DE69814448T2 - Übertragungsverfahren für leitungsvermittelte daten, paket daten und atm zell daten in einem satelliten/funk- tdma- system - Google Patents

Übertragungsverfahren für leitungsvermittelte daten, paket daten und atm zell daten in einem satelliten/funk- tdma- system Download PDF

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Description

  • HINTERGRUND
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein Satelliten-Kommunikationssysteme und speziell eine neue Architektur für ein Zeitmultiplex- bzw. TDMA-System zur Übertragung von Verbindungsdaten, Paketdaten und ATM-Zellen in einem gemeinsamen Rahmennetz.
  • Satelliten-TDMA-Systeme sind im Lauf der Jahre umfangreich weiterentwickelt worden. Frühere Satelliten-TDMA-Systeme waren hauptsächlich zur Übertragung von Stimm-/Sprachsignalen ausgebildet. Mit wachsender Größe und Zahl von Datenanwendungsgebieten wurden Satelliten-TDMA-Systeme dann dazu genutzt, lokale Firmennetze bzw. LAN miteinander zu verbinden. Mit dem Aufkommen des Internets werden Satelliten-TDMA-Systeme verwendet, um. Router zwischen Netzen, die die ganze Welt umspannen, miteinander zu verbinden. Gemeinsam mit der Weiterentwicklung von Satellitensystemen haben sich auch die Übertragungscharakteristiken von terrestrischen, drahtlosen und Satellitenumgebungen infolge der Fortschritte bei Lichtleiter-, neuen Codierungsund Signalverarbeitungs-Techniken zusätzlich zu schnellerer und billigerer Hardware geändert. Diese kombinierten Änderungen haben wiederum zu einer Änderung der Beschaffenheit von Netzverbindungs-Protokollen geführt. Beispielsweise sind für Datenübertragungen Protokolle aus dem X.25-Protokoll über das Frame-Relay-Protokoll weiter zu ATM-Protokollen entwickelt worden.
  • Infolge der Änderung der Beschaffenheit des von Satelliten-TDMA-Systemen abgewickelten Verkehrs müssen die Satelliten-TDMA-Systeme nunmehr imstande sein, die spezifischen individuellen Anforderungen der von den Satellitensystemen abgewickelten Verkehrsarten zu erfüllen. Das gilt besonders für das ATM-Kommunikationsprotokoll, in dem verschiedene Diensteklassen (z. B. Constant Bit Rate (CBR), Real Time Variable Bit Rate (RTVBR), Non Real Time Variable Bit Rate (NRT-VBR), Unspecified Bit Rate (UBR), Available Bit Rate (ABR)) jeweils eine andere Qualität der Dienst-Verpflichtung von jedem diese unterschiedlichen Arten von ATM-Daten abwickelnden Netz erfordern.
  • Beispielsweise kann es erwünscht sein, ein Sprachdatenpaket auch dann zu befördern, wenn das Paket ein paar Bitfehler aufweist, weil der Gesamtnachrichteninhalt nicht stark gestört ist und noch verstanden werden kann. Andererseits kann das Datenpaket nicht richtig übergeben werden, wenn sich im Datenkopf eines Datenpakets irgendwelche Fehler befinden.
  • Ferner ist der Datenverkehr inhärent stoßartiger Natur. Anders ausgedrückt, die Zeitdauer zwischen Übertragungen, die Länge einer Übertragung und die Datenmenge in der Übertragung können stark unterschiedlich sein. Infolgedessen müssen neuere Kommunikationssysteme fähig sein, Bandbreite auf Anforderung bereitzustellen. Daher sollten TDMA-Systeme heute flexibler und fähig sein, sich an die verschiedenen Verkehrscharakteristiken verschiedener Kommunikationsprotokolle anzupassen.
  • In direktem Gegensatz zu dem Bedarf moderner Kommunikationen für Bandbreiten auf Anforderung steht die Tatsache, daß Satellitensysteme in Bezug auf Bandbreite begrenzt sind. Durch die begrenzten Bandbreiten der Satellitenkommunikationen ist es wichtig, die Anwendung einer Codierung nur auf diejenigen Zeiten zu begrenzen, zu denen sie benötigt wird. Beispielsweise ist eine zusätzliche Codierung gerechtfertigt, wenn auf einer Verbindungsstrecke Schwund auftritt oder wenn die spezielle Diensteart es notwendig macht. Herkömmlich sind die meisten Satellitensysteme so ausgebildet, daß sie die erforderliche Leistung unter den ungünstigsten Bedingungen erbringen. Infolgedessen vergeuden herkömmliche Satellitensysteme unter normalen Betriebsbedingungen Bandbreite, wenn die zusätzliche Codierung nicht erforderlich ist.
  • Es gibt verschiedene TDMA-Systeme, die derzeit in Satellitenkommunikationssystemen genutzt werden. Das häufigste System ist das INTELSAT-TDMA-System Außerdem basiert die Auslegung verschiedener anderer Systeme auf dem INTELSAT-System. Das INTELSAT-System wurde hauptsächlich zur Abwicklung von Sprachverkehrskommunikation ausgelegt. Manche VSAT-Systeme wickeln Internet-Datenverkehr ab. Derzeit gibt es aber keine Systeme, die ATM-, Paketdaten und Sprachverkehr auf eine integrierte Weise übertragen können. Das resultiert wiederum in Bandbreitenvergeudung dieser Systeme und einer ineffizienten Nutzung von Satellitenressourcen.
