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1. Erfindungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Drahtlos-Kommunikationssystem
mit kurzer Reichweite und insbesondere ein Drahtlos-Kommunikationssystem
mit kurzer Reichweite, das Verbindungsumschaltungen (Handoffs) abwickelt,
wenn sich mobile Endgeräte
bewegen, und ein Handoff-Abwicklungsverfahren für Selbiges.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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Das
Drahtlos-Kommunikationssystem wie beispielsweise Bluetooth, das
Datenübertragungen mit
Hilfe des Time Division Duplex (TDD)-Verfahrens ausführt, ist
so ausgelegt, dass ein Zugangspunkt (Access Point – AP), der
an ein Basisnetzwerk (verdrahtet/drahtlos) angeschlossen ist, als
Master fungiert und jedes mobile Endgerät als Slave. Wenn sich dabei
ein mobiles Endgerät,
das einen AP als Master erkennt, in einen anderen Drahtlosbereich
bewegt, ist es erforderlich, automatisch einen aktuellen Kommunikationskanal
des mobilen Endgerätes
auf einen anderen Kommunikationskanal für den anderen Drahtlosbereich
umzuschalten. Derartige Umschaltungen von Kommunikationskanälen entsprechend den
Bewegungen eines mobilen Endgerätes
werden als Handoffs bezeichnet, was als sehr wichtige Funktion im
Drahtlos-Kommunikationssystem mit kurzer Reichweite anzusehen ist.
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Das
konventionelle Drahtlos-Kommunikationssystem mit kurzer Reichweite
nutzt im Allgemeinen die harte Weiterschaltung, auch als Umschaltung mit
Unterbrechung (Breakbefore-make handoff) bezeichnet, bei der ein
vorhandener Kommunikationskanal abgeschaltet wird, bevor ein neuer
Kommunikationskanal aufgebaut wird, um dadurch die Verbindung wiederherzustellen.
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Allerdings
tritt bei einem Hard-Handoff-Algorithmus das Problem auf, dass die
Wiederherstellung der Verbindung nach einem Handoff recht lange
dauert, so dass verschiedene Verfahren zur Überwindung des Problems vorgeschlagen
worden sind.
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Es
gibt die drei folgenden typischen Herangehensweisen zur Lösung der
Zeitverzögerungsproblematik
bei der Wiederherstellung einer Verbindung, nachdem ein Handoff
stattgefunden hat.
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Zuerst
einmal gibt es hier die Technologie des Access Point Roaming (APR),
das von der Bluetooth Special Interest Group vorgeschlagen wurde (Bluetooth
SIG, Referenzmaterial: Bluetooth SIG, PAN Access Point Roaming,
Rev. 0.51, Juni 2002).
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APR
ist die Technologie, bei der benachbarte Zugangspunkte (APs) Informationen über mobile Endgeräte gemeinsam
nutzen, um eine Verbindung über
lediglich Page Scan-Prozeduren
ohne einen Inquiry Scan wiederherzustellen. Bei der APR-Technologie
gibt es den Personal Area Network User (PANU)-Modus, durch den der
Handoff in Gang gesetzt wird, und den Network Access Point (NAP)-Modus, durch
den der Handoff in Gang gesetzt wird, wobei die Situation, in der
der Handoff durch den PANU ausgelöst wird, als erwünschter
Handoff bezeichnet wird, und die Situation, bei der der Handoff
durch den NAP ausgelöst
wird, als erzwungener Handoff bezeichnet wird. Bei beiden Betriebsarten
werden die Inquiry-Informationen über das mobile Endgerät zu dem
Zeitpunkt zu benachbarten APs übertragen,
zu dem die mobilen Endgeräte
voneinander getrennt sind, und es wird eine Verbindung lediglich über Page Scan-Prozeduren
ohne Inquiry Scan wiederhergestellt.
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1 ist
eine Ansicht, die Signalflüsse
zeigt, wenn beim APR ein Handoff von einem PANU ausgelöst wird.
