zusammenstößen ist, wobei n₂ die Anzahl der Zurückdrehintervalle für die Station 2 zwischen den Zusammenstößen ist, wobei E[n₁] und E[n₂] die betreffenden Mittelwerte oder die erwarteten Werte von n₁ und n₂ ist, wobei ":” das Verhältnis zwischen zwei Mengen bezeichnet, und wobei "≈" nahezu gleich bedeutet.
Eine genaue Gleichheit wird im Laufe der Zeit erreicht, sogar im Falle vieler QSTAs verschiedener UPs, wie oben beschrieben. Mit anderen Worten für jede Station i nähert das Produkt E[n_i]·CW_min[UP_i] einer vorher definierten Konstanten über eine lange Perioe, während die QSTAs kontinuierlich zurückgedreht werden, wobei die Konstante mit i invariabel ist.
Im Endeffekt ist die Anzahl Versuche mit exklusivem Übertragungszugriff (ETAAs) umgekehrt proportional zu CW_min[UP]. Darin liegt der Schlüssel zur fairen Teilungsregelung von Übertragungszugriff. Verwendung dagegen von AIFS[UP] unter IEEE 802.11e zur Regelung durch Reduktion der Verzögerung für Pakete höherer Priorität kann zu mehr Übertragungsmöglichkeiten führen und/oder zu mehr Luftzeit, es ist aber nicht deutlich wie viel mehr, ausgenommen aber durch empirische Beobachtung. AIFS[UP] ist folglich nicht ein genauer Knopf wie der einzelne Zeitparameter CW_min[UP] nach der vorliegenden Erfindung, und kann deswegen nicht mit der Genauigkeit und der Bequemlichkeit verwendet werden, mit der CW_min[UP] benutzt wird zum Erzielen einer fairen Teilung von Luftzeitmöglichkeiten entsprechend der vorliegenden Erfindung.
Obschon die oben stehende Analyse voraussetzt, dass jede QSRA Verkehr eines einzigen UP erledigt, gilt die Analyse sogar wenn ein UP über QSTAs verteilt wird, und zwar während Zeitperioden, in denen jede QSTA nach wie vor denselben betreffenden UP erledigt. Das heißt, im Laufe der Zeit, worin jede STA nach wie vor denselben betref fenden UP erledigt, wobei keiner der genannten Versuche erfolglos ist und wobei die Stationen ständig zurückgestellt werden, nähert das Produkt E[n_i]·CW_min[UP_i] einer vorher definierten Konstanten. Es liegt im Rahmen der vorliegenden Erfindung, CW_min[UP] als einen effizienten, genauen Übertragungsmöglichkeitsknopf zu verwenden, sogar wenn ein UP über QSTAs verteilt ist.
2 zeigt ein Beispiel einer Verkehrsübertragung bei einer QSTA nach der vorliegenden Erfindung. Der von der QSTA zu übertragende Verkehr wird in Sessionen aufgeteilt, die je einen Verkehrsstrom haben, wie ein Paket oder MSDU, oder eine Sammlung von Verkehrsströmen. Eine Session kann auch beispielsweise den ganzen von einer betreffenden QSTA übertragenen Verkehr enthalten. Jeder Session ist ein UP gewährt, und mit dem CW für eine Session, die anfangs auf CW_min[UP] (Schritt S204) gesetzt ist, wird das Rückstellintervall selektiert (Schritt S208). Wenn die QSTA bereit ist zu Übertragen (Schritt S212), was immer der Falls ein wird, während die QSTA ständig mit Verkehr zurückgestellt wird, spürt die QSTA unter dem CSMA/CA Protokoll, ob das drahtlose Medium leer ist. Wenn gefühlt wird, dass das Medium für weniger als den AIFS leer ist, wird wird der AIFS zurückgestellt (Schritt S216, S220); anderenfalls beginnt der Ablauf des Rückstellintervalls (Schritt S224). Bemerkenswert und im Gegensatz zu IEEE 802.11 e ist der AIFS invariant mit UP, so dass der Rückstellablauf im Gleichschritt geht, wodurch CW_min[UP] zu einem genauen Kopf gemacht wird, mit dessen Hilfe ein fairer Zugriff auf