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Erfindungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein als "On-demand Multiple Access Fair Queuing" System (System des
gerechten Warteschlangenbetriebs mit Vielfachzugriff nach Bedarf)
bekanntes MAC-Protokoll (Medium Access Control – Medium-Zugriffssteuerung)
zur Anwendung in einem drahtlosen Kommunikationsnetzsystem. Insbesondere
betrifft die Erfindung ein Protokoll für gerechten Warteschlangenbetrieb
nach Bedarf zur gemeinsamen Benutzung von Basisstationsbandbreite
zwischen entfernten Hosts in drahtlosen Halb- und Vollduplex-Netzen mit Vielfachzugriff
im Zeitmultiplex und Frequenzmultiplex.
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Hintergrund der Erfindung
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Es
wird erwartet, daß drahtlose
Dienste wie beispielsweise zellulare Sprach- und Daten- und Funk-LAN in den kommenden
Jahren ein schnelles Wachstum erfahren werden. Drahtlose Netze der
dritten Generation, die dafür
ausgelegt sind, Multimedienverkehr zu führen, werden gegenwärtig intensiv
erforscht, wobei die Hauptziele die Bereitstellung von nahtlosen
Kommunikationen, Verfügbarkeit
hoher Bandbreite und garantierte Dienstgüte (QoS – Quality of Service) ohne
irgendwelche Standort- oder Mobilitätsbeschränkungen sind.
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1 zeigt
ein Drahtnetz für
Datenaustausch des Standes der Technik. Dargestellt sind die drei
bestehenden Geschäftsinstanzen,
deren zusammenwirkende Geräte
heute typischerweise zur Bereitstellung entfernten Internetzugangs über Modems
zu Benutzerrechnern benutzt werden. Benutzerrechner 2 und
Benutzermodems 4 stellen Endsysteme dar. Die erste in der 1 gezeigte
Geschäftsinstanz
ist die Telefongesellschaft (Telco), die das einfache herkömmliche
Fernsprechwählsystem
(POTS – Plain
Old Telephone System) oder ISDN-Netz (Integrated Services Data Network)
besitzt und betreibt. Die Telco stellt ein Übertragungsmedium in der Form
eines öffentlichen
Wählnetzes
(PSTN – Public
Switched Telephone Network) 6 bereit, über das Bit oder Pakete zwischen
Benutzern und den anderen zwei Geschäftsinstanzen fließen können.
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Die
zweite in 1 gezeigte Geschäftsinstanz
ist der Internet-Diensteanbieter (ISP – Internet Service Provider).
Vom ISP wird einer oder mehrere Übergabepunkte
(POP – Point
of Presence) 8 in seinem Versorgungsbereich eingesetzt
und verwaltet, an den sich Endbenutzer für Netzdienst anschließen. Ein
ISP stellt typischerweise einen POP in jedem wesentlichen lokalen
Anrufbereich her, in dem der ISP erwartet, Teilnehmer aufzuweisen.
Der POP 8 wandelt Nachrichtenverkehr vom PSTN 6 in
eine Digitalform um, die über
das Intranet-Backbone 10 zu führen ist, das entweder im Besitz
des ISP ist oder von einem Intranet-Backbone-Anbieter wie beispielsweise
MCI, Inc. gemietet wird. Ein ISP mietet typischerweise Fraktional-
oder Voll-Ti- oder T3-Leitungen von der Telco zur Konnektivität mit dem
PSTN. Die POP 8 und die Mediendatenzentrale 14 des
ISP sind über
den Router 12A über
das Intranet-Backbone 10 miteinander verbunden. In der
Datenzentrale 14 sind die Web-Server, Mail-Server, Gebührenberechnungs-
und Registrierungsserver untergebracht, mit denen der ISP Web-Inhalt,
Email und Web-Hosting-Dienste für
Endbenutzer bereitstellen kann. Zukünftige Mehrwertdienste können durch
Einsatz zusätzlicher
Arten von Servern in der Datenzentrale 14 hinzugefügt werden. Vom
ISP wird der Router 12A zum Anschluß an das öffentliche Internet-Backbone 20 unterhalten.
Im bestehenden Modell für
Fernzugriff besitzen Endbenutzer typischerweise Dienstverhältnisse
mit sowohl ihrer Telco als auch ihrem ISP und erhalten gewöhnlich getrennte
Rechnungen von jedem. Endbenutzer greifen auf den ISP und über den
ISP auf das öffentliche
Internet 20 zu, indem sie den nächsten POP anwählen und
ein als IETF-PPP-Protokoll bekanntes Kommunikationsprotokoll fahren
(Internet Engineering Task Force Point-to-Point).
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Die
dritte in 1 gezeigte Geschäftsinstanz
ist eine Privatgesellschaft, die ihr eigenes privates Intranet 18 besitzt
und betreibt, auf das über
den Router 12B zugegriffen wird. Firmenangestellte können entfernt auf
das Firmennetz 18 zugreifen (z. B. von zu Hause aus oder
von unterwegs) indem sie POTS/ISDN-Verbindungen mit dem Firmen-Einwahlserver 16 herstellen
und das IETF-PPP-Protokoll
fahren. Für
Firmenzugriff zahlen die Endbenutzer nur für die Kosten der Verbindung
mit dem Firmen-Einwahlserver 16. Der ISP ist nicht beteiligt.
Von dem Privatunternehmen wird der Router 12B unterhalten,
um einen Endbenutzer entweder mit dem Firmen-Intranet 18 oder
dem öffentlichen
Internet 20 zu verbinden.
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Endbenutzer
zahlen der Telco gegenwärtig
sowohl für
die Kosten von Telefonanrufen als auch die Kosten eines Telefonanschlusses
in ihr Heim. Auch müssen
Endbenutzer dem ISP den Zugriff auf das Netz des ISP und seine Dienste
bezahlen. Heutzutage bieten Internet-Diensteanbieter Internet-Zugangsdienste,
Webinhalt – dienste,
Emaildienste, Inhalt-Hosting-Dienste und Roaming für Endbenutzer.