  • Aus US-A-S 537 414 ist ein Signalaufbau bekannt, der die Merkmale des Oberbegriffs von Anspruch 1 hat. Dieses Dokument betrifft ein Verfahren zur Kommunikation zwischen einer Basisstation und einer Vielzahl von Unterstationen unter Anwendung eines Kommunikationsrahmens, der aufweist: ein Rahmen-Synchronisierungsfeld, ein auf das Rahmen-Synchronisierungsfeld folgendes Anforderungsfeld, und ein auf das Anforderungsfeld folgendes Informationsfeld, wobei das Informationsfeld einen Zugangserlaubnisbereich und einen auf den Zugangserlaubnisbereich folgenden Datenbereich aufweist.
  • Aus EP-A-0 801 513 ist auch eine digitale Zellarchitektur bekannt, die vier Stufen aufweist, die einen großen Teil der vorhandenen Sprach-Infrastruktur erneut verwenden und gleichzeitig die Einführung von Daten- und integrierten Sprach/Daten-Diensten über kostengünstige Industriestandard-Plattformen zulassen. Eine separate Infrastruktur auf ATM-Basis wird eingeführt, die Datendienste unterstützt; eine neue Datenverbindungssteuerung wird an Industriestandard-Hardwareplattformen eingeführt, die objektorientierte und modulare Programmierung verwenden. ATM wird an Funkports eingeführt, und Verbindungssteuerungsfunktionen sind auf die neuen Verbindungssteuerungsplattformen auf ATM-Basis übertragen. Vocoder sind an dem DCS eingeführt, und die Zellfunktionen der bisherigen Zellularvermittlung entfallen und sind durch die Zielarchitektur auf ATM-Basis ersetzt.
  • WO-A-95 16330 beschreibt Vorrichtungen und Mobilstationen, die Paketdatendienste in zellularen TDMA-Systemen bereitstellen, und zwar auf der Basis der Bereitstellung von gemeinsamen Paketdatenkanälen, die für Paketdaten optimiert sind. Ein relevantes Ausführungsbeispiel verwendet die aktuelle zellulare Infrastruktur in dem Umfang, wie er mit funktionellen und Leistungs-Anforderungen in Übereinstimmung zu bringen ist. Gemeinsame Paketdatenkanäle in Basisstationen können bedarfsbestimmt dynamisch bereitgestellt werden. Ein Paketdaten-Controller in jeder Funkvermittlungsstelle bzw. MSC steuert den Zugang. zu den Paketdatendiensten. Ein Paketdaten-Router in jeder MSC leitet Pakete zu und von dem MSC-Dienstebereich. Ein Backbone-Netz verbindet Paketdaten-Routen und Übergangsfunktionen miteinander, so daß Übergänge mit externen Netzen möglich sind.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, ein verbessertes drahtloses Satelliten-Kommunikationssystem bereitzustellen, das verfügbare Bandbreiten unter wechselnden Bedingungen effizient nutzen kann.
  • Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Bereitstellung von verschiedenen Klassen von Daten mit Dienstverpflichtungen unterschiedlicher Güte zur Verwendung in einem integrierten TDMA-System für drahtlose Satellitenkommunikationen.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung werden die vorstehenden und weitere Ziele erreicht durch Implementierung einer Architektur für ein neues integriertes TDMA-System, das imstande ist, Verbindungsdaten (z. B. Sprache, Bilder, ISDN), Paketdaten (z. B. X.25, Frame-Relay, Internet, LAN) und ATM-Zellen abzuwickeln. Die hier beschriebenen Konzepte sind auf drahtlose Satelliten-TDMA-Netze anwendbar.
  • Dazu sind Übertragungsformate für Bündel, Kanäle, RDMA-Rahmen definiert, und eine Anpassungsschicht für die drei Verkehrsarten wird beschrieben. Außerdem muß das Netz seinen eigenen. Managementverkehr abwickeln und Zeit- und Steuerungsinformation an alle Anschlußpunkte liefern. Dazu definiert die Erfindung spezielle Bündel gemeinsam mit ihren zugehörigen Eigenschaften und Formaten.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine gleichförmige Struktur für Bündel und Abläufe zur Übertragung von Zell-, Vermittlungs- und Paketdaten bereitgestellt. Außerdem wird die gleiche Struktur erneut für den Netzkontrollverkehr genutzt. Somit bietet das System gemäß den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung Flexibilität bei der Zuordnung von Bündeln für den Nutzerverkehr und die Netzkontrolle. Gleichzeitig wird durch die Trennung von Nutzerdaten und Netzkontrollkanälen das System gemäß der vorliegenden Erfindung robuster gemacht als aktuelle herkömmliche Kommunikationssysteme.