Der Handoff wird von einer Blue Network Encapsulation Protocol (BNEP)-Handoff-Meldung von
dem PANU an den AP (NAP B) ausgelöst (siehe (1) aus 1),
und wenn der AP (NAP B) an der Sicherungsschicht getrennt ist (siehe
(2)), dann sendet der AP (NAP B) verdrahtet eine Inter-NAP-Communication-(INC)-Meldung,
die die Inquiry-Informationen des mobilen Endgerätes (PANU) enthält, an die
benachbarten NAPs (NAP A und NAP C) und fordert gleichzeitig das
Paging zu den NAPs an (siehe (3)). Danach verfügen die benachbarten APs (NAP
A und NAP C), die als Master dienen, über die Inquiry-Informationen
des mobilen Endgerätes
(PANU), so dass sie die Inquiry-Pozeduren überspringen
können
und sofort die Paging-Prozedur ausführen (siehe (5)), während das
mobile Endgerät
(PANU) als Slave kontinuierlich den Page-Scan durchführt (siehe
(4)). Wenn zudem eine neue Verbindung zwischen dem mobilen Endgerät (PANU)
und dem AP (NAP C) vollständig
hergestellt ist (siehe (6)), dann sendet der neu verbundene AP (NAP
C) verdrahtet eine Quittierungsnachricht INC_ACK (BD_ADDRPANU) an die Nachbar-APs (NAP A und NAP B)
(siehe (7)). Die Nachbar-APs, die die Quittierungsnachricht erhalten haben,
beenden die Versuche zur Herstellung einer Verbindung mit dem mobilen
Endgerät,
und anschließend
erzeugt der AP, der eine neue Verbindung mit dem mobilen Endgerät hergestellt
hat, eine neue Basisbandverbindung über das Link Manager Protocol (LMP)
und konfiguriert Selbige (siehe (8)) und baut eine neue Blue Network
Encapsulation Protocol (BNEP)-Verbindung mit dem Logical Link Control
and Adaptation Protocol (L2CAP) auf (siehe (9)).
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2 ist
eine Ansicht, die Signalflüsse
zeigt, wenn durch einen NAP beim APR ein Handoff stattfindet. Wenn
von einem NAP ein Handoff ausgelöst wird,
wird eine BNP-Handoff-Anforderungsnachricht am
NAP initiiert (siehe (11)), und in dem NAP findet eine Trennungsreaktion
statt (siehe (12)), die sich von der aus 1 unterscheidet,
bei der der Handoff von dem PANU ausgelöst wird. Die nachfolgenden Operationen
haben die gleichen Signalflüsse.
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Als
ein weiteres Beispiel für
ein konventionelles Handoff-Abwicklungsverfahren sei hier das Indirect-Transmission
Control Protocol (I-TCP) erwähnt, das
von A. Barke und B. R. Badrinath (Referenzmaterial: „I-TCP:
Indirect TCP for Mobile Hosts",
Protokolle der 15. IEEE ICDC, Mai 1995) vorgeschlagen wurde. Das
I-TCP ist ein Handoff-Abwicklungsprotokoll, das die TCP-Verbindung
zwischen dem Correspondent Host (CH) und dem mobilen Endgerät vollständig in
die verdrahte TCP-Verbindung und die drahtlose TCP-Verbindung aufsplittet,
um die TCP-Drahtverbindung vor den Problemen zu schützen, die
während
der TCP-Drahtlosverbindung auftreten, damit es zu keiner TCP-Verstopfung
kommt.
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Als
noch ein anderes Beispiel für
ein konventionelles Handoff-Abwicklungsverfahren wird hier der Bluetooth-TCP-Booster
(BTB) von D. Melpignano und D. Siropaes (Referenzmaterial: „Bluetooth
TCP Booster", Protokolle
der IEEE VTC, pp. 2167–2141, 2001)
angeführt.
