DE60210849T2 - Quality-of-Service-Datenverkehr in drahtlosen lokalen Netzwerken - Google Patents

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Description

  • Die Anmeldung steht in Zusammenhang mit der am 2. November 2000 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Seriennr. 60/245,546 auf "Method to dynamically adapt both modifiable and non-modifiable parameters of a wireless data network"; der am 2. November 2000 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Seriennr. 60/245,646 auf "Automated method to dynamically change channels in a wireless data network"; und der am 5. März 2001 eingereichten US-Patentanmeldung mit der Seriennr. 09/800,334 auf "Method to dynamically change all MIB parameters of a wireless data network".
  • Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft Quality-of-Service-Verbesserungen in drahtlosen LAN-Systemen, und genauer gesagt betrifft sie Quality-of-Service-Verbesserungen am WLAN-Standard IEEE 802.11.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Der als IEEE 802.11 bezeichnete IEEE-Standard für drahtlose LANs sorgt für zwei verschiedene Arten, um ein Netzwerk zu konfigurieren: ad-hoc sowie Infrastruktur. Bei einem Ad-hoc-Netzwerk bilden Computer "im Vorbeigehen" ein Netzwerk, wobei jeder Computer oder jede Vorrichtung gemäß 802.11, die am Netzwerk Teil hat, Signale senden und empfangen kann. In einem Ad-hoc-Netzwerk existiert keine definierte Struktur; es existieren keine festen Punkte; außerdem kann jeder Knoten im Netzwerk mit jedem anderen Knoten im Netzwerk kommunizieren. Obwohl es scheint, dass es schwierig ist, in diesem Typ von Netzwerk die Ordnung aufrecht zu erhalten, stehen ausreichend Algorithmen, wie der Spokesman-Election-Algorithm (SEA), zur Verfügung, und sie werden spezifiziert, um eine Maschine als Basisstation, oder Hauptstation, des Netzwerks "auszuwählen", wobei die anderen Maschinen "Unterstationen" sind. Ein anderer Algorithmus in einem Ad-hoc-Netzwerk verwendet ein Rundübertragungs- und Überflutungsverfahren für alle anderen Knoten, um für Identität aller Knoten im Netzwerk zu sorgen.
  • Die Infrastrukturarchitektur sorgt für feste Netzwerkzugangspunkte für Kommunikationsvorgänge mit mobilen Knoten. Diese Netzwerk-Zugangspunkte (APs) sind manchmal mit an Land verlegten Leitungen verbunden, um die Fähigkeit des LAN zu erweitern, drahtlose Knoten mit anderen, leitungsgebundenen Knoten brückenartig zu verbinden. Wenn Dienstgebiete überlappen, können zwischen drahtlosen LANs Übergaben erfolgen. Diese Struktur ist derjenigen sehr ähnlich, wie sie bei Zellennetzwerken verwendet wird.
  • Der Standard IEEE 802.11 legt den Parametern sowohl der physikalischen (PHY) als auch der Mediumszugangssteuerungs(MAC)-Ebene des Netzwerks Spezifikationen auf. Die PHY-Ebene, die tatsächlich die Übertragung von Daten zwischen Knoten handhabt, kann entweder ein Direktsequenz-Spreizspektrum, ein Frequenzhopping-Spreizspektrum oder Infrarot(IR)-Impulspositionsmodulation verwenden. IEEE 802.11 macht Vorgaben für Datenraten bis zu 11 Mbps, und, im Fall einer Spreizspektrumsübertragung, ist ein Betrieb im Frequenzband von 2,4–2,4835 GHz erforderlich, wobei es sich um ein nicht lizensiertes Band für Industrie-, wissenschaftliche und Medien(ISM)anwendungen handelt; außerdem im Frequenzband von 300–428000 GHz für IR-Übertragung. Infrarot wird allgemein als abhörsicherer angesehen, da IR-Übertragungen absolut Direktsicht-Übertragungsstrecken benötigen, d.h., es ist keine Übertragung außerhalb eines einfach verbundenen Raums oder um Ecken herum möglich, im Gegensatz zu Funkfrequenzübertragungen, die Wände durchdringen können und in unbekannter Weise von Dritten abgefangen werden können. Jedoch können Infrarotübertragungen durch Sonnenlicht nachteilig beeinflusst werden, und das Spreizspektrumsprotokoll gemäß 802.11 sorgt für eine gewisse rudimentäre Sicherheit für typische Datenübertragungen. Die physikalische Ebene (PHY) gemäß 802.11b sorgt für Datenraten bis zu 11 Mbps, wozu eine Vorgehensweise unter Verwendung eines Direktsequenz-Spreizspektrums (DSSS) verwendet wird; außerdem sorgt 802.11a für Datenraten bis zu 54 Mbps unter Verwendung einer Vorgehensweise mit orthogonalem Frequenzmultiplex (OFDM).