Aufgrund geringer Gewinnspannen und Mangels an Marktsegmentierung
auf Grundlage von Merkmalen und Preis schauen die ISP nach Mehrwertediensten
zur Verbesserung von Gewinnspannen. Kurzfristig möchten Geräteverkäufer ISP
Lösungen
anbieten können,
die ihnen ermöglichen,
schnelleren Zugriff, virtuelle Privatvernetzung (die Fähigkeit zur
sicheren Benutzung von öffentlichen
Netzen als Privatnetze und Verbindung mit Intranetzen), Roaming-Konsortium, Push-Technologien
und spezifische Dienstgüte
anzubieten. Längerfristig
ist erwünscht, Sprache über das
Internet und Mobilität
anzubieten. ISP können
dann diese Mehrwertedienste dazu benutzen, aus der Zwangsjacke geringer
Gewinnspannen zu entkommen. Viele dieser Mehrwertedienste fallen
in die Kategorie von Netzdiensten und können nur über die Einrichtungen der Netzinfrastuktur
angeboten werden. Andere Mehrwertdienste fallen in die Kategorie
von Anwendungsdiensten, die Unterstützung von der Netzinfrastruktur
erfordern, während
weitere überhaupt
keine Unterstützung
von der Netzinfrastruktur erfordern. Insbesondere brauchen Dienste
wie schnellerer Zugriff, virtuelle private Netzverbindung, Roaming,
Mobilität,
Sprache, Dienstgüte
und QoS-basierende Gebührenberechnung
alle eine erweiterte Netz-Infrastruktur.
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Drahtlose
Kommunikationsnetze besitzen den Vorteil, daß sie in der Lage sind, die
Reichweite von Drahtnetzen zu erweitern. Erreichbare Bandbreiten
in drahtlosen Netzen hinken jedoch häufig den in Drahtnetzen verfügbaren hinterher.
Breitband-Drahtsysteme wie ATM (Asynchronous Transfer Mode) sind
in der Lage, Dienste mit unterschiedlicher QoS (z. B. konstante
Bitrate (CBR), variable Bitrate (VBR) und verfügbare Bitrate (ABR)) für erweiterte
Unterstützung
von Multimedienanwendungen bereitzustellen. Es ist erwünscht, diese
Dienste auf drahtlose Netze zu erweitern. Es wird daher gegenwärtig Forschung über Zusammenführen von
ATM und drahtlosen Netzen in vielen Institutionen und Forschungslaboratorien
unternommen. Es werden viele Grundfragen untersucht, die alles von
der Zugriffsschicht bis zur Transportschicht treffen. Neben der
Verwendung von ATM als Übertragungsformat
an der Luftschnittstelle eines drahtlosen Netzes wird ATM auch für die drahtgebundene
Infrastruktur von Zellularsystemen in Betracht gezogen. Eine solche
drahtgebundene ATM-Infrastruktur wäre in der Lage, Vielfachzugriffs-Luftschnittstellentechnologien
(z. B. CDMA, TDMA usw.) zu unterstützen.
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In
einem drahtlosen Netz, das Multimedienverkehr unterstützt, muß ein wirkungsvolles
Kanalzugriffsproto koll die Nutzung des begrenzten drahtlosen Spektrums
maximieren und dabei noch die Dienstgüteerfordernisse des gesamten
Verkehrs unterstützen.
In drahtlosen Datensystemen werden gegenwärtig mehrere wohlbekannte Kanalzugriffsprotokolle
wie beispielsweise Slotted Aloha, PRMA usw. benutzt. Slotted Aloha
ist ein einfaches Protokoll, aber da es nicht versucht, Kollisionen
zwischen Datenbenutzern zu vermeiden oder aufzulösen, beträgt seine theoretische Kapazität nur 0,37.
Zusätzlich
ist Slotted Aloha für
die wirkungsvolle Übertragung
von Paketen mit veränderlicher
Länge ungeeignet.
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Auf
Reservierung basierende Protokolle versuchen, Kollisionen durch
dynamisches Reservieren von Kanalbandbreite für Benutzer, die Pakete senden
müssen,
zu vermeiden und aufzulösen.
Typischerweise wird in derartigen Protokollen ein Kanal in Schlitze
eingeteilt, die in Rahmen von N Schlitzen gruppiert sind. Ein Schlitz
kann weiterhin in k Minischlitze unterteilt werden. Normalerweise
werden N1 der Schlitze für Reservierungszwecke benutzt,
während
die übrigen
N – N1 Schlitze Datenschlitze sind. Die Benutzer,
die Pakete senden müssen,
senden ein Reservierungsanforderungspaket in einem der M = N1·k
Minischlitze. Wenn das Reservierungsanforderungspaket erfolgreich
ist, dann wird dem Benutzer eine gewisse Anzahl von Datenschlitzen
zugeteilt, bis der Benutzer oder die Basisstation die Reservierung
freigibt. Wenn das Reservierungsanforderungspaket nicht erfolgreich
ist, wird der Benutzer ein Konfliktauflösungsverfahren zur Wiederholung
der Reservierungsanforderung benutzen, bis sie erfolgreich übertragen
wird.
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Von
Doshi et al. ist in "A
Broadband Multiple Access Protocol for STM, ATM and Variable Length
Data Services an Hybrid Fiber-Coax Netzworks" (Ein Breitband-Vielfachzugriffsprotokoll für STM, ATM
und Dienste mit Daten veränderlicher
Länge auf
Hybridfaser-Koaxial netzen), Bell Labs Technical Journal, Summer
1996, S. 36–65
ein Vielfachzugriffsprotokoll für
Hybridfaser-Coaxialnetze
vorgeschlagen worden. Obwohl es viele Fragen mit der drahtlosen
Umgebung teilt, befaßt
sich dieses Protokoll nicht vollständig mit den einmaligen Problemen,
die bei der Auslegung eines drahtlosen Zugriffsverfahrens angetroffen
werden, wie beispielsweise Behandlung von Wiederholungen über eine
fehlerbehaftete drahtlose Strecke und Herstellung des zur Sicherstellung
ordnungsgemäßer Paketabgabe
benötigten Übertragungsleistungspegels.