  • Gemäß den angegebenen Ausführungsbeispielen können Steuerbündel gemeinsam (für kleine Stationen) genutzt werden oder dezidiert (für große Routen) genutzt werden. Außerdem können Pakete und Zellen ein gemeinsames Set von Bündeln miteinander teilen. Ferner sind für jedes Bündel jeweils unabhängig wählbare Parameter (z. B. Codierung, Modulation, Länge, einfache Verfahren für Bündel-, Hilfsbündel-Management) vorgesehen. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Anpassungsschicht definiert zur Übertragung aller drei Arten von Verkehr (Verbindungs-, Paket- und Zelldaten). Ein einfaches Paketsegmentierungs- und Wiederaufbau-Protokoll ist ebenfalls vorgesehen. Die vorliegende Erfindung unterstützt auch Umkehr-Multiplexbildung sowie Mehrsprung-Routing, die bisher bei herkömmlichen Systemen nicht verfügbar waren.
  • Gemäß den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung führt die Kombination der inneren und äußeren Codierung zu einer höheren Leistungsfähigkeit. Bündel können Punkt-zu-Punkt, Punkt-zu-Mehrpunkt, Mehrpunkt-zu-Punkt, Mehrpunkt-zu-Mehrpunkt bereitgestellt werden. Ferner wird der Punkt-Punkt-Verkehr sowie der Multicast-Verkehr unterstützt, und eine Vielzahl von Anschlußpunkten können erforderlichenfalls ein Bündel miteinander teilen.
  • Die vorliegende Erfindung sieht für die verschiedenen Verkehrsarten verschiedene Gütegrade von Dienstverpflichtungen vor. Außerdem kann sich das Kommunikationssystem der vorliegenden Erfindung an sich ändernde Wetterbedingungen (z. B. Schwund durch Regen) anpassen und Anschlußpunkte unterstützen, die an Strahlrändern positioniert sind.
  • Die vorliegende Erfindung unterstützt außerdem den Betrieb mit Bandbreiten auf Anforderung, Maschen-Verknüpfbarkeit, Multiträger-Betrieb, Transponder-Umschaltung (für Satellitensysteme). Außerdem führt eine adaptive Codierung gemäß den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung zu einer besseren Nutzung der verfügbaren Bandbreite, die eine kostbare Ressource in Satellitensystemen ist, unter normalen Betriebsbedingungen, wobei diese Bandbreite in herkömmlichen Systemen vergeudet wurde.
  • KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Die vorstehenden und weitere Merkmale, Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich beim Lesen der nachstehenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen; diese zeigen in:
  • 1 eine beispielhafte Systemkonfiguration in einem globalen Strahlmodus gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 2 eine beispielhafte Systemkonfiguration in einem Richtstrahlmodus gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 3 einen beispielhaften TDMA-Rahmen, Träger, Bündel und Kanäle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
  • 4A–Dein beispielhaftes Format für Verbindungsdaten, Zellen und Pakete gemäß der Erfindung; und
  • 5 eine beispielhafte Paketsegmentierung gemäß der Erfindung.
  • GENAUE BESCHREIBUNG:
  • Die verschiedenen Merkmale der Erfindung werden nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Teile jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.
  • Systemkonfiguration und Struktur
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung werden die verschiedenen Ausführungsformen im Zusammenhang mit der Verwendung von TDMA-Systemen mit festen Bandbreiten oder Bandbreiten auf Anforderung beschrieben. Gemäß dieser beispielhaften Ausführungsform besteht ein Netz aus einer Netzkontrollzentrale NKZ und zugehörigen Anschlußeinrichtungen. Eine Reihe der zugehörigen Anschlußeinrichtungen wirken als Zeitgeberquelle für alle anderen Anschlußeinrichtungen. Diese Zeitgeber-Anschlußeinrichtungen werden hier als Referenz-Anschlußeinrichtungen bezeichnet. Für die Zwecke der weiteren noch zu beschreibenden Ausführungsformen werden alle anderen Anschlußeinrichtungen der Einfachheit halber als Verkehrs-Anschlußeinrichtungen bezeichnet.
  • Es wird nun auf die in den 1 und 2 gezeigten beispielhaften Ausführungsformen Bezug genommen, wobei eine TDMA-Netzarchitektur dargestellt ist. Das Netz besteht aus einer Netzkontrollzentrale NKZ 7 und TDMA-Anschlußeinrichtungen. Die NKZ 7 führt die Gesamtverwaltung und -kontrolle des Netzes durch und überträgt keinen Benutzerverkehr. Die Anschlußeinrichtungen sind mit Teilnehmer-Telekommunikationsgeräten verbunden und kommunizieren miteinander unter Anwendung von drahtlosen Übertragungen über den Satelliten. Einige der Anschlußeinrichtungen in dem Netz dienen als Zeitgeberquelle für alle anderen Anschlußeinrichtungen. Diese werden als Referenz-Anschlußeinrichtungen bezeichnet. Alle übrigen Anschlußeinrichtungen werden als Verkehrs-Anschlußeinrichtungen bezeichnet wie beispielsweise die Anschlußeinrichtungen 6, 10 und 14.