Übertragungsluftzeit geregelt wird. Wenn in dem Schritt S212 eine QSTA nicht fertig ist, d. h. nicht zurückgestellt wurde, wird eine andere QSTA in dem Gleichschrittschema versuchen, zuzugreifen, was dafür sorgt, dass das Medium als besetzt erfahren wird. Deswegen resynchronisiert die QSTA, bei der ein Versuch zuzugreifen, misslingt, mit den anderen QSTAs nachher, wenn die QSTA wieder zurückgestellt ist. Wenn der letzte Schlitz abläuft (Schritt S228), versucht die QSTA das eine Paket oder mehrere Pakete zu übertragen, welche die Session während einer TXOP (S232) enthalten. Wenn die QSTA bestimmt, wie durch Empfang eines ACK, dass die Übertragung erfolgreich gewesen ist (Schritt S236), wird die nächste Session verarbeitet (Schritt S240). Anderenfalls, wenn die QSTA ermittelt, dass die Übertragung nicht erfolgreich war, wie durch Ablauf eines ACK Zeitgebers, wird ein Übertragungsversuch für diese Session wiederholt durch Erhöhung des CW und durch Selektion einer Rückstellung auf Basis des neuen CW (S244). Ungeachtet der betreffenden Übertragungsraten der jeweiligen QSRA 108-1 bis 108-N gewährt jeder der QSTAs den Sessionen die Möglichkeit einer Übertragung während einer Luftzeit, die nur mit der Priorität der Session ändert, d. h. eine faire Teilung der Luftzeit.
3 zeigt ein Beispiel eines Verfahrens der Zuordnung von Übertragungsluftzeit zu QSTAs gleicher Übertragungsrate, wobei nach der vorliegenden Erfindung CW_min[UP] als ein genauer Bandbreitenzuordnungsknopf verwendet wird. Zunächst wird eine Beobachtung der Bandbreite durchgeführt, die durch verschiedene UPs verwendet wird (Schritt S304). Dies kann beispielsweise unter idealen oder gewünschten Kanalumständen erfolgen. Danach wird CW_min[UP] umgekehrt proportional zu der betreffenden beobachteten Klasse von Bandbreiten eingestellt (S308). Diese ersten zwei Schritte können a priori beim Konfigurieren eines Netzwerkes durchgeführt werden. Einstellungen der Bandbreite nachdem der Netzwerkbetrieb angefangen hat, werden mit dem AP 104 ausgeführt, und zwar mit Hilfe des genauen CW_min[UP] Bandbreitenzuordnungsknopfes (S312). Bandbreite wird nicht gewährleistet. Stattdessen ist das Ziel, die Möglichkeit zu gewähren, Luftzeit fair zu teilen, wobei eine faire Teilung durch Priorität bestimmt wird und robust ist für fehlerempfindliche QSTAs, die sonst die gesamte Systemleistung verringern könnte, wenn Fairness je Station vorwiegend auf erfolgreichen Übertragungen basiert wäre.
4 ist ein Flussdiagramm, das beispielsweise ein Verfahren zum Implementieren der zweiten Stufe in einer fairen Zuordnung zeigt, und zwar Fairness je Strom, nach der vorliegenden Erfindung. Für einen fehlerhaften Übertragungsversuch durch den AP (Schritt S404) wird, wenn die Neuversuchsgrenze dabei überschritten wird (Schritt S408), das nächste Frame verarbeitet (Schritt S412). Anderenfalls wird, wenn die Neuversuchsgrenze nicht überschritten wird, das Frame neu Übertragen (Schritt S416). Die Session, zu der das Frame gehört, wird dazu mehr von der Übertragungszeit des APs verbrauchen, und zwar wegen der Neuübertragungsversuches. Zum Ausgleich und durch Einhaltung der Fairness je Strom wird eine andere Session mit mehr Übertragungsmöglichkeiten versehen (Schritt S420). Die zusätzliche Übertragungsmöglichkeit kann in Form eines erweiterten TXOP sein, wodurch die Session um ein zusätzliches Frame vergrößert werden kann.