Während
dieses Verfahren das Konzept von Konflikt-Reservierungsschlitzen vorschlägt, stellt
es nicht ein flexibles Verfahren bereit, in dem die Anzahl von Konfliktschlitzen
dynamisch auf Grundlage von Warteschlangengrößeninformationen verändert werden
kann.
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Von
Karol et al. ist ein DQRUMA-Verfahren (Distributed-Queuing Request Update
Multiple Access – Vielfachzugriff
zur Aktualisierung einer Anforderung zur verteilten Warteschlangenbildung)[Karol
et al. "An efficient
demand-assignment multiple access protocol for wireless packet (ATM)
networks" (Ein wirkungsvolles Vielfachzugriffsprotokoll
zur Zuweisung auf Bedarf für
drahtlose Paket-(ATM-)Netze), Wireless Networks 1, S. 267–279, 1995]
vorgeschlagen worden. Dieses Verfahren für drahtlosen Zugriff erlaubt
neuen Benutzern nicht, während
der Konfliktauflösungszeit
um Bandbreite zu konkurrieren oder die Reservierungsschlitzkonflikterfolgsrate
während
der vorhergehenden Runde zur Einstellung von Zurückstellungszeit zu benutzen.
Auch benutzt dieses Verfahren nicht ein gerechtes Warteschlangenverfahren
und benutzt daher keine Dienstetikette zur gerechten Zuteilung von
Bandbreite unter konkurrierenden Quellen.
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Ein
wichtiges Thema bei der Auslegung eines Kanalzugriffsprotokolls
ist die Auswahl der zur Einstellung der Übertragungsreihenfolge von
Aufwärts- und Abwärtspaketen
benutzten Planungsverfahren. Es ist für Drahtnetze eine Anzahl von
Zuordnern vorgeschlagen worden, die alle Variationen der gerechten
Warteschlangenbildung sind [man siehe z. B. S.J. Golestani, "A Self-Clocked Fair
Queuing Scheme For Broadband Applications" (Ein selbstgetaktetes gerechtes Wart
eschlangenverfahren für
Breitbandanwendungen), Proceedings of IEEE Infocom, 1994; Parekh
und Gallagher, "A
Generalized Processor Sharing Approach To Flow Control In Integrated
Services Networks: The Single Node Case" (Ein verallgemeinerter Ansatz der gemeinsamen
Benutzung von Prozessoren für
Flußsteuerung
in diensteintegrierenden Netzen: Der Fall des Einzelknotens), IEEE/ACM
Transactions On Networking, 1(3):344–357, Juni 1993; L. Chang, "Virtual Clock Algorithm" (Algorithmus für virtuellen
Takt), Proceedings of ACM Symposium, S. 1224–1231, 1992]. Diese haben alle
den Effekt der Bereitstellung von Zugriff zu einem Anteil der Bandbreite,
als wenn jede Dienstklasse ihren eigenen Server mit seiner gegebenen
Rate hätte.
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Das
Verfahren des gewichteten gerechten Warteschlangenbetriebs nach
Parekh und Gallagher ist schwierig zu implementieren, weshalb das
SCFQ-Verfahren (Self-Clocked Fair Queuing – selbstgetaktete gerechte
Warteschlangenbildung) von Golestani vorgeschlagen wurde. Für SCFQ wird
das Dienstetikett wie folgt berechnet:
wobei ñ(t) das Dienstetikett des
Paketempfangsdienstes zur Zeit t, F
i k das Dienstetikett für das i-te Paket aus Klasse
k mit F
0 k = 0 für alle k
ist, L
i k die Länge des
i-ten Pakets der Klasse k ist, r
k das der
Klasse k zugewiesene relative Gewicht ist und a
i k die Ankunftszeit des i-ten Pakets der Klasse
k ist. Pakete werden dann in der Reihenfolge dieser Etikettwerte
bedient. Der Algorithmus von Golestani ist jedoch für Drahtnetze
ausgelegt und muß abgeändert werden,
wenn er in einer drahtlosen Umgebung funktionieren soll. Insbesondere
befaßt
sich der Algorithmus von Golestani nicht damit, wie Übertragungsplanung
zu behandeln ist, wenn der Server (Basisstation) nicht vollständige Informationen über die
Größe der Warteschlangen
besitzt, da sie entfernt liegen, oder wie die Wiederholung verlorener
Pakete zu behandeln ist.
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Von
Lu et al. (University of Illinois) ist ein "Idealized Weighted Fair Queuing"-Algorithmus (Algorithmus zur
idealisierten gewichteten gerechten Warteschlangenbildung)[Lu et
al. "Fair Scheduling
in Wireless Packet Networks" (Gerechte
Zeitablaufplanung in drahtlosen Paketnetzen), Sigcom '97] vorgeschlagen
worden, der zur Berücksichtigung
der besonderen Bedürfnisse
drahtloser Netze ausgelegt ist. Dieses Verfahren erfordert volle
Kenntnis des Kanalzustands (d. h. ob er gut oder schlecht ist),
etwas, das in einem echten Netz allgemein nicht verfügbar ist.
Auch ändert
es nicht die Dienstetikette von Paketen, die nicht erfolgreich übertragen
werden, was zu einem komplizierten Wiederholungsvorgang führt und
Pakete aus nacheilendem Fluß abwirft,
anstatt nur, wenn ein Pufferüberlauf
stattfindet.
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Ein
weiteres Verfahren zum drahtlosen Zugriff, vorgeschlagen durch R.