  • Die Hauptreferenz-Anschlußeinrichtung bzw. MRT 9 dient als die Haupttaktgeberquelle für das gesamte Netz. Für Zwecke der Redundanz kann es eine alternative Hauptreferenz-Anschlußeinrichtung bzw. AMRT (nicht gezeigt) geben, die bei einem Ausfall der MRT 9 deren Rolle übernimmt. Für Netze, die in einem Richtstrahlmodus arbeiten, wie 2 zeigt, wobei die MRT 9 ihre eigenen Ausstrahlungen nicht empfängt, kann eine sekundäre Referenz-Anschlußeinrichtung bzw. SRT 13 verwendet werden. In diesem Fall dient die SRT 13 als Taktgeberquelle für alle Anschlußeinrichtungen in dem gleichen Strahl wie die MRT 9, und die MRT 9 dient als Taktgeberquelle für alle anderen Anschlußeinrichtungen. Es kann auch eine alternative sekundäre Referenz-Anschlußeinrichtung bzw. ASRT (nicht gezeigt) vorgesehen sein, die die Rolle der SRT 13 übernimmt, wenn diese ausfällt. Das NKZ ist mit der MRT 9 und der AMRT über eine LAN-Schnittstelle 15 verbunden.
  • Die Anschlußeinrichtungen sind in logischen Gruppen gruppiert, die als Steuergruppen definiert sind. Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist eine Steuergruppe im wesentlichen eine Multicastgruppe. Die vorliegende Erfindung ist bei Satellitensystemen wie etwa einem Bent-Pipe-Satellitensystem und bei drahtlosen TDMA-Systemen anwendbar. Das nachstehend in weiteren Einzelheiten beschriebene System ist vermascht. Für einen Fachmann ist jedoch ersichtlich, daß die gleichen Konzepte bei anderen Topologien anwendbar sind (z. B. Sterntopologie, Nabe-und-Speichen-Topologie usw.). Eine Hauptaufgabe des NKZ besteht darin, die Aktivitäten der verschiedenen Anschlußeinrichtungen zu koordinieren. Der Fachmann erkennt außerdem, daß die hier beschriebenen Konzepte nicht unbedingt ein Netzkontrollzentrum erfordern. Beispielsweise können die verschiedenen Ausführungsformen so angepaßt werden, daß sie auch in einer verteilten Umgebung funktionsfähig sind. solange die Aktivitäten der verschiedenen Anschlußeinrichtungen koordiniert werden.
  • Die TDMA-Rahmen- und Bündelstruktur
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung wird die Zeit unter Verwendung einer Rahmenbildungsstruktur aufgetrennt. Bei dieser Ausführungsform ist ein Rahmen als ein festgelegter Zeitraum definiert und mit einer Möglichkeit zur Erkennung des Starts und des Endes dieses festgelegten Zeitraums versehen. Alle Anschlußeinrichtungen im System sind auf diese Rahmenstruktur synchronisiert. Der Start des Senderahmens ist als der SOTF-Moment definiert, und der Start des Empfangsrahmens ist als der SORF-Moment definiert. N aufeinanderfolgende Rahmen bilden einen Vielfach- bzw. Multirahmen. C aufeinanderfolgende Rahmen bilden einen Kontrollrahmen. Die Größe des Kontrollrahmens oder C wird auf der Basis der durch die Satellitenbewegung verursachten zeitlichen Auswanderung gewählt. Zur Verhinderung einer zeitlichen Auswanderung während der Nachrichtenübertragung, die dazu führt, daß die Anschlußeinrichtung ihre Synchronisierung verliert, wird eine Nachricht an das NKZ und zurück zu der Anschlußeinrichtung gesendet, um die erforderliche Zeitkorrektur auszuführen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird C so gewählt, daß die Verkehrs-Anschlußeinrichtung um nicht mehr als 5 μs zeitlich auswandert. Der Fachmann erkennt jedoch, daß diese Zeitdauer von der Art des verwendeten Netzes und der Satelliten abhängig ist und daher entsprechend eingestellt werden kann.
  • Bei der beispielhaften Ausführungsform gemäß 3 enthält ein Träger 1 eine Reihe von TDMA-Rahmen 10. Der Rahmen 10 enthält Bündel variabler Größe z. B. 101, 102, 103 usw.), die durch einen zeitlichen Sicherheitsabstand getrennt sind, um eine mögliche Unsicherheit der Bündelpositionen zuzulassen. Ein Bündel 101 besteht aus einer Präambel 110, gefolgt von einem Datenbereich (z. B. Datenkopf, Kanäle 1-n) und einer Postambel 150.
  • Die Präambel 110 weist ihrerseits einen Trägerbit-Taktregenerierungsteil (CBTR-Teil) und einen Eindeutiges-Wort-Teil bzw. UW-Teil auf. Diese werden von einer Anschlußeinrichtung genutzt zur Aufschaltung an ankommende Bündel durch Detektierung des UW. Der Datenbereich besteht aus mehreren Kanälen (1-n). Die Kanäle können verschiedene Daten führen. Der Datenbereich des Bündels ist typischerweise codiert unter Verwendung irgendeiner "inneren" Codierung für die Fehlerkorrektur. Beispielsweise kann zur Faltungsfehlerdetektierung und -korrektur Viterbi @ Rate 1/2, 2/3, 3/4, 7/8 usw. genutzt werden. Eine Rate 3/4 bedeutet, daß für jeweils 3 Bits von gesendeter Information 1 Codierbit hinzugefügt wird. Außerdem können Daten zur Energieverwischung verwürfelt werden.