Der BTB ist zwischen dem AP-Layer-2-Bluetooth und dem Layer-3-IP
installiert, wobei es sich um eine Herangehensweise zur Handoff-Abwicklung
handelt, die die TCP-Downstreams überwacht,
eine durchschnittliche Eingangszeit der Upstream-ACK-Pakete schätzt und,
falls der ACK-Paketeingang im Vergleich zu der geschätzten Zeit
verzögert
ist, ein Fake-ACK (Schein-Quittierungsmeldung) sendet, welches die
Empfangsfenstergröße auf null ändert, um
zu verhindern, dass von einem Correspondent Host die TCP-Downstreams gesendet
werden. Das heißt,
der BTB schätzt
die durchschnittliche Eingangszeit der ACK-Pakete mit Hilfe einer
lokalen Zeiterfassungseinrichtung, so dass die ACK-Pakete nicht
in der geschätzten
Zeit eingehen, wenn ein Handoff abläuft. Zu diesem Zeitpunkt sendet
der BTB dem Correspondent Host das Fake-ACK, das die Empfangsfenstergröße anstelle eines
mobilen Endgerätes
auf null setzt, und der Correspondent Host entscheidet, dass das
Fake-ACK ein normales ACK ist, und verhindert die TCP-Downstreams,
so dass während
des Handoffs kein Datenverlust eintreten kann. Allerdings kann nicht
der Datenverlust vermieden werden, der zwischen dem Zeitpunkt eintritt,
an dem ein mobiles Endgerät
eine Drahtlos-Zellgrenze passiert, und dem Zeitpunkt, zu dem ein
Handoff ausgelöst
wird.
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Bei
dem obigen konventionellen Handoff-Verfahren weist das APR allerdings
das Problem einer schlechten Dienstqualität auf, da immer noch die ungelöste Frage
des exponentiellen TCP-Backoffs infolge des Datenverlustes während des
Handoffs besteht, was ein weiteres Problem des harten Umschaltens
(Hard Handoff) darstellt. Das heißt, wenn die Handoff-Verfahren
des APR angewandt werden, ist es schwierig, bei einer Drahtlos-Umgebung mit schlechten
Kanaleigenschaften schnelle Verbindungen herzustellen, die vorteilhaft
für schnelle
Handoff-Verfahren des APR sind; das exponentielle TCP-Backoff tritt
also infolge des Downstream-Datenverlustes während des Handoffs auf und
führt zu der
problematischen Abnahme des TCP-Datendurchsatzes, selbst wenn eine
Verbindung wiederhergestellt worden ist.
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Weiterhin
muss das vorhandene TCP für
das I-TCP modifiziert werden, und das I-TCP splittet die TCP-Verbindung
in die drahtlose Verbindung und in die Drahtverbindung auf, so dass
ein AP zwischen der Drahtlosverbindung und der Drahtverbindung über alle
Drahtlos- und Draht-TCP-Stacks verfügen muss. Dementsprechend verlangsamt
sich die Verarbeitungsgeschwindigkeit des TCPs, was im Hinblick auf
die Ressourcennutzung eine Vergeudung darstellt. Weiterhin kann
ein Engpassbereich zwischen den aufgesplitteten Drahtlos- und Drahtverbindungen existieren,
was das Problem der Verzögerung
von ungehinderten Abläufen
im gesamten Netzwerk nach sich zieht.
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Zudem
verwaltet ein Agent in dem BTB, der sich auf der Schicht (Layer)
2,5 befindet, die Layer-4-TCP- und die ACK-Pakete, was zu dem Problem führt, dass
das Schichtenkonzept verletzt wird. Wenn darüber hinaus ein Handoff in einem
Zustand erfolgt, in dem die von dem BTB-Agenten verarbeiteten Daten
einige Teile von den Basisbandpaketen, die aus Internet Protocol
(IP)-Paketen bestehen, verarbeiten und vollständig übertragen, wird das IP-Paket
von Beginn der Datenübertragung
mit einem neuen AP empfangen, wodurch sich der Overhead in Bezug
auf Bluetooth vergrößert. Des
Weiteren ist bei dem derzeitigen TCP-Mechanismus der BTB ein Ansatz,
der ACK-Pakete einzeln und nacheinander immer dann sendet, wenn
die TCP-Segmente einzeln empfangen werden, und es ist kein Ansatz,
der die ACK-Pakete mit Hilfe einer Zeitsteuerung sendet, so dass
das Problem besteht, dass ein AP aufgrund blockierter TCP-Ströme keine
ACK-Pakete zum Auslösen
von Datenübertragungen
erzeugen kann.
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G.