Da die Hauptangelegenheit mit Ungerechtigkeiten je Strom ist, die ortsabhängig sind, und da der AP 104 die einzige IEEE 802.11e QSTA ist, deren Ströme zu verschiedenen Zielen in der Infrastrukturbetriebsart sind, kann die oben beschriebene örtliche Planerfunktion für Fairness je Strom vorwiegend in dem AP 104 liegen. Dies ist eine Effizienz, verwirklicht zusätzlich zu denen, herrührend von der verteilten Regelung je Station.
5 zeigt zwei Tabellen von Simulationsergebnissen nach der vorliegenden Erfindung. Bei den Simulationen wird vorausgesetzt, dass IEEE 802.11 STAB in der DCF Betriebsart arbeiten, die der aktuellen EDCA Betriebsart von 802.11 e entspricht. Die Infrastrukturbetriebsart wurde auch vorausgesetzt. Außerdem wurde die Wahl von Übertragungsraten 11, 5,5, 2 und 1 Mbps vorgeschlagen, ebenso wie eine Neuversuchsgrenze von 7. Es wird vorausgesetzt, dass jede Station ständig zurückgestellt wird und jede Station nur ein Frame je Übertragungsmöglichkeit übertragen kann. Weiterhin wurde vorausgesetzt, dass die Stationen gleiche Übertragungsraten haben. Durch Regelung durch den einzelnen Zeitparameter CW_min[UP], dessen Werte in umgekehrtem Verhältnis zu der Priorität oder der zugeordneten Gewichtung des von einer Station zu übertragenden Verkehrs eingestellt werden, zeigt sich in der Tabelle 1, dass jede Teilung der Übertragungsmöglichkeiten der Station mit der zugeordneten Priorität Spur hält. Der CW_min[UP] Knopf zeigt größere Genauigkeit in der Tabelle 2, wobei jeder der vier UPs auf vier Stationen statt auf zwei Stationen angewandt wird.
Text in der Zeichnung

1
Stand der Technik
5
Stationsnummer
Zugeordnete Gewichtung
Wirklicher Anteil

Claims

Verfahren zur Regelung der Übertragung von Verkehr über ein Kommunikationsmedium (112), wobei das genannte Verfahren die nachfolgenden Verfahrensschritte umfasst: – das Schaffen einer Anzahl Stationen, die imstande sind, erfolgreich über das Medium nicht mehr als nur ein (108-1...108-N) gleichzeitig zu übertragen, wobei die vielen Stationen gleichzeitig und mit einer gemeinsamen Rate wirkliche Verzögerungen erfahren, angewandt vor dem neuen Versuch über das genannte Medium zu übertragen (S224, S228, S232); und – das Verwenden eines einzigen Zeitparameters (S204) durch Spezifikation betreffender Vorgabemengen als seine Werte, auf deren Basis entsprechende Werte der genannten Verzögerungen selektiert werden, um für jede die vielen Stationen die Anzahl Versuche zu regeln, und zwar für eine vorher definierte Periode (S232), einen exklusiven Übertragungszugriff, wobei die Werte in Reaktion auf Ergebnisse der betreffenden Versuche) S204, S244) aktualisiert werden, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die nachfolgenden Verfahrensschritte umfasst: – das Beobachten der Bandbreite, die durch verschiedene Benutzerprioritäten (S304) verwendet werden, und – das Einstellen der Vorgabemengen für die verschiedenen Benutzerprioritäten, die umgekehrt proportional zu der beobachteten Bandbreite (S308) sind, und daraufhin – das Einstellen der Vorgabemengen derart, dass die Produkte aus den genannten Vorgabemengen und den erwarteten Raten der betreffenden Versuchen für lange Zeitperioden, wenn keiner der genannten Versuche nicht erfolgreich ist und wobei die Stationen ständig zurückgestellt werden, bzw. das Annähern eines vorher definierten Konstanten (S312).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die genannten Vorgabemengen die betreffenden oberen Grenzen bei Bereichen darstellen, aus denen die entsprechenden Verzögerungen selektiert werden (S208).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Aktualisierung die genannten Werte erhöht, die bei den betreffenden nicht erfolgreichen Versuchen aktualisiert werden und die genannten Werte, die aktualisiert werden, zurücksetzt, und zwar auf ihre entsprechenden Vorgabewerte bei erfolgreichen Versuchen (S204, S244).