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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Punkt-zu-Mehrpunkt-Funksysteme
und insbesondere ein Mediumzugriff-Steuerverfahren bei Punkt-zu-Mehrpunkt-Funksystemen,
bei dem Peripheriestationen mit adaptivem PHY-Modus präzise an
ein Mediumzugriff-Steuerverfahren in Punkt-zu-Mehrpunkt- (PMP-)
Funksystemen angepasst werden, indem Peripheriestationen mit adaptivem
PHY-Modus gewählt
werden.
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STAND DER
TECHNIK
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Wie
nach dem Stand der Technik bestens bekannt ist, zeichnen sich Punkt-zu-Mehrpunkt-Funksysteme
durch das Vorhandensein einer Master-Station und einer bestimmten
Anzahl von Peripherie-Stationen aus, die auch Slaves genannt werden.
Punkt-zu-Mehrpunkt-Funkverbindungen werden durch einschlägige ETSI-Spezifikationen
standardisiert, z.B.: TS 102 000 beschreibt sehr ausführlich die
Sicherungsschicht (data link control layer – DLC) und TS101 999 die Bitübertragungsschicht (physical
layer – PHY).
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Gemäß den oben
genannten Standards erfolgen die Übertragungen von der Master-Station
zu den Peripherie-Stationen über
einen Rundsende-Abwärtsstromkanal,
während
die Übertragungen
von den Peripherie-Stationen zur Master-Station über einen Aufwärtsstromkanal
vonstatten gehen (Abwärtsstrom
und Abwärtsverbindung
bzw. Aufwärtsstrom und
Aufwärtsverbindung
sind jeweils Synonyme). Zur ordnungsgemäßen Durchführung der Übertragung von vielen Peripherie-Stationen
zu einer einzelnen Master-Station auf einem einzigen Kanal ist für das Punkt-zu-Mehrpunkt-System
eine Lösung
erforderlich, bei der eine wirksame gemeinsame Nutzung eines einzigen
Aufwärtsstrom-Datenübertragungskanal
möglich
ist und bei der vermieden wird, dass jede Peripherie-Station während der Übertragung
mit anderen in Konflikt gerät.
Die Lösung
zur gemeinsamen Nutzung des physischen Mittels beruht im Allgemeinen
auf dem Zeitvielfachzugriff-Verfahren (time division multiple access – TDMA).
Bei der Anwendung des TDMA kann der einzelne Übertragungskanal, der zur Übertragung
von den Peripherie-Stationen
zur Master-Station benutzt wird, in Signalblöcke (bursts) aufgeteilt werden,
und jeder Signalblock kann für
die Übertragung
von einer einzelnen Peripherie-Station, die in diesem bestimmten
Signalblock durch eine Nachricht aktiviert wurde, die mit ,Freigabe' bezeichnet und von
der Master-Station über den
Abwärtsstromkanal
mittels eines „Aufwärtsstrom-Abbilds" gesendet wird, reserviert
werden. Die Nachricht 'Freigabe' legt den Startzeitpunkt
der Übertragung
und (direkt oder indirekt) die Länge
des Signalblocks fest, was der Dauer der Übertragung entspricht. Zwei
Duplex-Modi sind für
das Trennen des Aufwärtsstroms vom
Abwärtsstrom
bekannt, nämlich:
Zeitduplexverfahren (time division duplexing – TDD) oder Frequenzduplexverfahren
(frequency division duplexing – FDD).
Beim FDD erfolgt die Aufwärtsstromübertragung
auf einem anderen Frequenzband als die Abwärtsstromübertragung; beim TDD hingegen
ist das Frequenzband das gleiche, aber es treten unterschiedliche
Zeitintervalle auf.
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Die
Abwärtsstrom-
und Aufwärtsstromkanäle werden
in Rahmen gleicher Dauer aufgeteilt, der zweite wird jedoch gegenüber dem
ersten zeitlich um einen bestimmten Betrag verzögert, den man Rahmenversatz
(frame offset – FO)
nennt.
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Abwärtsstromrahmen
zeichnen sich durch einen Vorsatz aus, auf den ein Steuerbereich
folgt, in den allgemeine, an alle Peripherie-Stationen rundgesendete
Daten eingefügt
werden, die die Abwärtsstrom-
und die Aufwärtsstrom-Abbilder
enthalten, in die Informationen über
die Struktur des aktuellen Abwärts- bzw. Aufwärtsstromrahmens
eingefügt
werden, worauf ein Datenbereich folgt, in den an die Peripherie-Stationen
zu sendenden Daten eingefügt werden.
Der Steuerbereich enthält
die Freigabe-Nachrichten, die für
die Peripherie-Stationen bestimmt sind. Der Rahmenversatz erlaubt
den Peripherie-Stationen
die Steuerinformationen am Beginn des Abwärtsstromrahmens zu lesen und
die Aufwärtsverbindungs-Übertragung entsprechend vorzubereiten.
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Die
Medienzugriffsteuerungs-Funktionalität (medium access control – MAC),
die sich in der Master-Station befindet, sorgt für die Erzeugung dieser Freigabe-Nachrichten,
um den Bandbreitenanforderungen der Peripherie-Stationen Rechnung
zu tragen. Die MAC-Funktionalität
muss zudem in der Lage sein zu garantieren, dass die jeder Peripherie-Station zugewiesene
Bandbreite die Dienstequalitäts-Parameter
(QoS parameter) von Verbindungen, die unterschiedlichen Verkehrsklassen
angehören,
erfüllt.
Es sind im Stand der Technik viele MAC-Protokolle mit unterschiedlichen
Leistungsmerkmalen und Eigenschaften beschrieben worden; dazu gehört beispielsweise
das in der europäischen
Patentanmeldung
EP 98830788.0 mit
dem Titel "Method
and System to assign transmission bandwidth in both radio and PON (Passive
Optical Network) ATM (Asynchronous Transfer Mode) PMP (Point-to-Multipoint)
systems" im Namen
des gleichen SIEMENS-Berechtigten beschriebene Protokoll. Gemäß dem erwähnten Verfahren
wird der Datenverkehr in Verbindungen unterteilt, wobei die Verbindungen,
die durch die gleiche Verkehrsklasse gekennzeichnet sind, in „Verbindungsbündelungen" (connection aggregates)
mit unterschiedlicher Priorität
zusammengefasst werden, und wobei zu jeder Verbindungsbündelung
in der Peripherie-Station eine Warteschlange gehört, um Pakete, die auch Protokolldaten-Einheiten (protocol data
units – PDU)
genannt werden, zu speichern, bis die Übertragung derselben aktiviert
wird, und es wird durch die Ausgabe von ,Freigaben' von der Master- Station an die Peripherie-Stationen
eine Bandbreite für
die Aufwärtsverbindung
zugewiesen, um Folgendes zu bewirken:
- – Vorabzuweisung
eines bestimmten Teilbetrages der Gesamtbandbreite in einem statischen
Modus an verschiedene Peripherie-Stationen auf der Grundlage der
Informationen über
aktive Verbindungen, wobei der Status der Warteschlangen in den
verschiedenen Peripherie-Stationen außer Acht gelassen wird;
- – Beschaffen
von Informationen oder „Anforderungen" über einen momentanen Bandbreitenbedarf,
die von den Peripherie-Stationen an die Master-Station gesendet
wurden, und Verteilen von nicht zugewiesener Bandbreite nach früheren statischen
Verfahren gemäß zweier
zusätzlicher Modalitäten zusammen
mit einem definierten dynamischen Bandbreiten-Zuweisungsmodus, der Folgendes
enthält:
garantierte dynamische Bandbreite und verfügbare dynamische Bandbreite.
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Unter
Zugrundelegung der relevanten Beschreibung ist das oben beschriebene
Verfahren mit Aufwärtsverbindungs-TDMA-Rahmen
durchführbar, die
in Zeitschlitze fester Länge
unterteilt sind, die jeweils eine ATM-Zelle enthalten, welche ihrerseits durch
die freigegebenen Peripherie-Stationen übertragen wird. Sowohl die
Anzahl der Zeitschlitze in einem Rahmen als auch ihre Dauer sind
konstant, so dass die Verkehrkapazität des Rahmens festliegt. Die
Freigabe ist zudem stets auf einen genau definierten Zeitschlitz
eines Aufwärtsverbindungs-Rahmens und auf eine
spezielle Verbindungsbündelung bezogen.