Kautz in "A Distributed Self-Clocked Fair Queuing
Architecture For Wireless ATM Networks" (Eine verteilte selbstgetaktete gerechte Warteschlangenarchitektur
für drahtlose
ATM-Netze), 1997 International Symposium an Personal Indoor and Mobile
Radio Communications benutzt statt eines Reservierungs- und huckepackartig
angebrachten Reservierungsansatzes ein Abfragesystem. Abfrageverfahren
weisen im Vergleich zu Reservierungs- Zugriffsverfahren allgemein schlechtere
Leistung bezüglich
Laufzeit und Bandbreitennutzung auf. Zusätzlich ändert das Verfahren nach Kautz
Dienstetikettwerte nur für
die fehlerhaft übertragenen
Pakete, wodurch die QoS an allen Einwahlstellen leidet, da die Pakete
aller Einwahlstellen durch Wiederholung des verlorengegangenen Pakets
verzögert
werden.
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Weiterer
Stand der Technik umfaßt:
In
EPA 0 415 898 A1 wird
ein Verfahren in einem Mobilfunkkommunikationssystem zum Anpassen
des Systems und der Kommunikation an die vorherrschenden Verkehrs- und Leistungserfordernisse
beschrieben. Gemäß der Erfindung
werden von einer Mobilstation Informationen über bestimmte Codes in ihren
zu einer Basisstation übertragenen
Nachrichten in Beantwortung einer Einladungsnachricht von der Basisstation
eingefügt.
Die Codes zeigen an, ob eine Nachricht neu oder wiederholt ist und/oder
Nachrichtenalter aufweist. Die Basisstation empfängt Funksignale in in ihrer
Einladungsnachricht identifizierten Zeitschlitzen und schätzt für jeden
Zeitschlitz auf Grundlage von im Zeitschlitz empfangenen Funksignalen,
ob der Zeitschlitz leer oder besetzt ist, oder ob der Zeitschlitz
leer oder korrekt ist. Für
jede empfangene und verstandene Nachricht wird von der Basisstation
der Code abgerufen. Die abgerufenen Codes und die Anzahl von leeren/besetzten/korrekten Schlitzen
ermöglichen
der Basisstation, vorherrschenden Systemverkehr und Leistung zu
schätzen.
Schätzungen über vorherrschenden
Verkehr und Leistung werden zur Steuerung von Systemparametern wie
beispielsweise Anzahl von Zeitschlitzen nach einer Einladungsnachricht
benutzt.
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EPA 0 743 800 A2 beschreibt
eine Zentralstation und jede Basisstation besitzt einen Zeitgeber,
der miteinander zusammentreffende Zeitmomente anzeigt. Ein gemeinsamer Übertragungs-Startzeitmoment
wird von der Zentralstation zu jeder Basisstation übermittelt,
um den Übertragungs-Startzeitmoment
zum Beginnen der Übertragung
des Signalrahmens in jeder Station anzupassen. Von der Zentralstation
wird bewirkt, daß die Rufanforderungen
unterschiedlicher Bitraten in einem Signalrahmen enthalten sind,
und an jede Station der Übertragungs-Startzeitmoment
für den
Signalrahmen, die Reihenfolge der Rufanforderungen innerhalb des
Signalrahmens und die Bitraten-Vermittlungstakte rundgesendet. Wenn
der Übertragungs-Stertzeitmoment
gekommen ist, werden von der Basisstation Rufsignale von den Rufanforderungen
gemäß der bezeichneten
Reihenfolge wiedergegeben. Wiedergabe-Taktimpulse werden unter Bezugnahme
auf die von der Zentralstation gesendeten Bitraten-Vermittlungstakte
geschaltet. So kann jede Station die Rufsignale der unterschiedlichen Bitraten
in einem Signalrahmen mit zusammenfallenden Phasen übertragen.
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WO9827747 A2 beschreibt
ein Protokoll, Verfahren und eine Vorrichtung zum Verwalten von
Netzkommunikationen, die besonders gut für ATM-Kommunikationen über ein
drahtloses Medium geeignet sind. Jedem Knoten mit zu sendendem Verkehr
sind zusammenhängende
Zeitschlitze innerhalb eines Rahmens zugeteilt. Jedem Knoten ist
eine Nennbandbreite zugesichert und überschüssige Bandbreite wird nach
Bedarf verteilt. Die Zuteilung von überschüssiger Bandbreite kann von
der Größe des Puffers
an jedem Knoten wie der kritischen Zeit jeder Nachricht abhängig sein.
Knoten übermitteln
ihre Anforderungen der Zuteilung durch Anhängen solcher Steuerungsinformationen
an das erste ihrer übertragenen
Pakete. Die Zuteilung der Sende- und Empfangszeitschlitze jedes
Knotens wird an alle Knoten zu Beginn jedes Rahmens übertragen.
Danach braucht jeder Knoten vor seinen zugeteilten Zeitperioden
nicht am Netz teilzunehmen, wodurch tragbare Vorrichtungen in inaktive
Zustände
eintreten können,
um Strom zu sparen. Das Netz wird in einem Verbindungsmodus betrieben,
Verbindungen werden auf relativ nichtstörende Weise durch Verwendung
von periodisch auftretenden Baken hergestellt. Inaktive unverbundene
Knoten müssen
während
dieser Bakenperioden nur das Netz überwachen, was Stromersparnis
ermöglicht.
WO9827747 A2 bildet
jedoch nicht einen vorveröffentlichten
Stand der Technik.
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In
keiner der obigen Schriften des Standes der Technik wird ein Verfahren
zur gemeinsamen Benutzung von Bandbreite zwischen entfernten Hosts
offenbart oder vorgeschlagen, wobei von jedem entfernten Host Dienstetikettwerte
für alle
in einer Warteschlange eingereihte Pakete am entfernten Host neuberechnet werden,
wenn das gegenwärtig übertragene
Paket vom entfernten Host verloren gegangen oder fehlerbehaftet ist.