  • Wie aufgezeigt wurde, besteht ein Bündel aus mehreren Kanälen (z. B. 130, 140 usw.). Kanäle können aus unterschiedlichen Typen wie etwa Paket-Zellen- und Verbindungskanälen gebildet sein. Paket-Zellen-Kanäle können sowohl Pakete veränderlicher Länge als auch Zellen übertragen. Verbindungskanäle können Verbindungsdaten wie beispielsweise ISDN übertragen. Die Kanäle können Informationen plus eine "äußere" Codierung, beispielsweise Reed-Solomon, 0-N Bytes, enthalten. Die Codierung kann auf einer Pro-Bündel- und einer Pro-Kanal-Basis auf der Grundlage der zu übertragenden Verkehrsart zugewiesen werden. Es ist möglich, bei Empfang eines Kanals zu detektieren, ob alle in dem Kanal detektierten Fehler korrigiert werden können. Wenn nicht alle Fehler in einem Paket-Zellen-Kanal korrigiert werden können, können alle Daten in diesem Kanal verworfen werden.
  • Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Burst bzw. Bündel durch die folgende Gruppe von Informationen definiert:
    Burst-Id: Jedes Bündel im System hat eine spezielle Kennung
    Burst Offset: Position des Bündels relativ zu dem Rahmenstartmoment
    Bündel-Typ: einer von RB/SB/TB/AB/QB (wird noch im einzelnen beschrieben)
    Codierung: FEC-Rate
    Modulation: BPSK, QPSK usw.
    Aperturtyp: normal, suchen, AB
    Träger-ID: auf welchem Träger sich das Bündel befindet
    Transponder-ID: welcher Transponder zu verwenden ist
    Quelle: ursprüngliche Anschlußeinrichtung(en)
    Ziel: Ziel-Anschlußeinrichtung(en)
    Mutiframe-Maske: in welchem(n) Rahmen eines Multiframes dieses Bündel gesendet wird
    Zahl der Kanäle für jeden Kanal:
    Kanaltyp: Paket-Zelle/Verbindung Datengröße in Bytes Zahl von Prüfbytes
  • Bündel können gemäß den nachstehenden Klassen auf der Basis ihrer Quellenund Zieladressen klassifiziert werden:
    Punkt-zu-Punkt: Sowohl die Quelle als auch das Ziel sind einzelne Anschlußeinrichtungen.
    Punkt-zu-Multipunkt: Die Quelle ist eine einzelne Anschlußeinrichtung, und das Ziel ist eine Kontrollgruppe.
    Multipunkt-zu-Punkt: Die Quelle ist eine Kontrollgruppe, und das Ziel ist eine einzelne Anschlußeinrichtung.
    Multipunkt-zu-Multipunkt: Sowohl Quelle als auch Ziel sind Kontrollgruppen.
  • Das NKZ entscheidet auf der Basis der überwachten Systembedingungen, welche Arten von Bündeln zuzuordnen sind.
  • Punkt-zu-Multipunkt-Bündel können sowohl Punkt-Punkt-Verkehr als auch Multicast-Verkehr übertragen Auf einem Punkt-zu-Multipunkt-Bündel übertragene Punkt-Punkt-Zellen/-Pakete werden von allen das Bündel empfangenden Anschlußeinrichtungen empfangen und nur dann akzeptiert, wenn Zelle/Paket an eine Anschlußeinrichtung adressiert ist. Multicast-Pakete werden von allen das Bündel empfangenden Anschlußeinrichtungen empfangen und akzeptiert. Die Multipunkt-zu-Punkt- und die Multipunkt-zu-Multipunkt-Bündel sind Aloha-Bündel. Ein Aloha-Bündel ist ein gemeinsames Bündel, welches jede teilnehmende Anschlußeinrichtung in diesem Zeitschlitz übertragen kann. Da eine Vielzahl von Anschlußeinrichtungen diese Bündel übertragen kann, können dann, wenn zwei oder mehr Anschlußeinrichtungen ein Bündel im selben Rahmen senden, diese kollidieren, so daß die Daten verlorengehen. Wenn die Daten verloren sind, senden die Anschlußeinrichtungen die Daten später erneut, indem die Daten zu verschiedenen Zeiten gesendet werden.
  • Bündel sind in fünf Arten klassifiziert. Die erste Art von Bündel ist ein Referenzbündel (RB). RB werden nur von Referenz-Anschlußeinrichtungen gesendet, jedoch von allen Verkehrs-Anschlußeinrichtungen empfangen. RB dienen als Taktquelle für das gesamte Netz. Kontrollinformation vom NKZ oder Referenzstationen wird ebenfalls durch Nutzung dieser Bündel gesendet. Der Datenkopf-Abschnitt des Referenzbündels enthält eine Rahmen-ID, die zur Synchronisierung des Systems genutzt wird.
  • Zeichengabebündel (SB) übertragen Netzverwaltungsverkehr von Verkehrs-Anschlußeinrichtungen zu den Referenz-Anschlußeinrichtungen und dem NKZ, beispielsweise Konfigurationsnachrichten, Überwachungs- und Kontrollnachrichten sowie Erfassungs- und Synchronisiernachrichten. SB können auch als zusätzliche Kapazität von den Referenz-Anschlußeinrichtungen zu Verkehrs-Anschlußeinrichtungen verwendet werden. Zur Unterstützung verschiedener Protokolle kann es erforderlich sein, Zeichengabebündel direkt zwischen Verkehrs-Anschlußeinrichtungen vorzusehen.