Wenn eine Peripherie-Station beispielsweise 4 ATM-Zellen überträgt, weist
ihr die Master-Station 4 Freigaben für die Übertragung in 4 klar getrennten,
aber nicht unbedingt aufeinander folgenden Zeitschlitzen zu. Andere
bekannte TDMA-Systeme
zum Übertragen
von Paketdaten, z.B. GPRS, 3G UTRAN CDMA usw., weisen diese starre
Art von MAC-Struktur auf der Grundlage von Zeitschlitzen fester
Länge auf.
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DARGESTELLTES
TECHNISCHES PROBLEM
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"Adaptiver PHY-Modus" ist ein Hauptmerkmal
der neuen Generation von Punkt-zu-Mehrpunkt-Funksystemen. Mit der
Bezeichnung "PHY-Modus" meinen wir eine
Kombination aus Modulation und Vorwärtsfehlerkorrektur (Forwarding
Error Check – FEC).
Jeder PHY-Modus ist durch einen unterschiedlichen Durchsatz und
unterschiedliche Robustheit gekennzeichnet. Mit der Bezeichnung "Adaptive PHY-Modi" meinen wir, dass
die Sendestationen – entweder
Master- oder Peripherie-Stationen – angewiesen werden, aus einer
Menge von möglichen
Modi einen PHY-Modus für
die aktuelle Übertragung
verwenden. Daten innerhalb eines Aufwärtsstrom-Signalblocks werden
in nur einem PHY-Modus übertragen.
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Gemäß den erwähnten Standards
ist die Länge
der Aufwärtsverbindungs-Signalblöcke nicht mehr
fest, vielmehr wird sie durch die Einführung des PHY-Modus variabel.
Es sind beispielsweise 1.421 Symbole für die Übertragung von 4 ATM-Zellen im niedrigsten
PHY-Modus erforderlich, wohingegen lediglich 472 Symbole benötigt werden,
wenn der höchste
PHY-Modus gewählt wird.
Dank des adaptiven PHY-Modus ist zudem die Verkehrskapazität jedes
Rahmens nicht mehr fest, sondern mit den den Peripherie-Stationen
dynamisch zugewiesenen PHY-Modi variabel. Es soll für die Übertragung
von 22.400 Modulationssymbolen der Standardrahmen mit einer Länge von
1 ms betrachtet werden (44,64 Megasymbole pro Sekunde); für den Fall
dass alle Peripherie-Stationen ATM-Zellen mit dem niedrigsten PHY-Modus übertragen,
werden 60 Zellen übertragen,
während
im höchsten
PHY-Modus fast 200 ATM-Zellen übertragen
werden.
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Die
alten MAC-Protokolle sind nicht geeignet, die durch die jüngste Standardisierung
gebotenen Möglichkeiten
auszuschöpfen,
weil die entsprechende Ablaufsteuerung (scheduler) so aufgebaut ist,
dass sie den freigegebenen Peripherie-Stationen Zeitschlitze fester
Länge zuweist
und von einer konstanten Verkehrskapazität des Rahmens ausgeht. Ein
Ziel eines intelligenten MAC-Protokolls, das in Punkt-zu-Mehrpunkt-Funksystemen,
aber auch bei GPRS, UMTS usw. eingesetzt werden kann, besteht darin,
die gemessene QoS durch eine zeitlich veränderliche Bandbreite konstant
zu halten. Im Gegensatz zu den alten MACs, bei denen lediglich die
Möglichkeit
besteht, die Anzahl der freigegebenen Zeitschlitze zu variieren,
um die QoS-Anforderungen zu erfüllen,
besteht mit der Einführung
eines adaptiven PHY-Modus-Verfahrens eine zusätzliche Möglichkeit, und das gleiche
Ziel kann durch Verändern
des jeweiligen PHY-Modus erreicht werden. Der Signalblock veränderlicher
Länge mit
der Granularität
eines Modulationssymbols erlaubt außerdem eine feine Kalibrierung
der freigegebenen Bandbreite zur Anpassung der QoS-Veränderlichkeit;
dies steht im Gegensatz zu dem Signalblock mit fester Länge, die
den diskreten Schritten eines Zeitschlitzes entspricht.
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Die
jüngste
Standardisierung gibt lediglich an, was die Ablaufsteuerung zu tun
hat, und sie stellt Folgendes bereit: die grobe Struktur des Abwärtsstromrahmens,
die Art der Nachricht, die den Peripherie-Stationen zur Verfügung steht,
um Bandbreite anzufordern, die Struktur der Abfragenachricht (polling
message) und der Freigabenachricht usw. Wie die Ablaufsteuerung
in dem spezifischen Protokoll, aber allgemeiner im MAC-Protokoll,
funktionieren muss, hängt
letztendlich von den Lösungen
des Anwenders ab.
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Bei
den alten MAC-Protokollen können
aufgrund der festen Zeitschlitze und der nicht vorhandenen adaptiven
PHY-Modi die Übertragungsintervalle der
Peripherie-Stationen innerhalb des Rahmens beliebig geplant werden,
so dass den momentanen Bandbreitenanforderungen von den Peripherie-Stationen
mit einer geringen Verzögerung
(kürzer
als der feste Zeitschlitz) entsprochen werden kann. Dies trifft allerdings
für eine
neue Ablaufsteuerung nicht immer zu, bei der die starren Zeitzuweisungen
der alten Freigabestrategie nicht zum Tragen kommen und variable
Zeitgrenzen der Übertragungs-Signalblöcke möglich sind.
Die effiziente Handhabung einer variablen Verkehrskapazität aufgrund
des adaptiven PHY-Modus durch die Übertragung von Signalblöcken von
variabler Dauer bei gleichzeitig fester Rahmendauer stellt für ein MAC-Protokoll
eine schwierige Aufgabe dar.
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AUFGABEN DER
ERFINDUNG
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Die
Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein MAC-Protokoll
in einem PMP-Funksystem anzugeben, das in der Lage ist, die Übertragungsanforderungen
von Peripherie-Stationen
wirksam zu verarbeiten und die verfügbare Bandbreite gemäß den unterschiedlichen
QoS-Anforderungen der Verbindungen und im Hinblick auf die jüngsten Erfordernisse
durch die Standardisierung zu verteilen, die durch einen PHY-Modus
zeitlich variabel geworden ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
UND VORTEILE DER ERFINDUNG
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Um
diese Aufgaben zu lösen,
ist der Gegenstand der vorliegenden Erfindung ein Medienzugangssteuerungs-
(MAC-) Verfahren in einem Punkt-zu-Mehrpunkt- (PMP-) Funksystem,
in dem Peripherie-Stationen (PS) mit adaptivem PHY-Modus zugelassen
werden, wie es in den relevanten Verfahrens-Ansprüchen dargelegt ist.
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Im
Mittelpunkt des MAC-Protokolls der vorliegenden Erfindung steht
eine Aufwärtsstrom-Ablaufsteuerung
(scheduler), die der Master-Station die Möglichkeit bietet, jeder Peripherie-Station einen einzelnen Übertragungs-Signalblock
variabler Länge
je Rahmen mit der Mindestgranularität eines Modulationssymbols
mit dem zugehörigen
PHY-Modus zuzuweisen, um die zugewiesene Bandbreite an die momentanen
Verkehrsbedingungen anzupassen, die durch die Übertragungsanfragen von den
Peripherie-Stationen ermittelt wurde, und um insbesondere eine in
der Verbindungsaufbauphase definierte Mindestbandbreite zu gewährleisten.