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Stationen derart konfiguriert sind, dass die drahtlos den Verkehr mit Hilfe des Mediums (112) übertragen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die genannten Vorgabewerte dieselben Werte sind für die betreffenden Versuche der genannten Versuche mit derselben Dienstqualitätspriorität, ungeachtet der betreffenden Datenübertragungsraten (S204).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Teil des Verkehrs, der von einer der vielen Stationen übertragen wird, in Sessionen betreffender Priorität aufgeteilt wird, wobei die genannten erwarteten Raten und die genannten Vorgabemengen in ihrer Priorität variieren, und zwar entsprechend den betreffenden Prioritäten (S204).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei ein Teil des Verkehrs durch einen Controller zu den Stationen übertragen wird, wobei der genannte Teil in Sessionen (S420) aufgeteilt wird, wobei die Session in Frames (S416) aufgeteilt wird, wobei der Controller, auf Basis eines nicht erfolgreichen Versuches ein Frame der Frames zu übertragen, wobei der Controller auf Basis eines nicht erfolgreichen Versuches bei der Übertragung eines Frames der Frames extra Übertragungsmöglichkeiten bietet bei einem Frame einer anderen Session (S420).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das genannte Spezifizieren als ihre Werte weiterhin Folgendes betrifft: das Erfüllen jeder beliebigen gegebenen, gezielten, proportionalen Steigerung oder Verringerung in den betreffenden Raten der erwarteten Raten, eine einzige Instanz einer Neuspezifikation (S312).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die genannten Stationen fühlen, dass das Medium eine vorbestimmte Periode vor der Anwendung der genannten betreffenden wirk lichen Verzögerungen (S216, S220) leer ist, wobei diese vorbestimmte Periode nicht um Dienstqualitätspriorität variiert, wobei die erwarteten Raten und die genannten Vorgabemengen um die genannte Priorität (S240) variieren.
System zur Regelung der Übertragung von Verkehr über eine Kommunikationsmedium, wobei das genannte System Folgendes umfasst: – eine Anzahl Stationen, die imstande sind, erfolgreich über das Medium nicht mehr als nur eine gleichzeitig zu übertragen (108-1...108-N), wobei die vielen Stationen derart konfiguriert sind, dass sie gleichzeitig und mit einer gemeinsamen Rate die betreffenden wirklichen Verzögerungen auslaufen lassen, die vor dem Neuversuch zur Übertragung über das genannte Medium (S224, S228, S232) angewandt wurden; und – einen Controller, konfiguriert zur Verwendung eines einzigen Zeitparameters (104, S204) durch Spezifikation als den Wert betreffende Vorgabemengen, wobei auf Basis dieser Werte entsprechende Verzögerungen dieser Verzögerungen selektiert werden, um für jede gegebene oder mehrere der genannten Stationen die Anzahl Versuche zu regeln um für eine vorbestimmte Periode (S232) exklusive Übertragungszugriff zu erzielen, wobei die Werte aktualisiert werden, und zwar in Reaktion auf Ergebnisse der betreffenden Versuche (S204, S244) dadurch gekennzeichnet, dass der Controller vorgesehen ist – zum Beobachten der Bandbreite, die durch verschiedene Benutzerprioritäten (S304 (benutzt werden, und – zum Einstellen der Vorgabemengen für die verschiedenen Benutzerprioritäten, die umgekehrt proportional zu der beobachteten Bandbreite (S308) sine, und danach – zum Einstellen der Vorgabemengen, so dass die Produkte aus den genannten Vorgabemengen und den erwarteten Raten der betreffenden Versuchen der genannten Versuchen, für lange Perioden, wenn keine der genannten Versuche unerfolgreich ist und in denen die Stationen kontinuierlich zurückgestellt werden, bzw. zum Annähern einer vordefinierten Konstanten (S312).
System nach Anspruch 10, wobei die genannten Vorgabemengen betreffende obere Grenzen an Bereichen darstellen, aus denen die genannten Verzögerungen selektiert werden (S208).
System nach Anspruch 10, wobei die Aktualisierung die genannten Werte erhöht, die die bei den betreffenden unerfolgreichen Versuchen der genannten Versuchen aktualisiert werden und die genannten Werte, die aktualisiert sind, bei den betreffenden erfolgreichen Versuchen der genannten Versuche (S204, S244) auf ihre entsprechenden Vorgabewerte zurückstellt.