  • Die MAC-Ebene verfügt über einen Satz von Protokollen, der dafür zuständig ist, beim Gebrauch eines gemeinsam genutzten Mediums die Ordnung aufrecht zu erhalten. Der Standard 802.11 spezifiziert ein Protokoll eines Trägererfassungs-Mehrfachzugangs mit Kollisionsvermeidung (CSMA/CA = Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance). Wenn bei diesem Protokoll ein Knoten ein zu übertragendes Paket empfängt, führt er erst einen Abhörvorgang aus, um sicher zu stellen, dass kein anderer Knoten sendet. Wenn der Kanal frei ist, sendet er das Paket. Andernfalls wählt er einen zufälligen "Zurücksetzfaktor", der die Zeitspanne bestimmt, für die der Knoten warten muss, bis er sein Paket senden darf. Während Perioden, in denen der Kanal frei ist, dekrementiert der sendende Knoten seinen Zurücksetzzähler. Wenn der Kanal belegt ist, dekrementiert er seinen Zurücksetzzähler nicht. Wenn der Zurücksetzzähler Null erreicht, sendet der Knoten das Paket. Da die Wahrscheinlichkeit klein ist, dass zwei Knoten denselben Zurücksetzfaktor wählen, werden Kollisionen zwischen Paketen minimiert. Kollisionserfassung, wie sie im Ethernet® verwendet wird, kann für Funkfrequenzübertragungen gemäß IEEE 802.11 nicht verwendet werden, da dann, wenn ein Knoten sendet, er keinen anderen Knoten im System hören kann, der u.U. sendet, da sein eigenes Signal alle anderen an ihm eintreffenden Signale blockiert. Immer dann, wenn ein Paket zu senden ist, kann der sendende Knoten als Erstes ein kurzes Ready-to-Send(RTS)-Paket herauspicken, das Information zur Paketlänge enthält. Wenn der empfangende Knoten das RTS hört, reagiert er mit einem kurzen Clear-to-Send(CTS)-Paket. Nach diesem Austausch schickt der sendende Knoten ein Paket. Wenn das Paket erfolgreich empfangen wird, wie es durch eine Prüfung auf zyklische Redundanz (CRC) ermittelt wird, sendet der empfangende Knoten ein Bestätigungs(ACK)paket. Dieser Vorwärts-Rückwärts-Austausch ist erforderlich, um das Problem eines "versteckten Knotens" zu vermeiden, d.h., dass ein Knoten A mit einem Knoten B kommunizieren kann und der Knoten B mit einem Knoten C kommunizieren kann, jedoch der Knoten A nicht mit dem Knoten C kommunizieren kann. So kann z.B., obwohl der Knoten A den Kanal als frei erkennen kann, tatsächlich der Knoten C an den Knoten B senden. Das oben beschriebene Protokoll informiert den Knoten A darüber, dass der Knoten B beschäftigt ist und dass er warten muss, bevor er sein Paket sendet.
  • Obwohl 802.11 eine zulässige Maßnahme für drahtlose Datenübertragung bildet, wurden einige Verbesserungen daran vorgeschlagen. Es wird erwartet, dass die Verwendung drahtloser LANs in der Zukunft dramatisch zunimmt, wenn Firmen die verbesserte Produktivität und die erhöhte Mobilität erkennen, für die drahtlose Kommunikationsvorgänge sorgen können.
  • Der Standard IEEE 802.11 (1999) für drahtlose Lokalgebietsnetze (WLAN) unterstützt in seiner MAC-Ebene keine Quality-of-Service(QoS)-Verkehrszustellung. Es ist wünschenswert, für eine Quality-of-Service-Verkehrszustellung für WLAN-Systeme gemäß dem Standard IEEE 802.11 zu sorgen, um die Kommunikationszuverlässigkeit für Vorrichtungen gemäß 802.11 zu verbessern.
  • Es existiert ein Vorschlag einer 802.11-Taskgruppe e (Tge) zur Unterstützung von QoS-Verbesserungen. Virtuelle Ströme mit QoS-Paramterwerten, einschließlich Priorität, Datenrate, Verzögerungsgrenzen und Jittergrenzen, werden unterstützt. Der Vorschlag nutzt eine verbesserte Punktkoordinator(PC)funktion (EPCF) mit dem Merkmal einer zentralisierten Verfügbarkeitssteuerung zum Senden von Reservierungs-Anforderungsrahmen, um neue Bandbreitenzuordnungen anzufordern. Es werden einige neue Daten- und Verwaltungsrahmen verwendet. Es sind neue Bestätigungsvorgehensweisen, direkte Übertragung von Station zu Station, eine Basic-Service-Set(BSS)-Überlappungsverwaltung sowie dynamische, drahtlose Repeaterfunktionen enthalten. Dieser Vorschlag erfordert eine Modifizierung des vorhandenen Standards 802.11, und er unterstützt u.U. keine 802.11-Legacyvorrichtungen, oder wird von diesen unterstützt.