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Die
Aufwärtsstrom-Ablaufsteuerung
ist in Modulform realisiert. Jedes Modul ist einer Verbindungsbündelung
zugeordnet, und es enthält
für jede Peripherie-Station
die Informationen über
die Verbindungsparameterdaten und die angeforderten PDUs, die die
Peripherie-Station für
die zugehörige
Verbindungsbündelung übertragen
muss. Das erste Modul steuert den zeitlichen Ablauf des Verkehrs
mit der höchsten
Priorität.
Die Bandbreite für
diese Verbindungsbündelung
wird während
des Verbindungsaufbaus vorab zugewiesen, und die Peripherie-Stationen
fordern für
Verbindungen, die zu diesem Verbindungsverbund gehören, keine
Bandbreite an. Die Ablaufsteuerung übersetzt die Bandbreitenparameter von
Verbindungen, die zu jeder Peripherie-Station gehören, in
die Anzahl von zu übertragenden
PDUs. Die nachfolgenden Module, eines für jede von der Master-Station verarbeiteten
Verbindungsbündelung,
steuern den zeitlichen Ablauf des Verkehrs, der auf den Antworten
auf die Abfragen oder auf die Anfragen der Peripherie-Stationen
mittels Huckepack-Quittierung (piggyback) und Abfrageanforderungs-Bit
(poll-me bit) beruht, wobei es sich um bekannte Mechanismen handelt,
die in den relevanten Standardisierungen und in einigen Patentanmeldungen
des gleichen SIEMENS-Berechtigten erwähnt sind.
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Die
Ablaufsteuerungs-Module aktualisieren die empfangenen Informationen
während
des Verbindungsaufbaus und danach als Folge der oben erwähnten Bandbreitenanfrage-Mechanismen
(Abfragen, Huckepack-Quittierung und Abfrageanforderungs-Bit) auf
dynamische Weise. Die Anzahl der PDUs, die jede Peripherie-Station
in jedem Rahmen übertragen
muss, wird von den besagten Modulen geliefert und in Prioritätstabellen
eingefügt,
eine für jedes
Modul. Die Ablaufsteuerung erhält
eine Aufwärtsstrom-Abbildtabelle,
die für
jede Peripherie-Station
kumuliert die Symbole von all den Verbindungsbündelungen enthält, die
die Peripherie-Station innerhalb des nächsten Rahmens übertragen
soll. Die Aufwärtsstrom-Abbildtabelle
wird durch reihenweises Abtasten der Prioritätstabellen in absteigender
Reihenfolge erhalten, wobei mit der Reihe mit der höchsten Priorität begonnen
und die Anzahl der PDUs kumuliert wird, die für den aktuellen Übertragungs-PHY-Modus
in die Anzahl äquivalenter
Modulationssymbole übersetzt
wurden. Das Abtasten der Prioritätstabellen
zum Auffüllen
der Abbildtabellen wird unterbrochen, wenn alle Tabellen für alle Peripherie-Stationen
abgetastet wurden oder aber wenn die Summe aller freigegebenen Modulationssymbole die
in dem Rahmen zugelassene Maximalanzahl von Symbolen übersteigt.
Das Abtasten der Prioritätstabellen
wird in beiden Fällen
an dem Rahmen neu gestartet, der dem Rahmen mit der höchsten Priorität benachbart
ist. Nach der Fertigstellung der Aufwärtsverbindungs-Abbildtabelle
tastet die Master-Station diese Tabelle reihenweise ab und speichert
sie im Steuerbereich des Abwärtsverbindungsrahmens.
Die Freigabe von Peripherie-Stationen steht in Übereinstimmung mit der in der
Steuerzone gespeicherten Folge. In der Freigabe gibt die Master-Station
nicht an, welchen Typ von PDUs die Peripherie-Station übertragen
soll, stattdessen teilt sie der Peripherie-Station einfach den richtigen
Zeitpunkt und die Dauer der Übertragung
mit. Die Peripherie-Station ist für die Verteilung der zugewiesenen
Aufwärtsstrom-Bandbreite
zuständig,
um die während
der Verbindungseinrichtung ausgehandelten Dienstparameter zu erfüllen. Die
Peripherie-Station
hat die Freiheit, Übertragungsmöglichkeiten
zu nutzen, um Daten zu übertragen,
die zu irgendwelchen Verbindungsbündelungen gehören.
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Im
Gegensatz zu der oben erwähnten
alten MAC hat die neue MAC den gesamten Rahmen im Blick. Unter diesem
Gesichtspunkt werden die momentanen Verkehrsbedingungen in dem aktuellen Rahmen
betrachtet, um Freigaben für
den nächsten Rahmen
zur Verfügung
zu stellen. Die Ablaufsteuerung zieht aus dem PHY-Modus und der variablen Länge der Übertragungs-Signalblöcke des
Weiteren dahingehend Nutzen, dass sie für die Übertragung mit dem zugewiesenen
PHY-Modus nur eine Freigabe pro Rahmen an jede Peripherie-Station
ausgibt. Bei dem zyklischen Abtasten der verschiedenen Prioritätstabellen
zum Erhalten eindeutiger Freigaben pro Rahmen, mit denen die variable
Länge der
freigegebenen Signalblöcke
angegeben wird, die am besten mit der den verschiedenen Verbindungsbündelungen
mit unterschiedlichen QoS zugewiesenen kumulativen Bandbreite übereinstimmen,
handelt es sich in der Tat um ein neuartiges Konzept. Die neue MAC,
die Freigaben für
eine kumulative Bandbreite ausgibt, überlässt es der Peripherie-Station,
die zugewiesene Bandbreite bestmöglich
unter den verschiedenen Verbindungsbündelungen aufzuteilen.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Die
Merkmale der vorliegenden Erfindung, die als neuartig erachtet werden,
sind mit allen Besonderheiten in den anhängenden Ansprüchen dargelegt.
Die Erfindung sollte zusammen mit ihren weiteren Aufgaben und Vorteilen
mit Bezug auf die nachfolgende ausführliche Beschreibung einer
Ausführungsform
in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen verstanden werden,
die ausschließlich
und nichteinschränkend
zu Erklärungszwecken
gegeben werden und in denen:
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1 eine
Darstellung eines Funktionsblocks eines mit einem ATM-Netz verbundenem Punkt-zu-Mehrpunkt-Funksystems
ist, das gemäß dem Verfahren
der Erfindung arbeitet;
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2 drei
kurze Signalblöcke
zeigt, die von drei Peripherie-Stationen
zu Beginn jedes Aufwärtsstromrahmens
als Reaktion auf eine Abfrage ausgesendet werden;
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3 ein
Huckepack-Quittierfeld innerhalb des PDU-Vorsatzes zeigt;
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4 das
Abfrageanforderungs-Bitfeld innerhalb des PDU-Vorsatzes zeigt;
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5 die
von der Master-Station des Systems in 1 empfangenen/gesendeten
Aufwärts- und
Abwärtsverbindungsrahmen
und die entsprechenden von den Peripherie-Stationen gesendeten/empfangenen
Rahmen zeigt;
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6a, 6b und 6c Module
und Tabellen zeigen, die vom Ablaufsteuerungsprozess für Aufwärtsübertragungen
verwendet werden, der zum MAC-Protokoll der vorliegenden Erfindung
gehört.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG EINER AUSFÜHRUNGSFORM
DER ERFINDUNG
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1 zeigt
ein Punkt-zu-Mehrpunkt-Funksystem, das aus einer Master-Station
MS besteht, die mit mehreren in dem Gebiet um die MS herum angeordneten
Peripherie-Stationen PS verbunden ist, und wobei jede PS ihrerseits
mit mehreren Terminals TE über
eine physische Leitung, z.B. ein verdrilltes Adernpaar, Kabel usw.,
verbunden ist. Die Master-Station MS ist vorzugsweise über eine
optische Verbindung mit einem ATM-Kernnetz verbunden. Es sind die folgenden
Standard-Schnittstellen
definiert: Node Network Interface (NNI) zwischen dem ATM-Dienstknoten
und anderen ATM-Knoten; ATM Network Interface (ANI) zwischen dem
ATM-Dienstknoten und der Master-Station MS; die Funkschnittstelle
ist schematisch durch Pfeile dargestellt; Local Terminal Interface
(LTI) zwischen den Peripherie-Stationen und den jeweiligen Terminals
TE. Die Master-Station MS beinhaltet die folgenden Funktionsblöcke: Funkeinheit
RU, Master-Zeitgebergenerator MTG; Basisband-Prozessor BB PROC; MAC-Master-Prozessor
MMP; Aufwärtsverbindungs-Ablaufsteuerung
USC und ATM-Medienschaltkreise.