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Kurze Beschreibung der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung nach Ansprüchen
1 bis 4 ist ein ODMA-Verfahren (On-Demand-Multiple Access – Vielfachzugriff
nach Bedarf) mit einer als ODMAFQ bezeichneten Dienstdisziplin für gerechte
Warteschlangenbildung (FQ – Fair
Queuing) zur wirkungsvollen Nutzung der begrenzten, in drahtlosen
Kommunkationsnetzen verfügbaren
Bandbreite.
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In
diesem Verfahren sendet eine diskontinuierliche Quelle ein Kanalzugriffspaket
zum Reservieren von Bandbreiten für zukünftige Übertragungen, jedesmal wenn
ein Paket an einer leeren Warteschlange angekommen ist, während eine
Quelle mit konstanter Bitrate nur einmal veranlaßt wird, sich Wettbewerb zu
unterziehen, während
des Verbindungsaufbaus. Zur Bestimmung der Übertragungsreihenfolge verschiedener
Aufwärtsquellen
wird eine Abfertigungsdisziplin des verteilten selbstgetakteten
gerechten Warteschlangenbetriebs benutzt, wodurch verschiedene QoS
bereitgestellt werden können.
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Damit
der Zugangspunkt (AP – Access
Point) Abwärts-
und Aufwärts-Ablaufplanung
in dem Fall durchführen
kann, wo die drahtlosen Modems geographisch verteilt sind, wird
ein Mechanismus zur Weitergabe von Warteschlangeninformationen zur
Basisstation durch die drahtlosen Modems benötigt. Es gibt verschiedene alternative
Weisen zur Berechnung von Dienstetiketten für alle dem Zugangspunkt zugeordneten
Rosts. In einem Verfahren werden von der Basisstation die virtuelle
Systemzeit und die zugewiesenen Anteile von Dienstklassen zu jedem
der drahtlosen Modems rundgesendet. Dann wird von jedem drahtlosen
Modem sein eigenes Dienstetikett berechnet und die Basisstation
darüber über ein
Anforderungszugangspaket oder durch Huckepackübertragung auf der Datenübertragung
informiert. Dann werden der Basisstation Übertragungserlaubnisse auf
Grundlage der von den entfernten Hosts empfangenen Dienstetikettwerte
und der verfügbaren
Datenschlitze zugewiesen. Wenn ein Paket verloren geht oder mit
Fehlern empfangen wird, wird vom sendenden entfernten Host dann
der Dienstetikettwert für
alle seine in einer Warteschlange aufgereihten Pakete neu berechnet
einschließlich
des Pakets, dessen Übertragung
ausgefallen ist, wie im Anspruch 1 beschrieben.
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Als
Alternative wird die Basisstation nach Anspruch 2 einfach durch
das drahtlose Modem über
seine Warteschlangengröße oder
die Länge
eines Pakets mit veränderlicher
Länge informiert
und an der Basisstation werden die Dienstetikette für jedes
drahtlose Modem auf Grundlage der Dienstanteile der entfernten Hosts und
der verfügbaren
Datenschlitze berechnet und die zugewiesenen Übertragungserlaubnisse zu den
entfernten Hosts rundgesendet. Wenn ein Paket verloren geht oder
mit Fehlern empfangen wird, werden vom Zugangspunkt (AP) die Dienstetikettwerte
für diesen
entfernten Host auf Grundlage der gegenwärtigen virtuellen Systemzeit
neu berechnet.
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In
Ausführungsformen
nach Ansprüchen
3 und 4 wird vom Zugangspunkt (AP) oder drahtlosen Knoten eine Paketwarteschlange
und ein Warteschlangenkopf-Etikett unterhalten. Wenn ein Paket verloren
geht, muß nur
das Warteschlangenkopf-Etikett geändert werden. Sobald das Warteschlangenkopf-Paket
erfolgreich übertragen
worden ist, erhalten die übrigen
in der Warteschlange aufgereihten Pakete selbsttätig das richtige Etikett (das
neuberechnete Warteschlangenkopf-Etikett zuzüglich entspechender Erhöhungen).
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Für den Halbduplex-Fall
werden sowohl die Aufwärts-
als auch Abwärtswarteschlangen
an den Zugangspunkten gewöhnlich
so verwaltet, als wenn sie gemeinsam die gleiche Bandbreite benutzen,
d. h. als wenn es nur eine virtuelle Systemzeit gäbe. Für den Vollduplex-Fall
können,
sofern gewünscht,
getrennte virtuelle Systemzeiten für den Aufwärts- und den Abwärtsverkehr
benutzt werden. Auch könnte
es wünschenswert
sein, entfernte Hosts für
Zwecke der Abwärtsübertragung
in eine oder mehrere getrennte Gruppen einzuteilen, wobei jede Gruppe
eine andere Priorität
aufweist und eine andere virtuelle Systemzeit empfängt.
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Ein
Verfahren zur Neuberechnung von Dienstetiketten nach Verlust eines
Pakets ist eindeutig von großer
Bedeutung in einem drahtlosen System, wo solche Verluste alltäglich sind.