  • Der einschlägige IEEE-Standard ist in ISO/IEC 8802:1999(E) IEEE Std 802.11, 1999 Edition, International Standard [for] Information Technology – Telecommunications and information exchange between systems-Local and metropolitan area networks – Specific Requirements – Part 11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer (PHY) Specifications dargelegt.
  • In den folgenden Literaturstellen sind QoS-Punkte erörtert:
    Im US-Patent Nr. 6,049,549, das am 11. April 2000 für Ganz et al. auf "Adaptive medium control" erteilt wurde, ist eine Vorgehensweise betreffend QoS mit einem Rundabfragemanager, der eine "Just in Time"-Rundabfrage auf Grundlage zugeordneter Bandbreite verwendet, und einen Ressourcenmanager, der für eine Zugangssteuerung sorgt und Netzwerkressourcen zuordnet, beschrieben.
  • Im US-Patent Nr. 5,970,062, das am 19. Oktober 1999 für Bauchot auf "Method and apparatus for providing wireless access to an ATM network" erteilt wurde, ist eine ATM-MAC-Vorgehensweise für QoS beschrieben.
  • Im US-Patent Nr. 5,787,080, das am 28. Juli 1998 für Hulyalkar et al. auf "Method and apparatus for reservation-based wireless ATM local area network" erteilt wurde, ist ein mobiles, drahtloses QoS-Verfahren mit MAC-Prioritätszuteilung auf Reservierungsbasis zur Verwendung bei automatischen Kassengeräten beschrieben. Die Techniken sind nicht mit Paketdaten-WLANs kompatibel.
  • Im US-Patent Nr. 5,745,480, das am 28. April 1998 für Behtash et al. auf "Multi-rate wireless communications system" erteilt wurde, ist ein QoS mit Kommunikationsaushandlung zur Verwendung bei einem drahtlosen Funksystem beschrieben, das dadurch gebildet ist, dass die zum Zuordnen der gewünschten Bandbreite verwendete Codierung direkt modifiziert wird, jedoch ist ein derartiges System nicht mit Paketdaten-WLANs kompatibel.
  • Weitere Information zum Stand der Technik findet sich in der Veröffentlichung von Crow, B. P. et al., "IEEE 802.11 Wireless Local Area Networks," IEEE Communications Magazine, IEEEService Center, Piscataway, N.J., USA, Vol. 35, Nr. 9, 1. September 1997, Seiten 116–126, XP000704431, ISSN: 0163-6804, die vom Europäischen Patentamt dahingehend interpretiert wurde, dass sie ein Prioritätszuteilungsverfahren für Kommunikation zwischen drahtlosen Netzwerkstationen in einem Netzwerk offenbare, mit mindestens einer drahtlosen Netzwerkstation innerhalb einer Prioritätsgruppe sowie unter Verwendung derselben zum Kennzeichnen von Stationen für Kommunikation mit Priorität.
  • Ranashinghe, R.S. et al., "Impact of Polling Strategy on Capacity of 802.11 Based Wireless Multimedia LANs," 28. September 1999, Seiten 96–103, XP010354936 geben ein verteiltes, freies Warteschlangen-Bildungsschema an, das mit dem Standard 802.11 kompatibel ist und eine Bandbreitenzuordnung für verzögerungssensitiven Verkehr verwalten kann.
  • Crow, B. P. et al., "Investigation of the IEEE 802.11 Medium Access Control (MAC) Sublayer Functions," Infocom '97, Sixteenth Annual Joint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies, Driving the Information Revolution, Proceedings IEEE, Kobe, Japan, 7.–11. April 1997, Los Alamitos, CA USA, IEEE Comput. Soc., USA, 7. April 1997, Seiten 126–133, XP010252020, ISBN: 0-88186-7780-5 erörtern Simulationen zum Funktionsvermögen der Medium-Access-Control(MAC)-Unterebene eines entworfenen drahtlosen Lokalgebietnetzwerks gemäß IEEE 802.11, wobei die MAC-Unterebene aus einer verteilten Koordinatenfunktion (DCF) und einer Punktkoordinatenfunktion (PCF) besteht.
  • EP 1 117 211 gibt Verfahren und Systeme für Endgeräte mit gewichteter Rundabfrage in einem drahtlosen Lokalgebietsnetzwerk (WLAN) an, wobei Quality-of-Service(QoS)-Information in Zusammenhang mit den WLAN-Endgeräten erhalten wird. Jedem WLAN-Endgerät kann auf Grundlage der QoS-Information ein gewichteter Rundabfragefaktor zugewiesen werden. Jedes WLAN-Endgerät kann während einer Übertragungsperiode auf Grundlage des jedem WLAN-Terminal zugewiesenen gewichteten Rundabfragefaktors einer Rundabfrage unterzogen werden.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Durch die Erfindung ist ein Verfahren zum Bereitstellen von Quality-of-Service (QoS) in einem drahtlosen LAN gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 geschaffen. Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung sind in abhängigen Ansprüchen wiedergespiegelt.