Jede Peripherie-Station PS beinhaltet die folgenden Funktionsblöcke: Leitungsterminal-Schaltkreise
LTC, Funkeinheit RU, Peripherie-Zeitgebergenerator PTG, Basisband-Prozessor BB PROC,
MAC-Peripheriestations-Prozessor MPP, Peripheriestations-Puffer PBF
und Peripheriestations-Ablaufsteuerung
PSC. Die verschiedenen Blöcke
innerhalb der Master-Station MS und der Peripherie-Stationen PS
sind über bidirektionale
interne Busse wie in der Abbildung gezeigt untereinander verbunden.
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Hinsichtlich
der Funktion und mit Blick zunächst
auf die Peripherie-Station PS handelt es sich bei den verschiedenen
Terminals TE um Vorrichtungen, die in der Lage sind, zu senden und
zu empfangen: entweder periodische Echtzeit- (PRT-), Echtzeit- (RT-)
oder Nichtechtzeit- (nRT-) Signale durch die im Rahmen der LTC-Schaltkreise
vorhandenen LTI-Schnittstelle. Die LTC-Schaltkreise nehmen eine Leitungsanpassung
vor, entweder eine A/D- oder eine D/A-Umsetzung, eine Anpassung
der Rate, entweder Multiplexen oder Demultiplexen der Basisband-Signale zum/vom Basisband-Prozessor
BB PROC. Letzterer führt
alle Basisbandoperationen aus, die für das zuverlässige Senden
und Empfangen auf den Funkkanälen üblich sind,
z.B. TX/RX-Filtern, FEC-Codieren/Decodieren,
Verschachteln/Entschachteln, Verwürfeln/Verwürfeln rückgängig machen, Verschlüsseln/Entschlüsseln. Das
Basisband-Sendesignal wird zur Funkeinheit RU geleitet, die die
ausgewählte
Modulation vornimmt und das Signal in eine Zwischenfrequenz (ZF)
umwandelt. Das modulierte Signal wird anschließend in ein Hochfrequenzsignal
(HF) umgewandelt und für
das Aussenden vor der Weiterleitung zur Antenne verstärkt. Das empfangene
HF-Signal wird der
entgegengesetzten Verarbeitung unterzogen, um ein Basisbandempfangssignal
am BB-PROC-Eingang zu erhalten. Der Zeitgebergenerator PTG enthält einen
stabilen Taktgenerator (TCXO) und einen Frequenzsynthesizer, um
alle lokalen Oszillatorsignale und Zeitsteuerreferenzen für die korrekte
zeitliche Ablaufsteuerung in der Funkeinheit RU und den anderen
Funktionsblöcken
innerhalb der Peripherie-Station PS bereitzustellen. Zu der zeitlichen
Ablaufsteuerung der Funkeinheit RU gehören das Senden und Empfangen mittels
Zeitmultiplex in Übereinstimmung
mit den zugewiesenen Zeitschlitzen. Der Basisbandprozessor BB PROC
führt mehrere
Maßnahmen
am empfangenen Signal durch, z.B.: Übertragungsverzögerung, Leistungsdämpfung,
Qualität
(BER, BLER, C/I) usw., um in der Master-Station die wichtigsten
Funktionsabläufe
zu unterstützen,
z.B. Leistungsteuerung und adaptiver PHY-Modus. Da sich die nichteinschränkende Ausführungsart
auf ein ATM-Netz bezieht, ergibt sich eine große Vereinfachung der Master-Station
MS, wenn die ausgetauschte PDU gleich der Nutzlast einer ATM-Zelle
gesetzt wird. Das bedeutet, dass der Basisband-Prozessor BB PROC
außerdem die
Funktionalität
einer teilweisen Segmentierung und Wiederzusammensetzung (SAR) von
ATM ausführen
muss. Wie bekannt ist, besteht jede ATM-Zelle aus 5 Oktetten des
Vorsatzes plus 48 Oktetten der Nutzlast (1 Nutzlast-Oktett ist für den SAR-PDU-Vorsatz
reserviert). Durch die Segmentierung wird jede von einem gegebenen
Terminal TE stammende Nachricht des Protokolls einer höheren Schicht
in nummerierte Signalblöcke
von 47 Oktetten unterteilt, was zu einem Datenstrom von 64 Kbit/s
führt.
Ein zweifaches Abbilden wird vor dem Wiederzusammensetzen durchgeführt.
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Der
Prozessor MPP ist ein funktionaler Teil des Basisband-Prozessors BB PROC
und dafür
vorgesehen, Operationen des in die Peripherie-Station PS geladenen
MAC-Protokolls auszuführen.
Insbesondere sorgt der MPP-Prozessor zusammen mit der Ablaufsteuerung
der Peripherie-Station PSC und dem Puffer der Peripherie-Station
PBF für
Folgendes:
- • Empfangen
eines Abfragesignals (poll Signal) von der Master-Station MS in
periodischen Zeitabständen.
Die Abfrage ist eine kurze Freigabenachricht, die von der Master-Station über die
Abwärtsverbindung
gesendet wird, um die Übertragung
eines kurzen Signalisierungs-Signalblocks (Mini-Schlitz)
als Antwort durch die angesprochene Peripherie-Station anzuordnen.
- • Senden
eines kurzen Signalisierungs-Signalblocks (Mini-Schlitz) zur Master-Station als Antwort auf
die Abfrage wie in 2, einschließlich einer Anfrage zum Zuweisen
von Übertragungsgelegenheiten;
wobei die Anfrage detaillierte Informationen über die in Verbindungsbündelungen
unterteilten Warteschlangenstatus enthält. Verbindungsbündelungen
sind ausdrücklich
in dem für die
vorliegende Erfindung relevanten MAC-Protokoll vorgesehen. Insbesondere
sind vier Verbindungsbündelungen
und relative Warteschlangen vorhanden, eine für jede der folgenden Verkehrsklassen,
die in den Spezifikationen des internationalen Standards definiert
werden: periodische Echtzeit (PRT), Echtzeit (RT), Nichtechtzeit
(nRT) und geringster Aufwand (BE). Die vier Verbindungsbündelungen
haben unterschiedliche Prioritäten:
PRT hat die höchste
Priorität;
RT hat die zweithöchste
Priorität;
nRT hat die dritthöchste Priorität, und BE
hat die niedrigste Priorität.
Jede Verkehrsklasse ist einer ATM-Verkehrsklasse jeweils zugeordnet: eine
konstante Bitrate (CBR) ist PRT zugeordnet, eine variable Bitrate
in Echtzeit (VBRrt) ist RT zugeordnet, eine variable Bitrate in Nichtechtzeit
(VBRnrt) ist nRT zugeordnet, und eine nichtspezifische Bitrate (UBR+)
ist BE zugeordnet. Der MPP-Prozessor der Peripherie-Station, die
eine Freigabe empfängt,
entscheidet auf der Grundlage ihres Warteschlangenstatus, welche
Warteschlange(n) PDUs übertragen muss/müssen.
- • Senden
eines Huckepack-Quittierfeldes an die Master-Station (3), das
im Vorsatz jeder Aufwärtsstrom-PDU übertragen
wird, um an der Master-Station die Verbindungsbündelung, zu der die in der
PDU transportierte Verbindung gehört, zu aktualisieren. Hier
handelt es sich um eine implizite Freigabe-Anfrage, bei der nicht
auf die Abfragezeitsteuerung gewartet werden muss. Die Huckepack-Quittiermeldung aktualisiert
die Bündelungs-Warteschlangen, nachdem
die relevanten PDUs zwecks Übereinstimung
mit den empfangenen Freigaben übertragen
wurden.