Krishnamuri u. a. „Buffer
Management for Smooth Handovers in IPv6", Internet Draft of the mobile IP working
group vom 1. März
2001 ist ein Aufsatz, der einen Puffermechanismus für IPv6 definiert, mit
dem ein Mobilknoten anfordern kann, dass der Router auf dem aktuellen
Teilnetz Pakete für
ihn zwischenspeichert (puffert), während der Mobilknoten die Registrierprozeduren
mit dem Router eines neuen Teilnetzes abschließt. Nachdem die Registrierung abgeschlossen
ist und der Mobilknoten eine gültige Care-of-Adresse in dem neuen
Netzwerk hat, können die
zwischengespeicherten Pakete von dem vorherigen Router weitergeleitet
werden, wodurch sich die Möglichkeit
von Paketverlusten während
des Übergangs
verringert. Es ist darin ein Szenario dargestellt, das davon ausgeht,
dass sowohl der vorherige Router als auch der neue Router die Pufferverwaltung
unterstützen
und der Mobilknoten an beiden Knoten von den verwalteten Pufferdiensten
profitiert.
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EP 0 777 396 A1 beschreibt
ein Verfahren zum Beibehalten der Zusammensetzung von übertragenen
Daten während
eines Handovers. Es wird ein Verfahren zum Implementieren eines
Handovers in einem Datenübertragungssystem
geschaffen, bei dem eine erste Basisstation einen Schalter bereitstellt,
und/oder eine zweite Basisstation Informationen darüber, welche
Zellen erfolgreich zwischen der ersten Basisstation und der mobilen
Einheit übertragen
worden sind. Als Reaktion auf eine LAST-Meldung und auf die Signaldaten über den
Handover, die die neue Basisstation anzeigen, sendet die alte Basisstation
die Zellen, die sich im FIFO-Puffer befanden, an die neue Basisstation.
Nach dem Handover lenkt der Schalter die ATM-Zellen, die zu der
mobilen Einheit gesendet wurden, zu der neuen Basisstation; bevor
sie jedoch zu der mobilen Einheit gesendet werden, empfängt die
neue Basisstation von der alten Basisstation drei Zellen, die sich
in deren FIFO-Puffer befanden, und überträgt jene.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Drahtlos-Kommunikationssystem
mit kurzer Reichweite zu schaffen, zum Beispiel ein Bluetooth-System,
und ein entsprechendes Handoff-Abwicklungsverfahren, mit denen eine
Verringerung des Datendurchsatzes selbst dann verhindert werden
kann, wenn Handoffs in reinen Drahtlos-Kanalumgebungen stattfinden,
so dass eine Abnahme der Dienstqualität vermieden werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch die Erfindung gemäß den Hauptansprüchen gelöst.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
sind in den Nebenansprüchen
definiert.
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Ein
erfindungsgemäßen Drahtlos-Kommunikationssystem
mit kurzer Reichweite umfasst eine Host-Controller-Schnittstelle,
die mit einem Handoff-Puffer zum Puffern von Daten der Host-Controller-Schnittstelle
(HCI) und von Sendedaten und zum Austauschen der Daten mit einer
externen Vorrichtung versehen ist; einen Mikrocontroller, der die
Daten, die in dem Handoff-Puffer gepuffert sind, zu einem neuen
Zugangspunkt (AP) weiterlei tet, wenn eine Nachricht, die den Abschluss
des Aufbaus einer Verbindung mit der externen Vorrichtung anzeigt,
von dem neuen AP gesendet wird, nachdem ein Handoff aufgetreten
ist, wenn sich die externe Vorrichtung bewegt, und zwar in einem
Zustand, in dem der neue AP mit der externen Vorrichtung verbunden
ist.
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Hierbei
verwendet der Handoff-Puffer, wenn er in einem Bluetooth-System
zur Anwendung kommt, einen Basisband-Puffer, der in der HCI vorgesehen
ist, für
die erneute Datensendung. Darüber hinaus
puffert der Handoff-Puffer die Daten mittels Basisband-Paketeinheit. Wenn
der Handoff-Puffer auf das Bluetooth-System angewandt wird, wird
weiterhin die Nachricht über
die Beendigung des Verbindungsaufbaus mit der externen Vorrichtung,
die von dem neuen AP gesendet wird, durch den Empfang einer INC_ACK-Nachricht anerkannt.