  • Verkehrsbündel (TB) dienen dazu, Anwenderverkehr zu übertragen und direkt zwischen Verkehrs-Anschlußeinrichtungen oder Kontrollgruppen zu gehen. Erfassungsbündel (AB) dienen dazu, eine Verkehrs-Anschlußeinrichtung zu erfassen, d. h. die zeitliche Steuerung der Verkehrs-Anschlußeinrichtung relativ zu derjenigen des übrigen Netzes zu etablieren. AB werden von Verkehrs-Anschlußeinrichtungen gesendet und von Referenz-Anschlußeinrichtungen empfangen.
  • Kontrollbündel (QB) dienen dazu, die Synchronisierung einer Anschlußeinrichtung aufrechtzuerhalten, nachdem diese einmal erfaßt und ihre Synchronisierung etabliert worden ist. QB werden auch durch Verkehrs-Anschlußeinrichtungen gesendet und von Referenz-Anschlußeinrichtungen empfangen. In allen Bündeln mit Ausnahme der Referenz-Bündel ist der Datenkopfabschnitt (120) leer.
  • Ein Netz kann mehrere Träger wie etwa die Träger 1 und 2 von 3 enthalten. Jeder Träger ist bei einer anderen Frequenz wirksam. Ein Bündel (z. B. 101, 102, 103) wird einem Träger zugewiesen. Die Bündel 101, 102 und 103 auf demselben Träger überlappen einander zeitlich nicht; Bündel auf verschiedenen Trägern können einander jedoch zeitlich überlappen. Wie 1 zeigt, überlappt beispielsweise das Bündel 101 auf dem Träger 1 das Bündel 201 auf dem Träger 2 zeitlich. Von einer Anschlußeinrichtung gesendete (oder empfangene) Bündel dürfen einander ebenfalls zeitlich nicht überlappen.
  • Ein Netzbündelzeitplan ist vorgesehen, der Informationen über alle aktuellen Bündel, Kanäle und Träger in dem System enthält. Der Bündelzeitplan ändert sich als Resultat von Verkehrsänderungen in Echtzeit durch Überwachung von Systembedingungen durch das NKZ. So, wie sich die Verkehrsbedürfnisse von einer Anschlußeinrichtung zur nächsten über die Zeit ändern, kann das NKZ diese Änderungen überwachen und auf der Basis des Bündelzeitplans durch die verschiedenen Kontrollnachrichten die Verteilung der Bündel einstellen, die zwischen den Einheiten zugewiesen sind. Ein Teilset des Bündelzeitplans wird an die entsprechenden Anschlußeinrichtungen auf Bedarfsbasis übermittelt. Nur diejenigen Anschlußeinrichtungen, die von Änderungen des Bündelzeitplans betroffen sind, erhalten aktualisierte Bündelplanänderungen von dem NKZ unter Nutzung von RB. Die Zuordnung und Zuweisung von Bündeln erfolgt durch den NKZ-Bandbreitenmanager an die Anschlußeinrichtungen auf der Basis der Verkehrsanforderungen der Anschlußeinrichtung.
  • Alle Anschlußeinrichtungen im Netz sind synchronisiert, so daß der Start von Senderahmenmomenten am Satelliten koinzident ist. Dies wird durch Anwendung eines Erfassungs- und Synchronisierungs-Prozesses erreicht. Gemäß dieser Ausführungsform hat jede Anschlußeinrichtung einen Sendebündelzeitplan, der alle Bündel definiert, die aktuell von der Anschlußeinrichtung gesendet werden. Ebenso hat jede Anschlußeinrichtung auch einen Empfangsbündelzeitplan, der alle Bündel enthält, die von der Anschlußeinrichtung empfangen werden. Gemäß dieser Ausführungsform können Bündel jederzeit hinzugefügt oder entfernt werden. Dieses Merkmal ist für Systeme mit Bandbreiten auf Anforderung typisch, da die Bandbreite nach Bedarf vergrößert oder verkleinert wird. Außerdem ist die Erschaffung von Zeitschlitzen, in denen die Bündel enthalten sein müssen, nicht erforderlich. Die Bündel können veränderliche Länge haben.
  • Die Anschlußeinrichtungen fügen Daten in die entsprechenden Kanäle auf der Basis der Paket- und Bündelziele, der Kanalart usw. ein. Prioritäten und Prioritätswarteschlangen können verwendet werden, um auszuwählen, welche Zellen von Paketen in welche Kanäle eingefügt werden sollten. Der Kontrollverkehr wird als Pakete auf Kontrollbündeln (AB, QE, SB, RB) gesendet. Infolgedessen ist keine zusätzliche Hardwareunterstützung erforderlich, um den Kontrollverkehr abzuwickeln.
  • Die TDMA-Anpassungsschicht (TAL)
  • Nachfolgend wird ein beispielhaftes Verfahren zur Übertragung von Zellen, Paketen und Verbindungen in Kanälen in Bündeln gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
  • Wie 3 zeigt, enthält ein Kanal mehrere Protokolldateneinheiten bzw. PDU. Jede PDU 142 hat einen Kopfabschnitt 1421 und einen Datenabschnitt 1422. Unter Bezugnahme auf die in 4 gezeigten beispielhaften Ausführungsformen sind die PDU-Formate für Verbindungsdaten, Zellen und Pakete gezeigt. Wie 4A zeigt, enthält der Kanal für Verbindungsdaten genau eine Protokolldateneinheit bzw. PDU 142A, die die gesamte Information enthält, die für diese Verbindung in diesem TDMA-Kanal zu übertragen ist. Wie 4B für Zellen und Pakete zeigt, kann ein Kanal eine Vielzahl von PDU enthalten. Für Zellen enthält jede PDU eine Zelle. Für Pakete ist ein Paket in eine Vielzahl von PDU festgelegter Größe segmentiert. Eine PDU kann Daten enthalten oder inaktiv sein.