- • Zeitliche
Steuerung des Verkehrs der verschiedenen Warteschlangen im Puffer
der Peripherie-Station PBF.
- • Übertragen
von Abfrageanfragen (über
das Abfrageanforderungs-Bit), die von der internen Ablaufsteuerung
stammen. 4 zeigt ein Abfrageanforderungsbit-Feld
im Vorsatz jeder Aufwärtsstrom-PDU,
um das Abfragen im Voraus anzufordern, falls dies erforderlich ist.
Die Eigenschaft des Abfrageanforderungsbits ist während der
Verbindungsaufbauphase konfigurierbar. Es besteht die Möglichkeit,
das Abfrageanforderungsbit einer Teilmenge der Verbindungsbündelungen
zuzuordnen. Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird
das Abfrageanforderungsbit lediglich der Verbindungsbündelung RT
zugeordnet, die der VBRrt der ATM-Dienstklasse zugeordnet ist. Auf
diese Weise ist es möglich,
VBRrt-Verbindungen
effizient zu handhaben. Tatsächlich
besteht die Möglichkeit,
dass eine Peripherie-Station lediglich CBR-Daten zu übertragen
hat (Verbindungsbündelung
PRT) und der Warteschlangenstatus an der Master-Station folglich
anzeigt, dass die oben erwähnte
Peripherie-Station für
die Verbindungszusammenfassung RT keine zu übertragenden Daten hat. Dann kommt
eine zum VBRrt-Verkehr gehörende
PDU an der Peripherie-Station an. Alle an die Peripherie-Station
gesendeten Freigaben werden für
den CBR-Verkehr verwendet, da PRT die höchste Priorität aufweist.
Mit dem im Vorsatz jeder PDU transportierten und in diesem Falle
in den PDUs des CBR-Verkehrs transportierten Abfrageanforderungs-Bit
ist es möglich,
der Master-Station mitzuteilen, dass die VBRrt-Warteschlange nicht
leer ist und auf den Abfragezyklus nicht gewartet werden muss. Wenn
die Master-Station
von einer Peripherie-Station eine Nachfrage nach einem Abfrageanforderungs-Bit
empfängt,
sendet die Master-Station
an diese Peripherie-Station eine Freigabe für einen langen Signalblock.
Die Peripherie-Station wartet für
die Aktualisierung des Warteschlangenstatus in der Master-Station
das Ende des Abfragezyklus nicht ab.
- • Empfangen
und Aktivieren der Freigabebefehle für UL-Übertragungen.
Jede einzelne Freigabenachricht enthält den Kennzeichner PID# der
Peripherie-Station, den richtigen Zeitpunkt der Übertragung und den PHY-Modus,
der für
die Übertragung
verwendet werden soll, es ist jedoch nicht festgelegt, welchen Typ
von PDUs die Peripherie-Station übertragen
soll. Nach einem Freigabebefehl wird die zugewiesene Aufwärtsstrom-Bandbreite
unter den verschiedenen Warteschlangen im PBF-Puffer gemäß der Zeitplanung
der PSC verteilt.
- • Empfangen
und Aktivieren der PHY-Modus-Befehle zum adaptiven Senden/Empfangen
auf den Funkkanälen.
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Wenn
nun die Master-Station MS betrachtet wird, so führt der Prozessor BB PROC für alle verbundenen
Peripherie-Stationen jene typischen Basisbandoperationen aus, die
bereits für
das zuverlässige
Senden und Empfangen auf den Funkkanälen beschrieben wurde. Das
für alle
aktiven Peripherie-Stationen relevante Sendesignal des gesamten Basisbandes
wird zur Funkeinheit RU geleitet, die die ausgewählte Modulation vornimmt und
das Signal in eine ZF umwandelt. Das modulierte Signal wird anschließend in
ein Hochfrequenzsignal (HF) umgewandelt und für das Aussenden vor der Weiterleitung zur
Antenne leistungsverstärkt.
Das empfangene HF-Signal wird in zweifacher Hinsicht bearbeitet,
um am Eingang des Prozessors BB PORC alle Basisband-Empfangssignale
der aktiven Peripherie-Stationen
zu erhalten. Der Zeitgebergenerator MTG ist komplexer als der ebenfalls
vorhandene PTG-Schaltkreis, und er enthält einen stabileren Taktgenerator (TCXO).
Die zeitliche Ablaufsteuerung der Funkeinheit RU beinhaltet das
Multiplexen der Signalblöcke der
Peripherie-Stationen in die Abwärtsverbindungs-Übertragungsrahmen
zum Rundsenden in der Zelle und den zeiteingeteilten Empfang durch
eine Vielzahl von festen Peripherie-Stationen PS mit unterschiedlichen
Abständen
von der Master-Station MS. Die numerischen Signale von den Peripherie-Stationen
PS und auch die ATM-Signale vom ATM-Dienstknoten werden in die ATM-Medium-Schaltkreise
AMC eingegeben. Diese Schaltkreise führen typische Operationen der
ANI-Schnittstelle aus, damit eine Kompatibilität zwischen den digitalen Datenströmen an den
beiden Enden erreicht wird. Wenn es sich bei dem physischen Medium
um ein Lichtwellenleiterkabel handelt, beinhalten die AMC-Schaltkreise Folgendes:
Multiplexer/Demultiplexer, optische Sender und optische Empfänger. Wenn
wir zudem zunächst
die Richtung MS → ATM betrachten,
so fügen
die Schaltkreise AMC den ATM-Vorsatz zu den PDUs hinzu und leiten
die resultierenden ATM-Zellen auf virtuellen Kanälen und virtuellen Pfaden abgebildet
in das physische Medium. In der entgegengesetzten Richtung ATM → MS analysieren
die Schaltkreise AMC den ATM-Vorsatz der empfangenen ATM-Zellen
zum Weiterleiten der Nutzlast zum 64-kBit/s-Datenstrom, der den
entsprechenden Peripherie-Stationen zugeordnet ist.
-
Der
Basisband-Prozessor BB PROC führt mehrere
Maßnahmen
bezüglich
Verzögerung,
Leistung und Qualität
des empfangenen Signals durch, um die Hauptfunktionsabläufe zu unterstützen. Leistungssteuerung,
Rahmensynchronisation der eingehenden Signale von den Peripherie-Stationen
und ein adaptiver PHY-Modus
sind einige Beispiele dafür. Der
MAC-Master-Prozessor MMP und die Ablaufsteuerung USC sind funktionale
Teile des Basisband-Prozessors BB PROC, die vorgesehen sind, das
MAC-Protokoll gemäß der vorliegenden
Erfindung auszuführen.
Das MAC-Protokoll verwendet Nachrichten, die in beiden Richtungen
versandt werden, um verschiedene funktionale Einheiten zu koordinieren
(MS und PS): diese Nachrichten und ihre Interpretation werden MAC-Protokoll
genannt. Das MAC-Protokoll der vorliegenden Erfindung gehört zu einer
Kategorie von Protokollen ohne Kollision mit einer zentralisierten
Steuereinheit (MAC-Master-Prozessor), bei der es sich um die einzige
Einheit handelt, die die Übertragung
von einer oder einer anderen PS aktivieren kann. Durch eine zentralisierte Steuerung
ist es in der Tat möglich
zu vermeiden, dass nach unabhängigen
Entscheidungen Kollisionen bei gleichzeitigem Senden durch mehr
als eine PS mit der Folge eines Datenverlustes stattfinden. Der
MMP-Prozessor führt
die folgenden Operationen aus:
- • Er fragt
wie in 2 gezeigt die Peripherie-Stationen PS ab.
- • Er
empfängt
von den Peripherie-Stationen PS (als Antwort auf das Abfragen) die
Anfragen, Übertragungsmöglichkeiten
zugewiesen zu bekommen, wobei in den Anfragen detaillierte Informationen über die
in Verbindungsbündelungen (Mini- Schlitze) unterteilten
Warteschlangenstatus enthalten sind.