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Der
Mikrocontroller löscht
die in dem Handoff-Puffer zwischengespeicherten Daten, wenn eine Quittierungsnachricht
(ACK) für
die Daten, die von der externen Vorrichtung gesendet wurden, eingegangen
ist, und behält
die in dem Handoff-Puffer zwischengespeicherten Daten bei, wenn
diese Nachricht nicht empfanden wurde. Bei Anwendung in dem Bluetooth-System
wird das ACK für
die zu der externen Vorrichtung gesendeten Daten durch Empfang eines
Basisband-ACK-Signals anerkannt.
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Wenn
der Mikrocontroller, der neu mit einer dritten externen Vorrichtung
verbunden ist, in der Zwischenzeit HCI-Daten und Sendedaten von
einem anderen AP empfängt,
sendet der Mikrocontroller die HCI-Daten und die Sendedaten unverzüglich zu
der dritten externen Vorrichtung.
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Ein
Handoff-Abwicklungsverfahren für
ein erfindungsgemäßes Drahtlos-Kommunikationssystem mit
kurzer Reichweite umfasst die folgenden Schritte: Speichern von
HCI-Daten und Sendedaten
in einem Handoff-Puffer bei Übertragungen
mit einer externen Vorrichtung in einem Zustand, in dem ein neuer
Zugangspunkt mit der externen Vorrichtung verbunden ist, Weiterleiten
der in dem Handoff-Puffer gepufferten HCI-Daten und der Sendedaten
zu dem neuen AP, wenn eine Nachricht, die den Abschluss eines Verbindungsaufbaus
mit der externen Vorrichtung anzeigt, von dem neuen AP gesendet
wird, nachdem ein Handoff aufgetreten ist, während sich die externe Vorrichtung
bewegt. Der Handoff-Puffer verwendet in dem Bluetooth-System einen
Basisband-Puffer, der für
die Datenweiterleitung vorgesehen ist, und speichert die Daten mittels
Basisband-Paketeinheit.
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Des
Weiteren umfasst das Handoff-Abwicklungsverfahren für ein Drahtlos-Kommunikationssystem
mit kurzer Reichweite die Schritte des Löschens der Daten, die sich
in dem Handoff-Puffer befinden, wenn ein ACK für die von der externen Vorrichtung gesendeten Daten
eingegangen ist, und des Löschens
der Daten, die in dem Handoff-Puffer gepuffert sind, wenn kein ACK
für die
von der externen Vorrichtung gesendeten Daten empfangen wurde.
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Darüber hinaus
umfasst das Handoff-Abwicklungsverfahren für ein Drahtlos-Kommunikationssystem
mit kurzer Reichweite einen Schritt des sofortigen Sendens der HCI-Daten
und der Sendedaten zu der dritten externen Vorrichtung, wenn die HCI-Daten
und die Sendedaten von einem anderen AP in einem Zustand empfangen
werden, in dem er neu mit einer dritten externen Vorrichtung verbunden ist.
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Da
das System, wie oben beschrieben, die Daten, die nach Abschluss
eines Handoffs gepuffert sind, selbst dann zu dem neu verbundenen
AP weiterleitet, wenn ein Handoff in einem Zustand auftritt, in
dem sich die Umgebung des Drahtlos-Kanals verschlechtert, kann der
neu verbundene AP in dem Drahtlos-Kommunikationssystem mit kurzer
Reichweite und in dem Handoff-Abwicklungsverfahren für Selbiges
auch dann die weitergeleiteten Daten sofort zu einem mobilen Endgerät senden,
wenn die Zeit der Verbindungstrennung für das mobile Endgerät länger ist,
so dass der exponentielle PCP-Backoff verhindert wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Die
Erfindung wird nun anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher beschrieben,
in denen die gleichen Bezugsziffern gleiche Elemente kennzeichnen,
und worin:
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1 und 2 Ansichten
sind, die Signalflüsse
bei einem konventionellen APR-basierten Handoff-Prozess
entsprechend der Art der Vorrichtung zeigen, welche ein Handoff
ausführt;
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3 ein
Blockdiagramm ist, das ein Drahtlos-Kommunikationssystem mit kurzer
Reichweite zeigt, das gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung in einem Bluetooth-System Anwendung findet;
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4 ein
Ablaufdiagramm ist, welches ein Handoff-Abwicklungsverfahren für das Drahtlos-Kommunikationssystem
mit kurzer Reichweite aus 3 erläutert;
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5 eine
Ansicht ist, die die Weiterleitungsprozeduren für das Drahtlos-Kommunikationssystem mit
kurzer Reichweite aus 3 zusammen mit den Schichten
des Bluetooth-Systems darstellt;
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6 und
Fig. Ansichten zum Vergleich der Leistung, ausgehend von der Häufigkeit
von Handoffs, bei dem vorliegenden Handoff-Prozess und dem konventionellen
APR-basierten Handoff-Prozess
im Bluetooth-System und zum Vergleich der Pufferleistungen, ausgehend
von der Reihenfolge der empfangenen Pakete, sind.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Nun
wird die vorliegende Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnungen
im Detail beschrieben.