  • Es ist eine Aufgabe der Erfindung, für erweiterte Quality-of-Service für Vorrichtungen zu sorgen, die gemäß dem Standard IEEE 802.11 für drahtlose LANs arbeiten.
  • Es ist eine andere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren für mehrstufige Prioritätszuteilung in einem drahtlosen LAN-Netzwerk zu schaffen.
  • Diese Zusammenfassung und Aufgaben der Erfindung sind angegeben, um für ein schnelles Verständnis der Art derselben zu sorgen. Ein gründlicheres Verständnis der Erfindung kann unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen erlangt werden.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist ein Blockdiagramm eines das erfindungsgemäße verfahren enthaltenden BSS.
  • 2 ist ein Flussdiagramm eines Rundabfrageliste-Algorithmus.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Der Standard IEEE 802.11 für drahtlose LANs (WLANs) stellt als einzigen unterschiedlichen Dienst die Unterscheidung Punktkoordinatorfunktion/Verteilter-Koordinator-Funktion (PCF/DCF) zur Verfügung. Ein unterschiedlicher Dienst in zwei Klassen kann sich auf die PCF/DCF-Unterscheidung stützen, und er sorgt für eingeschränkte Quality-of-Service (QoS). Die hier offenbarte Erfindung stellt ein Verfahren bereit, um für QoS-Verkehrsausgabe für WLAN-PCF-Mechanismen gemäß dem Standard IEEE 802.11 unter Verwendung der im Standard 802.11 erstellten konkurrenzfreien Periode (CFP = Contention Free Period) zu sorgen. Die Hauptunterscheidung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass viele Dienstklassen bereitgestellt werden können und jeder Dienstklasse ein beliebiger Anteil der verfügbaren Sendegelegenheiten zugewiesen werden kann.
  • Der o.g. gemeinsame Tge-Vorschlag erweitert die aktuelle Spezifikation 802.11 erheblich, um, auf Kosten einer beträchtlichen zusätzlichen Komplexität und eines Overheads, eine reiche QoS-Funktion mit allen Merkmalen zu unterstützen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren ist ein QoS mit differenzierten Diensten geschaffen, das eine minimale Änderung an der aktuellen Spezifikation 802.11 erfordert und eine minimale zusätzliche Komplexität auferlegt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist einfach zu implementieren, jedoch sorgt es für eine angemessene QoS-Funktion für viele 802.11-Anwendungen, und es unterstützt auch Legacy-Vorrichtungen.
  • Ein WLAN unter 802.11 wird über einen Basic-Service-Set (BSS) eingerichtet. Der BSS ist das WLAN-Analogon zu einem leitungsgebundenen Lokalgebietsnetzwerk. Eine BSS-Infrastruktur, die üblicherweise einfach als BSS bezeichnet wird, verfügt über einen Zugangspunkt (AP), der als zentraler Koordinator für den BSS dient. Ein unabhängiger Basic-Service-Set (IBSS), wie er in einem Ad-hoc-Netzwerk verwendet wird, verfügt über keinen AP, d.h. keinen zentralen Koordinator. Die AP-Aufgaben werden in einem IBSS zwischen den Stationen (STAs) mit den IBSS gemeinsam wahrgenommen. Ein BSS ist durch seinen BSS-Kennungswert (BSSID) gekennzeichnet.
  • So wie hier verwendet, bedeutet "BSS" einen Infrastruktur-BSS, d.h. einen unabhängigen BSS, solange nichts Anderes angegeben ist. Alle Bezugnahmen auf Klauseln, Anhänge und 802.11 beziehen sich auf das Dokument "Information technology – Telecommunications and information exchange between system – Local and metropolitan area networks – Specific requirements – Part 11: Wire less LAN Medium Access Control (MAC) and Physical (PHY) specifications." gemäß ISO/IEC 8802-11 (ANSI/IEEE Std 802.1) 1999.
  • Gemäß 802.11 wird das Timing über den BSS hinweg dadurch koordiniert, dass eine Rundübertragung eines Signalisierungsrahmens mit einem spezifizierten Zeitintervall erfolgt. Der Zeitpunkt, zu dem der Signalisierungsrahmen gesendet werden sollte, wird als Signalisierungsrahmen-Zielsendezeit (TBTT = Target Beacon Transmit Time) bezeichnet. Ausgewählte Signalisierungsrahmen beinhalten ein Feld Delivery-Traffic-Indication-Message (DTIM), das dazu verwendet wird, anhängigen Verkehr auf stationsspezifische Weise anzuzeigen.
  • Die gesamte Zeit in einem 802.11-WLAN kann in Konkurrenzperioden (CP = Contention Periods), zu denen mehr als eine Vorrichtung versucht, Daten zu senden, und konkurrenzfreie Perioden (CFP), in denen keine oder nur eine Vorrichtung versucht, Daten zu senden, unterteilt werden. Der Zugriff auf die drahtlosen Medien wird während der CFP durch einen zentralisierten PCF, der sich in einer AP-STA befindet, gesteuert. Daher kann nicht mehr als ein AP in einem BSS enthalten sein. Der Zugriff auf drahtlose Medien während einer CP verwendet eine verteilte Konkurrenzsituationslösung und läuft unter DCF-Regeln.