- • Er
empfängt
die von den Peripherie-Stationen stammenden Abfrageanfragen (Abfrageanforderungs-Bit)
- • Er
plant den zeitlichen Ablauf für
jede einzelne Peripherie-Station mit so vielen Warteschlangen, wie
es Verbindungsbündelungen
gibt.
- • Er überträgt die Freigabebefehle
für UL-Übertragungen
an die Peripherie-Stationen auf der Grundlage des vorherigen zeitlichen
Ablaufs sowie auf einer Vollduplex- oder aber einer Halbduplex-Funktionalität.
- • Er überträgt auf der
Grundlage der von ihm selbst durchgeführten Qualitätsmessungen
und der von den Peripherie-Stationen erhaltenen Messwerte und weiterhin
unter Berücksichtigung der
Anfragen nach einer Aufwärtsstrom-Bandbreite
die PHY-Modus-Befehle an die Peripherie-Stationen zum adaptiven
Senden/Empfangen auf den Funkkanälen.
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Es
werden nun die aufgelisteten MS-Operationen ausführlicher dargestellt. Hinsichtlich
des Abfragens werden wie in 2 gezeigt
in jedem Rahmen drei Peripherie-Stationen abgefragt. Das Abfragen
wird durchgeführt,
indem eine Freigabe für
die Übertragung
eines kurzen Signalblocks (Mini-Schlitz) erteilt wird. Wenn das
System für
64 Peripherie-Stationen ausgelegt ist, wird jede Peripherie-Station mindestens
alle 22 ms (22 Rahmen) abgefragt, da in einem PMP-System die Rahmendauer
1 ms (eine Millisekunde) beträgt.
Das Abfragen wird lediglich an den aktiven und nicht an allen theoretisch
möglichen Peripherie-Stationen
ausgeführt.
Dies schränkt
die Abfragefrequenz ein, wenn bei einer bestimmten Ausführung bei
der Master-Station nur wenige Peripherie-Stationen registriert sind.
Wenn nur drei Peripherie-Stationen registriert sind, wird jede Peripherie-Station
bei jedem Rahmen abgefragt.
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In 5 werden
in der obersten Zeile (der ersten) zwei aufeinander folgende Abwärtsstrom-Rahmen
gezeigt, die von der Master-Station gesendet werden. Der auch Steuerbereich
genannte Anfangsteil jedes Rahmens ist für den Verwaltungsdatenverkehr
reserviert, der an alle Peripherie-Stationen rundgesendet wird. Der Steuerbereich
enthält das
Aufwärtsverbindungs-Abbild,
also alle Freigaben für
die Peripherie-Stationen. Der Steuerbereich hat eine variable Länge, sie
erscheint letztendlich aber nicht länger als ein Viertel des Abwärtsstromrahmens.
Alle Peripherie-Stationen müssen
den Steuerbereich abhören.
Der Steuerbereich wird von den Peripherie-Stationen nach einer Zeitdauer
empfangen, die von der jeweiligen räumlichen Entfernung von der Master-Station abhängt. Diese
Verzögerung
wird Laufzeitverzögerung
(trip delay – TD)
genannt. In der zweiten Zeile von 5 ist der
Aufwärtsstromrahmen
dargestellt, der an der Master-Station empfangen wird. Der Aufwärtsstromrahmen
wird von der Master-Station
nach einer Rücklaufverzögerung TD empfangen,
die der Laufzeitverzögerung
TD entspricht. Bei der Betrachtung der ersten beiden Zeilen wird
ersichtlich, dass der Anfang des Aufwärtsstromrahmens vom Start des
Abwärtsstromrahmens
um einen Rahmenversatz FO einschließlich der Rundlaufverzögerung (2TD)
verschoben wird. Der Rahmenversatz FO wird von der Master-Station
gesetzt und über
besondere Nachrichten allen Peripherie-Stationen mitgeteilt. In
der Praxis bewertet die Master-Station während eines anfänglichen
Einrichtungsschritts die Laufzeitverzögerung TD jeder Peripherie-Station und überträgt die für die Peripherie-Stationen
bestimmten Nachrichten einschließlich der jeweiligen Laufzeitverzögerung TD.
Wenn eine Peripherie-Station den Rahmenversatz FO und den Wert ihrer
Laufzeitverzögerung
TD empfängt,
sorgt sie dafür,
dass die zu sendenden Rahmen gegenüber den empfangenen Rahmen um
einen Wert verzögert
werden, der FO–2TD
entspricht, um den korrekten Rahmenversatz FO in der Master-Station
zu setzen. Die Blöcke MTG
in der Master-Station und PTG in den Peripherie-Stationen erzeugen
die relevante Zeitsteuerung. Die ersten beiden Zeilen von 5 stellen
in der Praxis die Empfangssituation des Abwärtsstroms und die Sendesituation
des Aufwärtsstroms
einer Peripherie-Station dar, die sich sehr nahe bei der Master-Station
befindet (man nimmt also an, dass die Verzögerung TD für diese Peripherie-Station
praktisch null ist).
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In
der dritten Zeile von 5 ist der Abwärtsstromrahmen
dargestellt, der an der weiteren Peripherie-Station empfangen wird.
Wenn man von einem maximalen Abstand von 8 km zwischen den Peripherie-Stationen
und der Master-Station ausgeht, beträgt die maximale Laufzeitverzögerung TD etwa
30 μs. Es
wird der Abwärtsstromrahmen
also in einem Intervall von 0 μs
(von der dichtesten Peripherie-Station) bis 30 μs (von der entferntesten Peripherie-Station)
empfangen. In der Abbildung ist der Wert des Rahmenversatzes FO übertrieben
dargestellt, in der Praxis muss sein Mindestwert das Auslesen des Steuerbereichs
durch die Peripherie-Stationen und die relativen Einstellungen der
korrekten Übertragung
mit dem angewiesenen PHY-Modus erlauben, wodurch Zeit eingespart
wird, um vom Empfang auf Senden umzuschalten.
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Es
wird nun mit Bezug auf die 6a, 6b und 6c die
Funktion der Aufwärtsstrom-Ablaufsteuerung
USC beschrieben. Diese Ablaufsteuerung kann unabhängig von
der Gesamtkanalkapazität
arbeiten (von mindestens 10 MBit/s bis höchstens 150 MBit/s). Die Aufwärtsstrom-Ablaufsteuerung
beruht auf drei Modulen CA1, CA2, CA3/4 plus einem gemeinsamen Teil.
- • das
in 6a gezeigte erste Modul CA1 stellt den Verkehr
dar, der zu der Verbindungsbündelung
PRT (CBR ATM-Dienstklasse)
gehört,
die aus einer Tabelle 1 stammt;
- • das
ebenfalls in 6a gezeigte zweite Modul CA2
bezieht sich auf die Verbindungsbündelung RT (VBRrt), die aus
einer Tabelle 2 stammt;
- • das
in 6b gezeigte dritte Modul CA3/4 bezieht sich auf
die Verbindungsbündelungen
nRT und BE (VBRnrt und UBR+), die aus den Tabellen 3 bzw. 4 stammen;
- • der
in 6c gezeigte gemeinsame Teil beinhaltet eine Tabelle
5, die für
den Betrieb der Peripherie-Stationen im PHY-Modus wichtig ist, und eine
Summierungstabelle 6, die das Aufwärtsverbindungs-Abbild darstellt,
welches zur Ausgabe der Freigaben an die Peripherie-Stationen abgetastet
wurde.
-
Im
linken Teil von 6a enthält das erste Modul CA1 nur
Informationen über
die Anzahl „n" von 64-Kbit/s-Kanälen, die
die Master-Station jeder Peripherie-Station bereitstellen muss.