Man beachte, daß die
Dienstetikette aller anderen Knoten durch die Neuübertragung
eines Pakets für
diesen Knoten unbeeinflußt
bleiben, was bedeutet, daß die
durch die anderen Knoten erfahrene QoS nicht leidet. Es ist eine
allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, für einen entfernten Host Bandbreite
nach Bedarf in einem drahtlosen Netz bereitzustellen. Es ist eine
weitere allgemeine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
zur wirkungsvollen gemeinsamen Benutzung der in einem drahtlosen
Netz verfügbaren
begrenzten Bandbreite bereitzustellen.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die
Erfindung wird ausführlich
in der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen unter
Bezugnahme auf die folgenden Figuren beschrieben, in denen:
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1 ein
Schaltschema eines Netzes des Standes der Technik ist;
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2 ein
Schaltschema eines Netzes gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist;
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3 und 4 Rahmendiagramme
von beispielhaften Abwärts-
und Aufwärts-Rahmenstrukturen
für eine
Halbduplex-Ausführungsform
im Frequenzmultiplex der Erfindung sind;
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5 ein
Rahmendiagramm der synchronisierten Abwärts- und Aufwärts-Rahmenstrukturen für eine Vollduplex-Ausführungsform
im Frequenzmultiplex der Erfindung ist;
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6A einen Rahmen mit einem allgemeinen Abwärts-Rundsende-Teilrahmen
der MAC-Schicht nach einer beispielhaften Ausführungsform eines Aspekts der
vorliegenden Erfindung darstellt;
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6B ein Rundsende- oder Multicast-Abwärtsrahmenformat
zeigt;
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6C ein Baken-Nachrichtenformat für die Ausführungsform
der 6B zeigt;
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6D ein Übertragungserlaubnisformat
für die
Ausführungsform
der 6B zeigt;
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6E ein Übertragungszeitplanformat
für die
Ausführungsform
der 6B zeigt;
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6F ein Rundsende- oder Multicast-Nutzlastformat
für die
Ausführungsform
der 6B zeigt;
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7A einen Rahmen mit einem Abwärts-Unicast-Teilrahmen gemäß einer beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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7B ein Ablaufsteuerungsrahmenformat für einen
Abwärts-Unicast-Datenteilrahmen
gemäß einer beispielhaften
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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7C ein Datenrahmenformat für einen Abwärts-Unicast-Datenteilrahmen gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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7D einen mit der Rückseite eines rundgesendeten
Teilrahmens verketteten Unicast-Teilrahmen darstellt;
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8A ein Rahmenformat für einen Aufwärts-Übertragungsrahmen gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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8B das asynchrone Übertragungsgebiet des Rahmens
der 8A zeigt;
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8C einen Aufwärtsrahmen
mit Reservierungs-Minischlitzen
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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8D ein Rahmenformat für einen Reservierungs-Minischlitz gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erdindung zeigt;
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8E ein Rahmenformat für einen reinen Bestätigungs-Aufwärtsrahmen
gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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8F ein Rahmenformat für einen reinen Datenaufwärts-Unicast-Rahmen
gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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8G ein Rahmenformat für einen kombinierten Bestätigungs-
und Datenaufwärtsrahmen
gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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8H ein Rahmenformat für einen Aufwärtsrahmen
mit kombinierter Bestätigung,
Daten und "mehr" gemäß einer
beispielhaften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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9A einen Zeitstrahl mit den Etiketten von Paketen
zur Zeit t = 0 in einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung zeigt;
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9B einen Zeitstrahl mit den Etiketten von Paketen
zur Zeit t = 3 kurz vor Ankunft der Pakete aus Sitzung 3 im Beispiel
der 9A zeigt;
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9C einen Zeitstrahl mit den Etiketten von Paketen
zur Zeit t = 3 kurz nach Ankunft der 9 Pakete aus Sitzung 3 im Beispiel
der 9A zeigt;
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9D einen Zeitstrahl der Etikette von Paketen zur
Zeit t = 4,5 im Beispiel der 9A zeigt;
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10 eine Darstellung der dynamischen Einstellung
des Aufwärts-/Abwärts-Verhältnisses
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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11 eine schematische Darstellung der Funktionsweise
der Funkruffähigkeit
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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12A–12D Flußdiagramme
unterschiedlicher Verfahren sind, die zur dynamischen Änderung der
Anzahl von Reservierungsminischlitzen gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung benutzt werden können;
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13A ein Flußdiagramm
der Gesamtfunktion des MAC-Protokolls
aus der Sicht durch einen entfernten Host nach einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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13B ein Flußdiagramm
der Gesamtfunktion des MAC-Protokolls
aus der Sicht der Basisstation gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ist;
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14A–14C Flußdiagramme
von drei Konfliktauflösungsverfahren
gemäß Ausführungsformen der
vorliegenden Erfindung sind;
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15 ein Flußdiagramm der Zuweisung von
Paketdienstetiketten nach einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist;
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16A ein Flußdiagramm einer Ausführungsform
des Verfahrens zur gemeinsamen Benutzung von Bandbreite der vorliegenden
Erfindung ist;
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16B ein Flußdiagramm einer alternativen
Ausführungsform
des Verfahrens zur gemeinsamen Benutzung von Bandbreite nach der
vorliegenden Erfindung ist;
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17 ein Flußdiagramm
der Herstellung des Leistungspegels für Aufwärts-Datenübertragung gemäß einem
Aspekt des Verfahrens der vorliegenden Erfindung ist;
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18A ein Flußdiagramm
einer Ausführungsform
eines Verfahrens für
Zugangssteuerung gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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18B ein Flußdiagramm
einer alternativen Ausführungsform
eines Verfahrens zur Zugangssteuerung gemäß der vorliegenden Erfindung
ist;
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19 ein Flußdiagramm
einer Ausführungsform
eines Verfahrens zur Steuerung von Zulassung entfernter Hosts gemäß der vorliegenden
Erfindung ist;
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20 ein Flußdiagramm
einer Ausführungsform
eines Verfahrens zur Zulassung neuer Verbindungen auf Grundlage
gemessener Größen gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist;
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21 ein Flußdiagramm
einer Ausführungsform
eines Verfahrens zur Überlastabwehr
in einem Netz gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung ist;
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22 ein Blockschaltbild des Verfahrens für Vielfachzugriff
nach Bedarf mit gerechter Warteschlangenbildung der vorliegenden
Erfindung ist; und
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23 ein Flußdiagramm
der Funktionsweise des Vielfachzugriffverfahrens der vorliegenden
Erfindung ist.