  • Der Signalisierungsrahmen mit einem DTIM wird dazu verwendet, die CFP zu starten. Während der CFP fragt der PCF konkurrenzfreie, einer Rundabfrage zugängliche (CF-abfragbare) STAs, die in der Reihenfolge der Zuordnungs-ID (AID-Reihenfolge) aufgezeichnet sind, aus einer Rundabfrageliste ab. Der PCF unterhält die Rundabfrageliste mit der Reihenfolge der AID-Werte, beginnend mit dem kleinsten Wert.
  • Für einige Verkehrsströme sind geringer Jitter, geringe Verzögerungszeit und hoher Durchsatz besonders bedeutsam. Zu Beispielen derartiger Verkehrsströme gehören interaktive Audio- und Videoanwendungen, wie Telefonie und Videokonferenzen. Der existierende Standard 802.11 sorgt für keine spezielle Fähigkeit, geringen Jitter, geringe Verzögerungszeit und hohen Durchsatz mittels einer Zweckmäßigkeitsentscheidung zu unterstützen, mit Ausnahme des Ausspannens sehr spärlich belegter WLANs, z.B. eine entfernte STA pro WLAN, was keine zufriedenstellende Lösung bildet.
  • Das Verfahren gemäß der Erfindung beinhaltet die Verwendung des Algorithmus, wie er in der Klausel 9.3.4.1, Absatz 1, Satz 2 im Standard 802.11 detailliert angegeben ist, auf neuartige Weise, um eine mehrstufige Prioritätszuteilung für Sendegelegenheiten auf Grundlage der Identität der sendenden oder empfangenden STA zu implementieren. Dies führt zu einer rudimentären QoS-Form. Idealerweise sollte eine Zulassungs-gesteuerte Zuordnung von Bandbreite dazu verwendet werden, QoS auf Prioritätsbasis zu implementieren. Da jedoch die Größe von Rahmen, wie sie gemäß 802.11 übertragen werden, weit außerhalb der Steuerung durch den AP liegt, und da die Größe der Rahmen eine Obergrenze aufweisen, werden Sendegelegenheiten, die kontrollierbar sind, als Vertreter für die Bandbreite verwendet. Wenn zwischen der Bandbreite und Sendegelegenheiten eine wesentliche Differenz besteht, nimmt der AP eine Einstellung an der zugeordneten Häufigkeit von Sendegelegenheiten vor, um die Unterschiede zu kompensieren.
  • 802.11 erfordert es, dass während jeder CFP eine Untergruppe der Rundabfrageliste während jeder CFP mit einer Reihenfolge einer Rundabfrage unterzogen wird, die durch absteigende AID-Werte bestimmt ist. So wie "Untergruppe" im Standard 802.11 verwendet ist, ist dieser Begriff nicht im mathematischen Sinn irgendeiner Rundabfrageliste zu verstehen, sondern er wird vielmehr als Sequenz von weniger als von allem der gesamten Rundabfrageliste verwendet, und infolgedessen bedeutet dies eine "Untersequenz", da alle STAs in der AID-Wertereihenfolge aufgenommen sind. Jede CF-Rundabfrage versorgt eine einzelne durch CF einer Rundabfrage unterziehbaren STA der Gelegenheit, ein einzelnes Fragment zu schicken, wobei ein Fragment dieselbe Bedeutung wie eine Dateneinheit gemäß dem Medium-Access-Control(MAC)-Protokoll, oder MPDU, hat, sowie die Gelegenheit, ein einzelnes Fragment zu empfangen. Das erfindungsgemäße Verfahren beruht auf der Tatsache, dass jede Auswahl von STAs in der Rundabfrageliste eine Mathematik-ähnliche Untergruppe aus der Rundabfrageliste bildet, weswegen den Algorithmuskriterien genügt ist, wie sie im Abschnitt 9.3.9.1 gemäß 802.11 spezifiziert sind. Die ausgewählte Untergruppe muss nicht aus zusammenhängenden oder benachbarten STA-AID-Werten bestehen. Beispielsweise, wobei nun auf die 1 Bezug genommen wird, kann, wenn die STAs, deren AIDs 3, 8, 12, 15, 16, 18 und 22 in der Rundabfrageliste sind, die Untergruppe ausgewählter STAs {8, 15 und 18} sein. Dies wären die STAs hoher Priorität, die QoS-Kommunikationsvorgänge benötigen. Gemäß 802.11 ist es erforderlich, dass die Untergruppe in der Reihenfolge ansteigender AID-Werte der Rundabfrage unterzogen wird, so dass die Rundabfragereihenfolge der Untergruppe mit derjenigen STA beginnt, deren AID-Wert 8 ist, gefolgt von der STA, deren AID-Wert 15 ist, und schließlich der STA, deren AID-Wert 18 ist. Eine Untersequenz gemäß 802.11 erlaubt es nicht, dass irgendwelche STAs in der Rundabfrageliste außerhalb der Reihenfolge von AID-Werten einer Rundabfrage unterzogen werden. Demgemäß könnte, wenn das erfindungsgemäße Verfahren ohne Modifizierung der 802.11-Rundabfragekriterien verwendet würde, die Untersequenz in einer einzelnen CFP {3, 8, 12} sein, wodurch zwei der drei STAs mit der höchsten Priorität fehlen würden.