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3 ist
ein schematisches Blockdiagramm, das ein Drahtlos-Kommunikationssystem
mit kurzer Reichweite nach einer Ausführungsform der Erfindung zeigt.
Hierbei ist das Drahtlos-Kommunikationssystem mit kurzer Reichweite
als ein System dargestellt, das zum Beispiel im Bluetooth-System
zur Anwendung kommt. Das System umfasst eine Host-Controller-Schnittstelle
(HCI) 10, einen Speicher 20 und einen Mikrocontroller 30.
Die HCI 10 verfügt über einen
Handoff-Puffer 12 zum Puffern von HCI-Daten und Sendedaten
und einen Basisband-Controller 14 zum Steuern eines verbundenen mobilen
Endgerätes
und einer Datenschnittstelle. Hierbei ist der Handoff-Puffer 12 auf
eine HCI-Schicht
des Bluetooth-System aufgesetzt, und als Handoff-Puffer 12 wird
ein Basisband-Puffer
verwendet, der Sendedaten für
das erneute Senden von Daten puffert, wenn die erneute Sendung von
Daten von einem mobilen Endgerät
erforderlich ist. Im Unterschied zu der obigen Beschreibung kann
ein separater Puffer verwendet werden.
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Der
Speicher 20 speichert Protokolle, die auf der Grundlage
der jeweiligen Schichten vorgegeben sind, so dass Daten zwischen
mobilen Endgeräten und
verschiedenen APs ausgetauscht werden können.
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Der
Mikrocontroller 30 steuert das Gesamtsystem und insbesondere
die HCI, so dass sie kontinuierlich Datenpakete beibehält, die
in dem Handoff-Puffer 12 gepuffert sind, wenn bei Bewegung
eines verbundenen mobilen Endgerätes
ein Handoff auftritt, und die in dem Handoff-Puffer gepufferten Datenpakete
zu dem neuen AP weiterleitet, wenn ein Signal, das den Abschluss
eines Verbindungsaufbaus mit einem mobilen Endgerät anzeigt,
das den Handoff ausführt,
nach Beendigung des Handoffs von dem neuen AP gesendet wird.
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4 ist
ein Ablaufdiagramm, das ein Handoff-Abwicklungsverfahren für das Drahtlos-Kommunikationssystem
mit kurzer Reichweite aus 3 erläutert. Das
System kann Datenübertragungen
mit einem mobilen Endgerät
ausführen,
wenn eine Verbindung zu dem mobilen Endgerät aufgebaut ist (S410). Wenn
die Datenübertragungen
mit dem mobilen Endgerät
ausgeführt
werden, erteilt der Mikrocontroller 30 den Befehl an den
Basisband-Controller 14, die zu dem mobilen Endgerät zu sendenden
HCI-Daten und Sendedaten in dem Handoff-Puffer (oder Basisband-Puffer) 12 zu
puffern und zu senden (S420).