Das liegt daran, dass CBR-Verkehr zeitlich starr ohne Bandbreitenanfragen
von den Peripherie-Stationen geplant wird. In Tabelle 1 werden die
obigen Informationen in die Anzahl von PDUs pro Rahmen übersetzt,
die die Peripherie-Station senden soll. In der Tabelle 1 ist Raum für 64 Peripherie-Stationen
(Zeilen) vorgesehen, die durch ihre Peripheriestations-Kennungen PID1, ..., PID64
adressiert werden. Abhängig
vom Wert "n" sendet die Master-Station
periodisch an jede Peripherie-Station
eine Freigabe für
die Übertragung
der für
jeden einzelnen Rahmen benötigten
PDUs. Die Berechnung der Periodizität ist ein wenig überdimensioniert,
und sie beruht für
einen 64-Kbit/s-Datenstrom auf einer ATM-Zelle alle 5,8 ms. Folglich
sendet die Master-Station für
n = 1 Freigaben für
5 PDUs alle 29 Rahmen in möglichst
gleichmäßigen Abständen.
-
Für n = 2
muss die Master-Station alle 29 Rahmen 10 PDUs freigeben.
-
Das
Modul CA2 im rechten Teil von 6a enthält eine
Liste von Übertragungsanforderungen von
den Peripherie-Stationen,
für die
ein Mindestfreigabewert für
jede Peripherie-Station berechnet wird. In Tabelle 2 werden diese
Informationen in die Anzahl von PDUs pro Rahmen übersetzt, die die Peripherie-Station
senden soll. In der Tabelle 2 ist Raum für 64 Peripherie-Stationen (Zeilen)
vorgesehen, die durch ihre Peripheriestations-Kennungen PID1, ..., PID64
adressiert werden. Der Mindestfreigabewert wird durch einen Kompromiss
zwischen der angeforderten Bandbreite und der für den VBRrt-Verkehr freigegebenen Spitzenzellenrate
(PCR) bestimmt. Die Master-Station hat für jede Peripherie-Station die
Information über
die kumulative Anzahl von PDUs in der Warteschlange für alle VBRrt-Verbindungen
der Peripherie-Stationen (angeforderte Zellen). Dieser Warteschlangenstatus
wird in Echtzeit mit dem oben beschriebenen Bandbreiten-Anforderungsmechanismus
aktualisiert (Abfragen, Huckepack-Quittierung, Abfrageanforderungs-Bit).
Die Master-Station hat darüber
hinaus den Wert der PCR (PDUs pro Sekunde), den sie für jede Peripherie-Station
freigeben soll. Dies wird wie im CBR-Fall in die theoretisch mögliche Anzahl
von PDUs übersetzt,
die die Master-Station für
jede Peripherie-Station freigeben soll, wobei die Anzahl genau wie
im Fall des Moduls 1 periodisch berechnet wird. Die Master-Station
sendet an jede Peripherie-Station
eine Freigabe für
die Übertragung einer
Anzahl von PDUs, die den Mindestwert zwischen den angeforderten
PDUs und der auf der Grundlage von PCR berechneten Anzahl von PDUs darstellt.
Durch dieses Verfahren wird die PCR für jede Peripherie-Station gewährleistet,
wenn allerdings die Peripherie-Station in einem bestimmten Rahmen
keine PDUs in der Warteschlange aufweist, um die PCR-Rate zu erreichen,
wird dieser Peripherie-Station keine Bandbreite zugewiesen. Bei diesem Verfahren
wird Bandbreite von der Dauerzellenrate (SCR) zur PCR eingespart,
wobei in jedem Fall die PCR freigegeben wird. Wenn beispielsweise
die Master-Station vom PCR-Wert eine Freigabe für eine PDU in jedem Rahmen
an eine Peripherie-Station senden
muss und diese Peripherie-Station 250 PDUs angefordert hat, erteilt
die Master-Station nur eine Freigabe von einer PDU in jedem Rahmen. Wenn
umgekehrt die Master-Station
vom Wert der PCR eine Freigabe für
drei PDUs in jedem Rahmen erteilen muss, die Peripherie-Station
jedoch nur zwei PDUs angefordert hat, sendet die Master-Station eine
Freigabe nur für
zwei PDUs in jedem Rahmen. Die Möglichkeit,
diese eine PDU ohne Freigabe zu senden, geht verloren. Nachdem die
Freigaben ausgesendet wurden, wird der Wert der angeforderten PDUs
nicht aktualisiert, da er mit der ersten Aufwärtsstrom-PDU über
Huckepack-Quittierung innerhalb von 2 ms aktualisiert wird.
-
Wie
in 6b gezeigt ist, wird das Modul CA3/4 in zwei Teilmodule
unterteilt. Das erste Teilmodul (im Vordergrund) enthält eine
Liste von Übertragungsanforderungen
von den Peripherie-Stationen, für
die ein Mindestfreigabewert für
jede Peripherie-Station auf der Grundlage des Inhalts eines Zählers berechnet
wird, der einem Feld „freigebbar" entspricht. In Tabelle
3 werden diese Informationen in die Anzahl von PDUs pro Rahmen übersetzt,
die die Peripherie-Station senden soll. In der Tabelle 3 ist Raum
für 64
Peripherie-Stationen (Zeilen) vorgesehen, die durch ihre Peripheriestations-Kennungen PID1,
..., PID64 adressiert werden. Das erste Teilmodul für VBRnrt
unterscheidet sich vom Modul CA2 durch VBRrt für den Teil der Zeitplanung,
die nicht auf der theoretisch freigegebenen Anzahl von PDUs der PCR
beruht, sondern auf dem Zählerinhalt „freigebbar", der mit jedem Rahmen
erhöht
wird und vermindert wird, wenn eine Freigabe erteilt wird. Der inkrementale
Wert wird durch die Summe der SCR und der Mindestzellenrate (MCR)
von allen VBRnrt- und UBR+ – Verbindungen
der Peripherie-Station berechnet. Wenn eine Peripherie-Station beispielsweise
einen Wert von SCR plus MCR von 5 PDUs pro Rahmen aufweist, wird
der Wert der möglichen
Freigabe bei jedem Rahmen um 5 erhöht. Der Wert dieses Feldes
wird vermindert, wenn die Peripherie-Station in Abhängigkeit
von der angeforderten PDU-Anzahl Übertragungsfreigaben empfängt. Die
Anzahl der freigegebenen PDUs, die die Peripherie-Station empfängt, ist
gleich dem Mindestwert zwischen den angeforderten PDUs und dem Wert
des Feldes „freigebbar". Die Größe des Zählwertes "freigebbar" definiert die maximale
Größe der Signalblöcke, die
die Peripherie-Station
im Laufe einer langen Zeit ohne Aktivität speichern kann. Dieser Zählwert kann
nicht zu lang sein, aber er muss die SCR gewährleisten.
-
Das
zweite Teilmodul (im Hintergrund) stellt Verkehr dar, der den mindestens
freigegebenen übersteigt;
was darüber
liegt, bezieht sich lediglich auf die Anzahl von den Peripherie-Stationen angeforderter
ATM-Zellen. Die Master-Station weist so viele PDUs wie von der Peripherie-Station
angefordert mit niedriger Priorität zu, ohne die Ausgewogenheit
zwischen den Peripherie-Stationen zu steuern. In Tabelle 4 werden
diese Informationen in die Anzahl von PDUs pro Rahmen übersetzt,
die die Peripherie-Station senden soll. In der Tabelle 4 ist Raum
für 64
Peripherie-Stationen (Zeilen) vorgesehen, die durch ihre Peripheriestations-Kennungen
PID1, ..., PID64 adressiert. werden.
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Im
linken Teil von 6c empfängt in Tabelle 5 der PHY-Modus
Eingaben von den Tabellen 1 bis 4 und gibt Informationen an Tabelle
6 aus. In Tabelle 5 ist Raum für
64 Peripherie-Stationen
(Zeilen) vorgesehen, die durch ihre Peripheriestations-Kennungen
PID1, ..., PID64 adressiert werden. Jede Peripheriestations-Kennung
PID# ist Folgendem zugeordnet: einem Feld "PHY-Modus", bei dem es sich um den tatsächlichen PHY-Modus
handelt, den die Peripherie-Station senden soll; einem Feld, das
Halbduplex- oder Vollduplex-Modus angibt. Tabelle 6 ist zeilenweise
aufgebaut, wobei der zeilenweisen Abtastung der vier Tabellen 1
bis 4 gefolgt wird, die vom Prozessor MMP unter Verwendung der Informationen
aus Tabelle 5 ausgeführt
wird, um die Anzahl der zu übertragenden
Symbole abzuleiten, die sich aus der Umwandlung der Anzahl freigegebener
PDUs ergibt, d.h. die Anzahl von PDUs, die in den Tabellen 1 bis
4 gespeichert sind und die die Peripherie-Station aussenden muss. Während dieses
Abtastprozesses wird die Anzahl der freigegebenen Symbole in Tabelle
6 gespeichert.