  • Während einer einzelnen CFP erlaubt es, nachdem alle STAs in der Rundabfrageliste einer Rundabfrage unterzogen wurden und alle CF-Rahmen geliefert wurden, 802.11, dass der PC für beliebige STAs in der Rundabfrageliste zusätzliche CF-Rundabfragen erzeugt, und/oder es können zusätzliche Daten oder Verwaltungsrahmen an beliebige STAs geschickt werden. Demgemäß kann, wenn einmal die Untergruppe der Rundabfrageliste, d.h. die aktive Untergruppe der Rundabfrageliste, einer Rundabfrage unterzogen wurde, wenn irgendwelche STAs in der gesamten Rundabfrageliste übersprungen wurden, d.h. nicht in die Untergruppe der Rundabfrageliste eingeschlossen wurden, während der CFP nichts mehr unternommen werden, da nicht alle STAs in der gesamten Rundabfrageliste mit der Reihenfolge der AID-Werte einer Rundabfrage unterzogen wurden. Jedoch existiert eine Ausnahme für den Fall, dass die Untergruppe der Rundabfrageliste aus einer gewissen Präfixsequenz der geordneten Liste der AIDs aller STAs in der Rundabfrageliste besteht. In diesem Ausnahmefall kann der Rest der Rundabfrageliste in der Reihenfolge der AID-Werte einer Rundabfrage unterzogen werden, gefolgt von zusätzlichen Rundabfragen und/oder Übertragungen von Daten-/Verwaltungsrahmen. Jedoch tritt, wenn eine Untergruppe einer Rundabfrageliste auf Grundlage aktueller Prioritätserfordernisse ausgewählt wird, den größten Teil der Zeit eine Lücke auf, und es wird ein STA in der Rundabfrageliste übersprungen.
  • Es wird zum normalen Fall zurückgekehrt, in dem vermutlich der PC die CFP beendet, so dass DCF-Übertragungen stattfinden können. Für normale CFP-Übertragungen kann dies ein Problem bilden, wobei die Anzahl ausgeführter CFP-Rundabfragen beschränkt wird, jedoch wird dies beim erfindungsgemäßen Verfahren dazu verwendet, QoS auf Prioritätsbasis zu implementieren. Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist es wünschenswert, die CFPs kurz aber häufig zu machen, d.h. nur ungefähr so lang, wie es erforderlich ist, die STAs mit hoher Verkehrspriorität einer CF-Rundabfrage zu unterziehen. Durch diese Vorge hensweise erhalten die STAs mit hoher Verkehrspriorität Zugriff auf einen größeren Anteil der verfügbaren Sendegelegenheiten.
  • Es ist wünschenswert, dass die CFP nur geringfügig länger als die Zeit ist, die dazu erforderlich ist, die STAs hoher Priorität zu bedienen (CF-Rundabfrage). Es ist auch wünschenswert, dass CFPs so häufig wie möglich auftreten, um den Anteil der verfügbaren Sendegelegenheiten zu maximieren, die STAs mit hoher Verkehrspriorität zugeordnet sind. Diese Ziele können dadurch erreicht werden, dass verschiedene 802.11-Systemparameter, die sich in der MAC-Verwaltungsinformationsbasis (MIB) des AP befinden, geeignet eingestellt werden, wozu die Folgenden gehören:
    dot11CFPMaxDuration;
    dot11CFPPeriod;
    dot11BeaconPeriod; and
    dot11DTIMPeriod.
  • Es ist zu beachten, dass der einfache Vorgang des PC-Sendevorgangs des CF-Enderahmens die CFP kürzer machen kann, dass jedoch die CFP nicht länger gemacht werden kann, als es dem als dot11CFPMaxDuration entsprechend eingestellten Wert entspricht, und dass der Parameter dot11CFPMaxDuration für die Lebensdauer des BSS fixiert ist, wenn dieser zuerst erzeugt wird. Um den STAs mit höchster Verkehrspriorität einen größeren Anteil verfügbarer Sendegelegenheiten zuzuordnen, müssen die Parameter dot11CFPPeriod, dot11BeaconPeriod und dot11DTIMPeriod so eingestellt werden, dass die Zeit vom Start einer CFP bis zum Start der nächsten CFP-Periode relativ klein ist, jedoch mindestens ausreichend lang dafür, dass mindestens ein Rahmen mit möglicherweise maximaler Größe während einer CFP durch jede ausgewählte STA hoher Priorität gesendet und bestätigt (ACK't) wird. Da der Parameter dot11CFPPeriod für die Lebensdauer des BSS festgelegt ist, wenn dieser zuerst erzeugt wird, kann dies schwierig zu bewerkstelligen sein. Da sich STAs zwischen den Prioritätsniveaus bewegen, ändert sich die Größe der Untergruppe der Rundabfrageliste, d.h. der häufig bedienten STAs, was schließlich eine Änderung an der maximalen Dauer und/oder der Häufigkeit der CFP erforderlich macht. Das verbliebene Problem besteht darin, dass auch dot11CFPMaxDuration für die Lebensdauer des BSS festgelegt ist, wenn dieser zuerst erzeugt wird.