System nach Anspruch 10, wobei der genannte Controller einen Zugriffspunkt aufweist, wobei die Stationen derart konfiguriert sind, dass sie drahtlos den Verkehr mit Hilfe des Mediums (112) übertragen.
System nach Anspruch 10, wobei die genannten Vorgabewerte dieselben sind für die betreffenden Versuche der genannten versuche bei der gleichen Dienstqualitätspriorität, ungeachtet der betreffenden Raten der Datenübertragung (S204).
System nach Anspruch 10, wobei der Teil des Verkehrs, der von jeder der vielen Stationen übertragen wird, in Sessionen betreffender Priorität aufgeteilt wird, wobei die genannten erwarteten Raten und die genannten Vorgabemengen um Priorität entsprechend den betreffenden Prioritäten (S204) variieren.
System nach Anspruch 10, wobei ein Teil des Verkehrs zu den Stationen durch den genannten Controller übertragen wird, wobei der genannte Teil in Sessionen (S420) aufgeteilt wird, wobei die Sessionen in Frames (S416) aufgeteilt werden, wobei der Controller auf Basis eines erfolglosen Versuchs bei Übertragung für ein Frame der Frames, einer zusätzlichen Übertragungsmöglichkeit bietet für ein Frame einer anderen Session (S420).
System nach Anspruch 10, wobei die genannte Spezifikation zu ihren Werten weiterhin betrifft, dass jede beliebige, gegebene, gezielte proportionale Steigerung oder Verringerung in der betreffenden einen der genannten Raten eine einzige Instanz der Neuspezifikation (S312) erfüllt.
System nach Anspruch 10, wobei die genannten Stationen fühlen, dass das Medium eine vorbestimmte Periode vor der Anwendung der genannten betreffenden wirklichen Verzögerungen (S216, S220) leer ist, wobei die genannte vorbestimmte Periode nicht um Dienstqualitätspriorität variiert, wobei die genannten erwarteten Raten und die genannten Vorgabemengen um die genannte Priorität (S204) variieren.
Kommunikationsprogramm, das in einem vom Computer auslesbaren Medium gespeichert ist um dafür zu sorgen, dass ein Computer die Übertragung über ein Kommunikationsmedium verursacht wird um die nachfolgenden Verfahrensschritte durchzuführen: – das Kommunizieren mit einer Anzahl Stationen, die imstande sind, erfolgreich über das Medium höchsten ein (108-1...108-N) zu übertragen, wobei die vielen Stationen gleichzeitig und mit einer gemeinsamen Rate betreffende wirkliche Verzögerungen ablaufen lassen, die vor dem Neuversuch zur Übertragung über das Medium (S224, S228, S232) angewandt wurden, und – das Verwenden eines einzigen Zeitparameters (S204), durch Spezifikation als den Wert betreffende Vorgabemengen, wobei auf Basis dieser Werte entsprechende Verzögerungen dieser Verzögerungen selektiert werden, um für jede gegebene oder mehrere der genannten Stationen die Anzahl Versuche zu regeln um für eine vorbestimmte Periode (S232) exklusive Übertragungszugriff zu erzielen, wobei die Werte aktualisiert werden, und zwar in Reaktion auf Ergebnisse der betreffenden Versuche (S204, S244) dadurch gekennzeichnet, dass der Controller vorgesehen ist – das Beobachten der Bandbreite, die durch verschiedene Benutzerprioritäten (S304) benutzt werden, und – das Einstellen der Vorgabemengen für die verschiedenen Benutzerprioritäten, die umgekehrt proportional zu der beobachteten Bandbreite (S308) sine, und danach – das Einstellen der Vorgabemengen, so dass die Produkte aus den genannten Vorgabemengen und den erwarteten Raten der betreffenden Versuchen der genannten Versuchen, für lange Perioden, wenn keine der genannten Versuche urerfolgreich ist und in denen die Stationen kontinuierlich zurückgestellt werden, bzw. zum Annähern einer vordefinierten Konstanten (S312).
Integrierte Schaltung mit dem Programm und dem von einem Computer auslesbaren Medium nach Anspruch 19 (S312).