-
In 6c (rechter
Teil) ist die Tabelle 6 dargestellt, die das Aufwärtsverbindungs-Zeitplanabbild speichert.
Tabelle 6 ist von oben nach unten in zwei Teiltabellen unterteilt:
Der obere Teil ist ein fester Tabellenteil, der für die Freigaben
periodischer Abfragen der Peripherie-Stationen reserviert ist, wie
es in 2 angegeben ist; der Teil unmittelbar darunter dient
der Freigabe der im Vollduplex arbeitenden Peripherie-Stationen. Tabelle
6 hat vier Spalten und eine variable Anzahl von Zeilen. Die Spalten
stellen in folgender Reihenfolge dar: Peripheriestations-Kennungen
PID#; Aufwärtsverbindungs-Intervallbenutzungscode
(Uplink Interval Usage Code – UIUC);
die äquivalente
Anzahl von Symbolen für
einen bestimmten PHY-Modus
aus Tabelle 5; und der Startzeitpunkt der Übertragung. Der UIUC legt für die freigegebene
Peripherie-Station den zur Übertragung
verwendeten PHY-Modus und den Signalblock-Typ fest (Initialisierungs-Signalblock,
Nachrichten-Signalblock, konkurrierender Signalblock usw.).
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Im
Betrieb wird von den drei Modulen CA1, CA2 und CA3/4 für jede Peripherie-Station
die Anzahl der freizugebenden PDUs für jeden Rahmen berechnet. Diese
Werte werden für
jede Peripherie-Station nach Verkehrsklassen und auch nach Prioritäten gruppiert
und in die vier Tabellen 1 bis 4 eingefügt. Diese Tabellen werden zeilenweise
in der Reihenfolge der Priorität
abgetastet:
zuerst Tabelle 1 vollständig (PID1 bis PID64), dann Tabelle
2 (ebenso), dann Tabelle 3 (ebenso) und zum Schluss Tabelle 4 (ebenso),
wobei der Rahmen von Tabelle 6 mit Hilfe von Tabelle 5 gefüllt wird,
bis verfügbarer
Platz entsteht. Die Anzahl von freigebbaren Modulationssymbolen
innerhalb eines Rahmens beträgt
22.400. Letztendlich wird nur eine Freigabe an die Peripherie-Station
gesendet, um den kumulativen Verkehr der vier Tabellen von 1 bis
4 zu übertragen. Sobald
also eine Peripherie-Station in Tabelle 6 für eine spezifische Verkehrsklasse
eingefügt
wurde, werden die PDUs von anderen Verkehrsklassen zu den gerade
in der Tabelle vorhandenen hinzugefügt, und die Anzahl der Symbole
und auch die Startzeitpunkte werden neu berechnet. Während dieses
Prozesses wird das Abtasten unterbrochen, wenn der Rahmen gefüllt ist.
Er wird in dem folgenden Rahmen von Tabelle 1 aus an dem Punkt,
an dem er unterbrochen wurde, neu gestartet. Zur Unterstützung des Abtastvorgangs
werden den Tabellen 1 bis 4 Zeiger zugeordnet. Zum besseren Verständnis des
Abtastvorgangs sind zwei Beispiele nützlich. Wenn im ersten Fall
ein Rahmen 1 abgetastet wird und 22.400 Symbole bei PID5 vorhanden
sind, startet der Abtastvorgang aufs Neue von PID6 von Tabelle 1
bei Rahmen 2. Im zweiten Fall wird Tabelle 1 vollständig bei Rahmen
1 abgetastet, danach ebenso Tabelle 2, und in Tabelle 3 endet die
Abtastung bei PID10. Der Abtastvorgang beginnt von PID1 von Tabelle
1 bei Rahmen 2 aufs Neue. Tabelle 1 und 2 werden bei Rahmen 2 vollständig abgetastet,
ohne dass die 22.400 Symbole erreicht werden, so dass der Abtastvorgang in
Tabelle 3 von PID11 startet und so weiter.
-
Wie
oben ausgeführt
wurde, wird Tabelle 6 durch den ersten festen Teil gebildet, der
von den Freigaben für
kurze Signalblöcke
dargestellt wird, die zum Antworten auf Abfragen verwendet werden.
Kurze Signalisierungs-PDUs in kurzen Signalblöcken werden von den Peripherie-Stationen
in dem robustesten PHY-Modus übertragen,
wenn die angesprochene Peripherie-Station in diesem Rahmen keinen Verkehr
hat. Andernfalls werden die kurzen PDUs in dem PHY-Modus des Verkehrs
der angesprochenen Peripherie-Station übertragen, zeitlich allerdings stets
an den Beginn eines Aufwärtsstromrahmens gesetzt.
Dieser erste feste Teil reserviert Platz für drei kurze Signalblöcke (Abfragen
der drei Peripherie-Stationen, wie es in 2 gezeigt
wird) und manchmal für
vier (Abfragen plus Messbericht). Der reservierte Platz übersteigt
gewöhnlich
nicht 100 Symbole. Die freigegebenen PDUs für alle Peripherie-Stationen
folgen in Tabelle 6. Die Gesamtanzahl aller Symbole darf 22.400
nicht übersteigen.
Wenn diese Anzahl im Verlauf der Abtastung der vier Tabellen 1 bis
4 erreicht wird, werden die verbleibenden freigegebenen PDUs für die abgetastete
Peripherie-Station nicht ausgesendet, d.h., sie werden weder in
die Tabelle 6 eingefügt
noch in dem unmittelbar folgenden Rahmen an die Peripherie-Station
gesendet, sondern bei ausreichendem Platz in dem folgenden. Die
restlichen PDUs verbleiben also in den Tabellen 1 bis 4, und die
neu freigegebenen PDUs werden zu den restlichen hinzugefügt.
-
Die
Reihenfolge der Zeilen in Tabelle 6 spiegelt auch die zeitliche
Reihenfolge der Übertragungen
von der angesprochenen Peripherie-Station (PID#) wider. Als unmittelbare
Konsequenz nehmen die Werte der Felder „Startzeitpunkt der Übertragung", ausgedrückt in Anzahl
von Symbolen, von einer Zeile zur nächsten zu, bis der Maximalwert
erreicht ist. Funktionsmäßig baut
die Master-Station den nächsten
Abwärtsstromrahmen
durch zeilenweises Abtasten von Tabelle 6 auf (mit der Ausnahme von
redundanten Informationen „#
Symbole"), und die
ausgelesenen Informationen werden im Aufwärtsverbindungs-Abbild innerhalb
des Steuerbereichs des Rahmens sequenziell gespeichert. Jede gespeicherte
Zeile stellt eine Freigabenachricht dar, die in dem Aufwärtsverbindungsrahmen
ausgegeben werden soll. Alle Peripherie-Stationen müssen den Steuerbereich
sequenziell auslesen, um den/die Startpunkt/e und die Dauer ihrer Übertragung/en
im aktuellen Aufwärtsverbindungsrahmen
zu verstehen, der gegenüber
der Abwärtsverbindung
um eine Zeitspanne FO – 2TD
verzögert
ist. Die Länge
der Übertragung
wird von der Peripherie-Station durch eine einfache Subtraktion
des in ihrer eigenen Freigabenachricht enthaltenen Startzeitpunkts
vom Startzeitpunkt der unmittelbar folgenden Freigabenachricht ermittelt,
die für
eine andere Peripherie-Station
relevant ist. Auf diese Weise wird die Übertragung von redundanten
Informationen verhindert.