  • Um diese Einschränkungen zu umgehen, können die in den oben angegebenen, einschlägigen Anmeldungen beschriebenen Terminate-And-Reconvene(TAR)- und/oder Verfahren mit dynamischen Kanalwechseln (DCC) verwendet werden, um einen BSS auf automatische Weise zu beenden und wieder aufzubauen. Wenn der BSS neu gestartet wird, können für dot11CFPPeriod und dot11CFPMaxDuration sowie für dot11BeaconPeriod und dot11DTIMPeriod, neue Werte eingestellt werden, um dadurch die Größe und Häufigkeit der CFP dynamisch einzustellen, wenn sich die Bandbreite und/oder andere Erfordernisse der QoS-Prioritätsschlangen ändern. Alternativ können kleinere Änderungen der Dauer und der Häufigkeit der CFP dadurch vorgenommen werden, dass nur die Parameter dot11BeaconPeriod und dot11DTIMPeriod eingestellt werden, um dadurch den Overhead zu vermeiden, der mit dem Ausführen eines TAR-Zyklus einhergeht.
  • Einzelheiten dazu, wie eine STA ihren Prioritätsrang ändert, sind für das hier beschriebene mehrstufige Prioritätszuteilungsverfahren nicht direkt relevant, jedoch können Änderungen der STA-Priorität unter Verwendung von drei neuen Meldungen wie folgt vorgenommen werden: Um die Priorität einer STA zu ändern, schickt diese eine Prioritätsanforderungs(PR)-Meldung an den AP. Der AP enthält eine Ablaufsteuerung. Die AP-Ablaufsteuerung antwortet mit einer Prioritätsgewährungs(PG)-Meldung an die STA. Nachdem die STA die PG bestätigt hat, bewegt der AP/Ablaufsteuerung/PC die STA in die spezifizierte Prioritätsklasse und den Verkehr für diese in die entsprechende Prioritätsschlange. In ähnlicher Weise kann der AP eine Änderung bei der STA-Priorität wie folgt auslösen: Die AP-Ablaufsteuerung verifiziert, ob Bandbreite verfügbar ist. Dann schickt sie eine Prioritätsänderungsnotiz (PCN) an die STA. Nachdem die STA die PCN bestätigt hat, bewegt der AP/Ablaufsteuerung/PC die STA in die spezifizierte Prioritätsschlange. Selbstverständlich sind andere Signalgabe- und Steuerungsverfahren möglich.
  • Es sei darauf hingewiesen, dass in der Untergruppe der CF-Rundabfrageliste ein oder mehrere STAs niedriger Priorität enthalten sein können, die während einer CFP auf rotierender Basis einer Rundabfrage unterzogen werden, um ein Aushungern zu vermeiden. Eine 802.11-Vorrichtung ist typischerweise an irgendeiner Stelle im Netzwerk mit einem leitungsgebundenen LAN verbunden, und das QoS-aktivierte, leitungsgebundene LAN handelt die QoS-Eigenschaft abhängig von der Art der durch die 802.11-Vorrichtung zu sendenden Daten aus. Die Bereitstellung der QoS-Übertragung hängt von der Art der STA-Vorrichtung ab. Beispielsweise benötigt ein LCD-Fernseher QoS. Die Zulassung einer derartigen Vorrichtung zum BSS bringt das Erfordernis einer QoS-Übertragung, wie durch das leitungsgebundene LAN gekennzeichnet, mit sich.