  • Wie 4A zeigt, benötigen bei dieser Ausführungsform Verbindungsdaten-PDU keinen Kopfabschnitt. Da in jedem TDMA-Rahmen eine festgelegte Datenmenge zu übertragen ist, kann man eine festgelegte Zuordnung von Kanälen und Verbindungen verwenden. Außerdem können Daten für eine einzige Verbindung eine Vielzahl von Kanälen umspannen.
  • Wie 4B zeigt, enthält für Pakete und Zellen der PDU-Kopfabschnitt 1421 die Adressen der Quellen-Anschlußeinrichtungen 14211 und der Ziel-Anschlußeinrichtungen 14212. Die Kopfabschnitte umfassen die Adressen von der ursprünglichen Quelle und dem finalen Ziel für den Fall, daß das Paket eine Vielzahl von Streckenabschnitten durchläuft. Die Adresse der Anschlußeinrichtung besteht aus zwei Teilen. Der erste Teil umfaßt die Kontrollgruppe, zu der die Anschlußeinrichtung gehört, und der zweite Teil umfaßt die Nummer der Anschlußeinrichtung innerhalb der Kontrollgruppe.
  • Der PDU-Datenabschnitt enthält einen Segmentations- und Wiederaufbau-Kopf bzw. SAR-Kopf. Der SAR enthält ein gültiges Bit, das anzeigt, ob die PDU eine inaktive PDU oder eine Daten führende PDU ist. Der SAR-Kopf ist für Zellen und Pakete verschieden und wird unter Nutzung des SAR-ID-Feldes unterschieden, wie in den 4C und 4D zu sehen ist. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird eine 0 für Zellen und eine 1 für Pakete verwendet. Das Port-ID-Feld dient zur Unterscheidung zwischen verschiedenen Protokollen unter Nutzung der SAR-Funktion. Das SAR-1-PDU-Format, das von Paketen genutzt wird, enthält ein erstes bzw. F-Bit, das in die erste PDU für das Paket gesetzt ist, und ein letztes bzw. L-Bit, das in die letzte PDU für das Paket gesetzt ist. Es enthält außerdem eine vorzeichenlose Sequenznummer, die von der Quellen-Anschlußeinrichtung zugewiesen ist. Aufeinanderfolgenden PDU sind konsekutive Sequenznummern zugeordnet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sollte die Sequenznummer hinreichend groß sein, so daß sie sich gemäß einer bevorzugten Ausführungsform beispielsweise bei der maximalen Datenrate der Anschlußeinrichtung über einen langen Zeitraum nicht umkehrt (mit anderen Worten, nicht zu Null zurückkehrt). Die empfangende Anschlußeinrichtung nutzt die Sequenznummer zum Wiederaufbau der Pakete.
  • 5 zeigt eine beispielhafte Aufteilung eines Benutzerrahmens in einzelne SAR-Segmente. Die SAR-Segmentgröße ist für alle SAR-IDs festgelegt. Für Pakete wird die Länge zuerst den Daten vorhergehend festgelegt, und das resultierende Paket wird dann in PDU festgelegter Größe segmentiert.
  • Die vorliegende Erfindung beschreibt eine neue Architektur für ein TDMA-System zum Übertragen von Verbindungsdaten (z. B. Sprache, Video, ISDN), Paketdaten (z. B. X.25, Frame-Relay, Internet, LAN) und ATM-Zellen in einem gemeinsamen Rahmenwerk. Die hier beschriebenen Konzepte sind für drahtlose Satelliten-TDMA-Netze anwendbar. Die primären Merkmale der vorliegenden Erfindung sind folgende.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine einheitliche Struktur für Bündel und Prozesse zur Übertragung von Zellen, Verbindungen und Paketen bereitgestellt. Ferner wird die gleiche Struktur auch für Netzkontrollverkehr wiederverwendet. Infolgedessen bietet das System gemäß den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung Flexibilität bei der Zuweisung von Bündeln für den Anwenderverkehr und die Netzkontrolle. Gleichzeitig wird durch die Trennung von Anwenderdaten und Netzkontrollkanälen das System gemäß der vorliegenden Erfindung robuster gegenüber den derzeitigen Kommunikationssystemen.
  • Gemäß den angegebenen beispielhaften Ausführungsformen können Kontrollbündel gemeinsam (für kleine Stationen) oder dezidiert (für große Routen) genutzt werden. Außerdem können Pakete und Zellen eine gemeinsame Gruppe von Bündeln gemeinsam nutzen. Ferner sind für jedes Bündel Teilbündel, beispielsweise Codierung, Modulation, Länge, vorgesehen. Einfache Prozesse für die Abwicklung von Bündeln und Teilbündeln sind vorgesehen. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Anpassungsschicht zur Übertragung von allen drei Verkehrsarten (Verbindungen, Pakete und Zellen) definiert. Ein einfaches Paketsegmentations- und -Wiederaufbau-Protokoll ist ebenfalls vorgesehen. Die vorliegende Erfindung unterstützt auch die Rück-Multiplexierung sowie das Mehrsprung-Routing, was in herkömmlichen Systemen bisher nicht möglich ist.