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Ausführliche Beschreibung bevorzugter
Ausführungsformen
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Wie
schon besprochen ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein drahtloses paketvermitteltes Datennetz für Endbenutzer bereitzustellen,
das das öffentliche
Wählnetz
vermeidet und entfernte Roaming-Fähigkeit für Endbenutzer des drahtlosen
Netzes bereitstellt. Diese und weitere Aufgaben werden in einem
drahtlosen Datennetz erfüllt,
das eine Heimatmobilitäts-Vermittlungsstelle,
eine Fremdmobilitäts-Vermittlungsstelle,
eine Basisstation (Zugangspunkt) und einen Endbenutzer enthält. Die
Heimatmobilitäts-Vermittlungsstelle
enthält
einen Heimat-Registrierungsserver
und eine Heimatnetzanpassungsfunktion. Die Fremdmobilitäts-Vermittlungsstelle
enthält
einen bedienenden Registrierungsserver und eine bedienende Netzanpassungsfunktion.
Die Basisstation enthält
einen Proxy-Registrierungsagenten. Das Endbenutzermodem enthält einen
Benutzer-Registrierungsagenten. Der Benutzer-Registrierungsagent
ist an den Proxy-Registrierungsagenten angekoppelt, der Proxy-Registrierungsagent
ist an den bedienenden Registrierungsserver angekoppelt und der
bedienende Registrierungsserver ist an den Heimat-Registrierungsserver
angekoppelt.
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Der
Proxy-Registrierungsagent enthält
ein Modul zum Senden einer eine Gastadresse enthaltenden Anzeige
bei Empfang einer Suchnachricht vom Benutzer-Registrierungsagenten. Der Benutzer-Registrierungsagent
enthält
ein Modul zur Aufnahme von Benutzeridentitätsinformationen und der Gastadresse
in eine Registrierungsanforderung bei Empfang der Anzeige, wie auch
ein Modul zum Senden dieser Registrierungsanfrage an den Proxy-Registrierungsagenten.
Der Proxy-Registrierungsagent
enthält
weiterhin ein Modul zur Weiterleitung jeder von irgendeinem Benutzer
empfangenen Registrierungsanforderung an den bedienenden Registrierungsserver.
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Der
bedienende Registrierungsserver enthält ein Fremdverzeichnismodul
zur Bestimmung einer Heimat-Registrierungsserveradresse,
ein Modul zum Verkapseln der Registrierungsanforderung und Aufnahme von
Identitätsinformationen
des bedienenden Registrierungsservers und der verkapselten Registrierungsanforderung
in eine Radiuszugangsanforderung, wenn die Adresse des Heimat-Registrierungsservers
bestimmt ist, und ein Modul zum Senden der Radiuszugangsanforderung
an den Heimat-Registrierungsserver. Der Heimat-Registrierungsserver
enthält
ein Heimatverzeichnismodul zum Authentifizieren der Identitätsinformationen
des bedienenden Registrierungsservers, ein Modul zum Bilden einer
IWF-Anforderung (Inter-Working Function – Netzanpassungsfunktion)
aus der Radius zugangsanforderung, wenn die Identitätsinformationen des
bedienenden Registrierungsservers authentifiziert sind, und ein
Modul zum Senden der Netzanpassungsanforderung an die Heimat-Netzanpassungsfunktion.
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Wie
aus der in 2 dargestellten Ausführungsform
eines die vorliegende Erfindung benutzenden Netzes ersichtlich sind
Endsysteme (entfernte Hosts) 232 (beispielsweise ein tragbarer
Personal Computer mit Windows 95) über externe oder interne Modems
an das drahtlose Netz 230 angeschlossen. Diese Modems erlauben
den Endsystemen 232, MAC-Rahmen (Medium Access Control – Medium-Zugangssteuerung) über die
Luftstrecke 234 zu senden und zu empfangen. Bei Verwendung
kann an den PC oder sonstige Endsysteme 232 ein externer
Modem über
eine drahtgebundene oder drahtlose Strecke angeschaltet sein. Externe
Modems sind allgemein fest eingebaut und könnten zusammen mit auf dem
Dach befestigten Richtantennen angebracht sein. Externe Modems können unter
Verwendung eines beliebigen zutreffenden Verbindungsverfahrens einschließlich irgendeiner
der folgenden Arten von Verbindungen mit dem PC des Benutzers verbunden sein:
universeller serieller Bus, paralleler Anschluß, Infrarot, 802.3 oder sogar
eine ISM-Funkverbindung. Interne Modems senden und empfangen MAC-Rahmen über die
Luftverbindungen und sind vorzugsweise PCMCIA-Karten, die unter
Verwendung einer kleinen Rundstrahlantenne in die Rückwand des
Laptops eingesteckt sind.
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Drahtlose
Weitverkehrsversorgung wird durch Basisstationen (Zugangspunkte) 236 bereitgestellt.
Der durch Basisstationen 236 bereitgestellte Versorgungsbereich
ist von Faktoren wie Streckenbilanz und Kapazität abhängig. Basisstationen werden
typischerweise in Zellenstandorten durch PCS-Funkdienstanbieter
(Personal Communication Services – persönliche Kommunikationsdienste)
installiert. Von Basisstationen 236 wird Endsystemverkehr
aus ihrem Versorgungsbereich auf die Mobilvermittlungsstelle (MSC – Mobile
Switching Center) 240 des Systems über das drahtgebundene oder
drahtlose Mikrowellen-Transportnetz 238 gemultiplext.
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An
der Mobilvermittlungsstelle 240 werden von der Paketdaten-IWF 252 (Inter-Working
Function – Netzanpassungsfunktion)
die drahtlosen Protokolle für
dieses Netz abgeschlossen. Der IP-Router 242 verbindet
die MSC 240 mit dem öffentlichen
Internet 244, privaten Intranetzen 246 oder mit
Internet-Diensteanbietern 247. Abrechnungs- und Verzeichnisserver 248 in
der MSC 240 speichern Abrechnungsdaten und Verzeichnisinforationen.