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Wie
oben beschrieben, führt
das System eine Datenübertragung
mit dem mobilen Endgerät durch,
während
Datenpakte in dem Handoff-Puffer 12 gepuffert sind, und
der Mikrocontroller 30 steuert die HCI so an, dass die
in dem Handoff-Puffer gepufferten Pakete gelöscht oder beibehalten werden (S440),
je nachdem, ob ein von dem mobilen Endgerät gesendetes Basisband-ACK-Signal
empfangen worden ist (S430). Das heißt, der Mikrocontroller 30 gibt
den Befehl an den Basisband-Controller 14, die in dem Handoff-Puffer 12 gepufferten
Pakete zu löschen,
wenn das Basisband-ACK-Signal von dem mobilen Endgerät empfangen
wurde (S444), und ermöglicht
es, dass kontinuierliche Datenübertragungen
stattfinden, während
nacheinander zu sendende Datenpakete in dem Handoff-Puffer 12 gepuffert
werden. Wenn nicht innerhalb einer geschätzten Zeit das Basisband-ACK-Signal
von dem mobilen Endgerät empfangen
worden ist, gibt der Mikrocontroller 30 den Befehl an den
Basisband-Controller 14, die in dem Handoff-Puffer 12 gepufferten
Pakete weiterhin beizubehalten (S442).
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Ist
in der Zwischenzeit kein Basisband-ACK-Signal von dem mobilen Endgerät eingegangen,
während
ein Handoff stattfindet, löscht
der Mikrocontroller 30 die in dem Handoff-Puffer 12 gepufferten
Pakete nicht, sondern behält
sie bei (S442). Das heißt,
das System empfängt
das Basisband-ACK-Signal auch dann nicht mehr, wenn ein Handoff
stattfindet, so dass der Mikrocontroller 30 die in dem
Handoff-Puffer 12 gepufferten Pakete nicht löscht, sondern
sie beibehält.
Wenn anschließend das
mobile Endgerät
eine neue Verbindung zu einem anderen AP herstellt und ein INC_ACK-Signal,
das die Beendigung des Handoffs und die Wiederherstellung der Verbindung
anzeigt, von dem neuen AP gesendet wird (S450), leitet der Mikrocontroller 30 die
in dem Handoff-Puffer gepufferten Datenpakete zu dem neuen AP weiter,
der die INC_ACK-Meldung sendet (S460).
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5 ist
eine Ansicht, die die Weiterleitungsprozeduren von einem alten AP
eines mobilen Endgerätes
zu einem neuen AP gemeinsam mit den Bluetooth-Systemschichten zeigt.
In 5 kennzeichnen die Buchstaben CH einen Correspondent Host,
der Buchstabe R einen Reiter und MN einen mobilen Knoten.
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Mittels
der obigen Weiterleitungsprozeduren werden die in dem Handoff-Puffer
eines alten APs gepufferten Pakets zu einem neuen AP gesendet, und
der neue AP sendet die empfangenen Pakete unverzüglich zu dem mobilen Endgerät.
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Wenn
von dem neuen AP Datenpakete zu dem mobilen Endgerät gesendet
werden, erkennt das mobile Endgerät nicht die Weiterleitung von
dem alten AP zu dem neuen AP, so dass das mobile Endgerät ein ACK-Signal,
das die nächsten
Pakete anfordert, zu einem Correspondent Host CH sendet.
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Wie
oben beschrieben, kann festgestellt werden, dass die Übertragung
des ACK-Signals von dem mobilen Endgerät zu dem neuen AP dazu führt, dass Datenübertragungen
zwischen dem mobilen Endgerät
und dem neuen AP mit einer aktiven Anforderung des mobilen Endgerätes und
nicht von dem Host wiedereinsetzen und die Datenübertragung ohne Datenverlust
auf der Grundlage der Weiterleitung schnelle Datenübertragungs-Neustarts ermöglicht,
da kein exponentieller TCP-Backoff auftritt.
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Da
die Pakte des Handoff-Puffers Basisband-Pakete sind, die für die Schicht
2 (Layer 2) in dem Bluetooth-System verwendet werden, kann weiterhin
die Puffergröße im Vergleich
zu einem Puffer für
die Schicht 3 verringert werden, und es kann vermieden werden, dass
die eingehenden Pakete in der falschen Reihenfolge angeordnet werden,
so dass die Dopplung von Eingangspakten wirkungsvoll verringert
werden kann.