  • Mehrstufige QoS auf Prioritätsbasis wird dadurch implementiert, dass kontrolliert wird, wie häufig jede STA in der Untergruppe der Rundabfrageliste auftritt, und damit, wie häufig jede STA eine Sendegelegenheit erhält. Als Beispiel sei angenommen, dass es der Bandbreitemanager (BM) wünscht, drei Prioritätsränge, p1, p2 und p3, herbeizuführen, wobei p1 50% der verfügbaren Bandbreite erhält, p2 33% erhält und p3 die restlichen 17% erhält. Ferner sei angenommen, dass die STA, deren AID 8 ist, das einzige Element mit p1 ist, die STA, deren AID 15 ist, das einzige Element mit p2 ist, und die STA, deren AID 18 ist, das einzige Element mit p3 ist. Die folgende Sequenz von Untergruppen der Rundabfrageliste bildet eine Implementierung der gewünschten Prioritätsbeziehungen: {8}, {8, 15}, {8, 15, 18}. Diese Implementierung bewerkstelligt die gewünschte Zuordnung von Sendegelegenheiten und, wenn alle Pakete von ählicher Größe sind, der Bandbreite, wie es in der Tabelle 1 dargestellt ist:
    Figure 00130001
    Tabelle 1
  • Jedoch kann der BM, wenn er erkennt, dass die Pakete der STA 8 im Mittel nur halb so groß wie die Pakete der STA 15 und der STA 18 sind, die Zuordnung der Sendegelegenheiten zur Kompensation wie folgt einstellen: {8}, {8}, {8}, {8, 15}, {8}, {8, 15, 18}. Dies wird durch die gewünschte Zuordnung von 50%, 33%, 17% an Bandbreite zu den STAs 8, 15 bzw. 18 bewerkstelligt, wie es in der Tabelle 2 dargestellt ist:
    Figure 00140001
    Tabelle 2
  • Eine einfache Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, für eine körnige STA-Prioritätszuteilung zu sorgen. Bei dieser Implementierung wird eine STA mit Verkehr sowohl hoher als auch niedriger Priorität zu einer STA hoher Priorität, was von der Vorgehensweise abhängt. Dies bedeutet, dass Verkehr niedriger Priorität gemeinsam mit Verkehr hoher Priorität eine freie Überrtragung hoher Priorität erhält. Beim getroffenen genauen Kompromiss handelt es sich um eine Entscheidung entsprechend der Vorgehensweise, und dies hängt von der Implementierung ab. Eine andere, jedoch komplexere, Vorgehensweise besteht im Unterteilen von Verkehrsströmen und darin, eher die Prioritätszuteilung für den Fluss statt für die STA körnig auszubilden.
  • Schließlich können, wenn der Wunsch entstehen sollte, AID-Werte während der Zuordnungsphase des TAR-Zyklus geändert werden. Dies könnte als Vereinfachung des Schlangenbildungsalgorithmus verwendet werden, um STAs mit der höchsten Priorität die niedrigsten AIDs zuzuordnen, was bei Bedingungen mit schwerer Belastung von Nutzen ist, wenn keine Zeit zur Verfügung steht, während einer einzelnen CFP die gesamte Hochprioritätsschlange-Rundabfrageliste-Untergruppe der Rundabfrageliste abzudienen.
  • So wurde ein Verfahren zum Bereitstellen von QoS bei Vorrichtungen gemäß IEEE 802.11 offenbart. Es ist ferner zu beachten, dass innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert, weitere zugehörige Variationen und Modifizierungen vorgenommen werden können.

Claims (6)

  1. Verfahren zum Bereitstellen von Quality-of-Service (QoS)-Datenverkehr in einem drahtlosen LAN-System, in dem mehrere Stationen ein drahtloses LAN-Netzwerk bilden, wobei einige der Stationen als solche hoher Priorität, die QoS benötigen, gekennzeichnet sind, und wobei dieses drahtlose LAN-Netzwerk ein Protokoll enthält, das zu Konkurrenzperioden und konkurrenzfreien Perioden führt, mit dem folgenden Schritt: – Gruppieren der Stationen in eine Rundabfrageliste-Gruppe; gekennzeichnet durch die folgenden Schritte: – Auswählen einer Anzahl der gruppierten Stationen für Einschluss in eine Rundabfrageliste-Untergruppe, wobei bei der Auswahl von Stationen aus der Rundabfrageliste denjenigen Stationen der Vorzug gegeben wird, die als QoS-Stationen hoher Priorität gekennzeichnet sind; und – für die in dieser Rundabfrageliste-Untergruppe enthaltenen Stationen während einer konkurrenzfreien Periode eine Rundabfrage ausgeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem es zum Auswählen gehört, Stationen als Funktion der durch derartige Stationen gesendeten Daten in die Rundabfrageliste-Untergruppe einzuschließen.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem es zur Rundabfrage gehört, die Zeitperiode zwischen aufeinanderfolgenden konkurrenzfreien Perioden größer als die konkurrenzfreie Periode einzustellen.
  4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem es zum Auswählen gehört, die zum Einschluss in die Rundabfrageliste-Untergruppe ausgewählten Stationen zu variieren.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das drahtlose LAN mit einem leitungsgebundenen LAN verbunden wird und es zum Auswählen gehört, Stationen als Funktion der Daten, wie sie durch derartige Stationen gesendet werden, wie es durch Funktionsmöglichkeiten im leitungsgebundenen LAN festgelegt ist, in die Rundabfrageliste-Untergruppe einzuschließen.
  6. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das drahtlose Netzwerk dem Standard ANSI/IEEE 802.11 genügt.
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