  • Gemäß den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung führt die Kombination von innerer und äußerer Codierung zu einem höheren Leistungsvermögen. Bündel können Punkt-zu-Punkt, Punkt-zu-Multipunkt, Multipunkt-zu-Punkt, Multipunkt-zu-Multipunkt bereitgestellt werden. Außerdem wird Punkt-Punkt- und Multicast-Verkehr unterstützt, und eine Vielzahl von Anschlußeinrichtungen können sich erforderlichenfalls ein Bündel teilen.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht Dienstverpflichtungen unterschiedlicher Güte für die verschiedenen Verkehrsarten. Außerdem kann sich das Kommunikationssystem der vorliegenden Erfindung an sich ändernde Wetterbedingungen (z. B. durch Regen bedingten Schwund) anpassen und an Strahlrändern positionierte Anschlußeinrichtungen unterstützen.
  • Die vorliegende Erfindung unterstützt auch den Betrieb mit Bandbreiten auf Anforderung, Maschen-Verknüpfbarkeit, Multiträger-Betrieb, Transponder-Umschaltung (für Satellitensysteme). Ferner führt eine adaptive Codierung gemäß den verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung zu einer besseren Nutzung der verfügbaren Bandbreite, die eine kostbare Ressource in Satellitensystemen ist, unter normalen Betriebsbedingungen, wobei diese Bandbreite in herkömmlichen Systemen vergeudet wurde.
  • Die vorliegende Erfindung wurde beispielhaft beschrieben, und Modifikationen und Abwandlungen der beispielhaften Ausführungsformen ergeben sich für den Fachmann ohne Abweichung vom Umfang der Erfindung. Die bevorzugten Ausführungsformen sind nur beispielhaft und in keiner Weise als Einschränkung anzusehen.

Claims (11)

  1. Aufbau von Signalen für eine Übertragungsarchitektur in einem Zeitmultiplex-(TDMA-)System für Satelliten- oder drahtlose Kommunikation, wobei der Aufbau folgendes besitzt: mindestens einen Träger (1, 2); eine Vielzahl von Rahmen (10), wobei die Rahmen (10) auf den Trägern (1, 2) übertragen werden; ein oder mehrere Bündel (101, 102, 103), die in den Rahmen (10) enthalten sind und folgendes einschließen: einen Präambelabschnitt (110); einen Datenabschnitt, der einen oder mehrere Kanäle (130, 140) einschließt; und einen Postambelabschnitt (150), wobei jeder Kanal (130, 140) in ein oder mehrere Protokolldateneinheiten (141, 142, 143) und eine Anzahl Prüfbits (144) eingeteilt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Protokolldateneinheiten (141, 142, 143) durch eindeutige Protokolldateneinheitsformate für alle Verbindungsdaten, ATM-Zelldaten und Paketdaten, die übertragen werden müssen, angepaßt sind.
  2. Aufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Rahmen (10) eine feste Länge besitzen.
  3. Aufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Protokolldateneinheiten (141, 142, 143) so formatiert sind, daß sie Verbindungsdaten beinhalten, und jeder Kanal (130, 140) nur eine Protokolldateneinheit enthält.
  4. Aufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Protokolldateneinheiten (141, 142, 143) so formatiert sind, daß sie Zelldaten enthalten, und jede Protokolldateneinheit eine Zelle enthält.
  5. Aufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Protokolldateneinheiten (141, 142, 143) so formatiert sind, daß sie Pakete enthalten, und jedes dieser Pakete in viele Protokolldateneinheiten festgelegter Größe segmentiert ist.
  6. Aufbau nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Protokolldateneinheiten (141, 142, 143) einen Kopf-Abschnitt (1421) und einen Datenabschnitt (1422) einschließen, wobei der Protokolldateneinheits-Kopf die Quelle der Übertragung (14211) und das Ziel der Übertragung (14212) beinhaltet.
  7. Aufbau nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Protokolldateneinheiten (141, 142, 143) einen Kopf-Abschnitt (1421) und einen Datenabschnitt (1422) beinhalten, wobei der Protokolldateneinheits-Kopf die Quelle der Übertragung (14211) und das Ziel der Übertragung (14212) beinhaltet.
  8. Aufbau nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Protokolldateneinheits-Abschnitt einen Segmentations- und einen Wiederaufbau-Kopf (SAR0HDR, SAR1HDR) einschließt.
  9. Aufbau nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Protokolldateneinheits-Abschnitt einen Segmentations- und einen Wiederaufbau-Kopf (SAR0HDR, SAR1HDR) einschließt.
  10. Aufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dieselbe Architektur sowohl für den Datenverkehr als auch für den Netzwerkkontrollverkehr auf den Trägern benutzt wird.
  11. Aufbau nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Parameter aus der Gruppe Kodieren, Modulation und Länge für jedes Bündel unabhängig wählbar sind.
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