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6 und 7 sind
Ansichten zum Vergleich des Datendurchsatzes zwischen dem vorliegenden
Handoff-Prozess und dem konventionellen APR-basierten Handoff-Prozess
in einem Bluetooth-System, wobei 6 eine Ansicht
ist, die einen Leistungsvergleich ausgehend von der Häufigkeit von
Handoffs zeigt, und 7 eine Ansicht ist, die einen
Vergleich der Layer-2-Pufferleistung ausgehend von der Reihenfolge
der empfangenen Pakete darstellt.
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Die
Simulationen aus 6 und 7 sind unter
der Annahme entstanden, dass die Bewegungsgeschwindigkeit eines
mobilen Endgerätes
1,2 m/s beträgt,
der Radius eines Pikonetzes 10 m beträgt, und sich ein mobiles Endgerät in eine
Richtung bewegt und einen Punkt passiert, der 60% des Pikonetz-Durchmessers
entspricht. Ein Timeout-Wert eines Verbindungsüberwachungs-Zeitgebers wird
auf zwei Sekunden eingestellt, um einen schnellen Verbindungsverlust
zu erkennen, und es erfolgen Handoffs zwölfmal mit einer Datenübertragungszeit
von im Wesentlichen vier Sekunden, die lediglich für den schlechtesten
Fall aufrechterhalten bleiben, bei dem der Drahtloskanal sehr mangelhafte
Eigenschaften aufweist.
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6 zeigt
einen Vergleich zwischen dem vorliegenden Layer-2-Paketpuffer-Verfahren
und dem konventionellen APR-basierten schnellen Handoff-Verfahren
in Umgebungen, bei denen es häufig zum
Ein- und Ausschalten von Datenverbindungen infolge mangelhafter
Eigenschaften der drahtlosen Kanäle
kommt. Bei dem APR-basierten Handoff-Verfahren gibt es Intervalle, die den
Datendurchsatz infolge von exponentiellen TCP-Backoffs verringern, die auf Paketverluste
während
der Verbindungsunterbrechungszeiten trotz der Verbindungswiederherstellungen
mit den abgeschlossen Handoffs zurückzuführen sind. Da das vorgeschlagene
erfindungsgemäße Pufferverfahren
für das
Layer-2-Paket die
Datenübertragungen
unverzüglich über die
weitergeleiteten Datenpakete wiederaufnimmt, wenn die Handoffs mit
den wiederhergestellten Verbindungen abgeschlossen sind, kommt es
hier demgegenüber nicht
zu einem exponentiellen TCP-Backoff,
so dass kontinuierlich ein Datendurchsatz wie in der Abbildung erreicht
werden kann.
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7 zeigt
die Reihenfolge von TCP-Paketen, die von einem mobilen Endgerät empfangen werden,
wobei das APR die Effizienz durch duplizierte empfangene Pakete
verringert, wohingegen bei dem erfindungsgemäßen Pufferverfahren für das Layer-2-Paket
der Eingang von mehr Paketen zu verzeichnen ist, was dessen erhöhte Effizienz
bestätigt.
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Wie
zuvor erwähnt,
können
das Drahtlos-Kommunikationssystem und das Handoff-Abwicklungsverfahren
für das
Drahtlos-Kommunikationssystem gemäß der vorliegenden Erfindung
verhindern, dass der Datendurchsatz infolge von Datenverlusten verringert
wird, die bei einer längeren
Trennungszeit der Verbindung auftreten, wenn die Handoffs in einem
Zustand stattfinden, in denen die Umgebung des Drahtloskanals schlechter
ist, so dass schnelle Neustarts für die Datenübertragung ermöglicht werden
und das Auftreten des exponentiellen TCP-Backoffs unterdrückt wird,
wodurch sich die Qualität
des Datenübertragungsdienstes
verbessert.
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Zwar
wurde die Erfindung anhand bestimmter bevorzugter Ausführungsformen
dargestellt und beschrieben, doch natürlich liegt es für Fachleute
auf der Hand, dass verschiedene Änderungen
an der Form und an den Details vorgenommen werden können, ohne
vom Schutzumfang der Erfindung gemäß den beiliegenden Ansprüchen abzuweichen.