Vom Elementenverwaltungsserver 250 werden die Einrichtungen
verwaltet, die die Basisstationen, die IWF und die Abrechnungs-/Verzeichnisserver 248 einschließen. Der
Abrechnungsserver 248 sammelt Abrechnungsdaten für Benutzer
und sendet die Daten zum Gebührenberechnungssystem
des Diensteanbieters. In einer bevorzugten Ausführungsform sendet die vom Abrechnungsserver 248 unterstützte Schnittstelle die
Abrechnungsinformationen im AMA-Gebührendatensatzformat (American
Management Association) über einen
TCP/IP-Transport
(Transport Control Protocol/Internet protocol) zu einem (in der 2 nicht
dargestellten) Gebührenberechnungssystem.
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In
dem typischen drahtlosen Netz, in dem die vorliegende Erfindung
benutzt wird, weist jede Zelle eine Basisstation und eine Anzahl
von entfernten Hosts (Knoten) mit oder ohne zusätzliche drahtgebundene Hosts auf.
Entfernte Hosts/Knoten können
eine beliebige Vorrichtung umfassen, die der Kommunikation mit der
Basisstation über
eine drahtlose Strecke fähig
ist. Pakete fester Länge
kommen an den entfernten Hosts mit entweder einer konstanten Rate
(CBR-Verkehr – constant
bit rate) oder entsprechend verschiedenen burstartigen zufallsmäßigen Verfahren
an. Die Pakete werden an den entfernten Hosts gepuffert, bis sie
auf der Aufwärtsstrecke
zur Basisstation übertragen
werden, gemäß dem Kanalzugangsverfahren.
Von der Basisstation werden Abwärtspakete
rundgesendet, die für
einen oder mehrere der entfernten Hosts in ihrer Zelle bestimmt
sind. Aufwärts-
und Abwärtskommunikationen
werden auf einem einzigen Frequenzkanal zeitgemultiplext, um dynamische
gemeinsame Benutzung von Aufwärts-
und Abwärtsbandbreiten
zu erlauben. Das erfindungsgemäße Verfahren
kann auch für
FDHD- und FDFD-Systeme (frequency division half-duplex, frequency
division full-duplex – Halbduplex-Frequenzmultiplex
und Vollduplex-Frequenzmultiplex) benutzt werden. Die Basisstation
benutzt eine Variante des selbstgetakteten gerechten Warteschlangenalgorithmus
von Golestani zur Planung der Reihenfolge von Paketübertragung
von sowohl entfernten Hosts (entfernten Warteschlangen) als auch
drahtgebundenen Hosts (örtlichen
Warteschlangen).
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Das
ODMAFQ-Verfahren (On-Demand Multiple Access Fair Queuing – gerechte
Warteschlangenbildung mit Vielfachzugriff nach Bedarf) der Erfindung
ist ein Zeitschlitzsystem, in dem ein Zugangsanforderungskanal und
ein Paketübertragungskanal
auf schlitzweiser Basis gebildet werden. Zeitschlitzdauer wird auf Grundlage
des bestimmten implementierten Systems gewählt. Als Beispiel könnte dies
der Zeit gleich sein, die zur Übertragung
einer ATM-Zellennutzlast zuzüglich
Funk- und MAC-spezifischen
Kopfteilen benötigt
wird. Das Multiplexen von Aufwärts-
und Abwärtsverkehr
basiert auf Zeitduplex (TDD – Time
Division Duplex) für TDD- und FDHD-Systeme.
Entfernte Hosts, die Pakete zu senden haben, übertragen Zugangsanforderungen über den
Anforderungskanal zur Basisstation. Die genaue Art und Weise, auf
die jeder entfernte Host eine solche Anforderung stellt, ist davon
abhängig,
ob der Verkehr des entfernten Hosts burstartig ist oder eine konstante
Bitrate aufweist.
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Übertragungen
auf dem Anforderungskanal finden auf Vielfachzugriffbasis statt.
Bei Empfang einer erfolgreichen Zugangsanforderung werden von der
Basisstation zutreffende Einträge
in einer Anforderungstabelle aktualisiert. Die Anforderungstabelle
enthält
einen Eintrag für
jeden entfernten und drahtgebundenen Host in der Zelle. Jeder Eintrag
enthält
das Identifikationsetikett des entfernten/drahtgebundenen Hosts
und ein zugehöriges
Feld mit dem Dienstetikett, wobei ein Etikettwert von –1 vorzugsweise
dazu benutzt wird, anzuzeigen, daß der bestimmte Host keine
weiteren Pakete zu übertragen
hat. Da drahtgebundene Hosts für
die Basisstation lokal sind, müssen
sie nicht den Anforderungszugangsvorgang ausführen.
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Von
der Basisstation wird der Ablauf der Übertragung ihres Aufwärts- und
Abwärtsverkehrs
geplant und Bandbreite auf Grundlage von Verkehrseigenschaften und
QoS-Erfordernissen wie auch der gegenwärtigen Bandbreitebedürfnisse
aller unterstützten
Hosts dynamisch zugeteilt. Zum Planen der Übertragungsreihenfolge der
Pakete von den Hosts wird ein Dienstetikett benutzt, wobei die gegenwärtigen Warteschlangeninformationen
aller drahtgebundenen Hosts der Basisstation bereits bekannt sind
und die Warteschlangeninformationen der entfernten Hosts über Reservierungsanforderungen
zur Basisstation gesendet werden. Reservierungsanforderungen werden
entweder huckepackartig auf einer bereits geplanten Aufwärtsübertragung übertragen
oder über
den Anforderungszugangskanal im Wettbewerbsbetrieb zur Basisstation
gesendet.
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In 22 wird eine Ausführungsform des ODMAFQ-Verfahrens dargestellt.
Entfernte Hosts 2210 fordern Zugang zur Basisstation 2212 über den
Anforderungszugangskanal 2220 an. Erfolgreiche Anforderungen werden
zum Ablaufplaner 2230 gesendet, der sowohl die entfernten
Hosts 2210 und die drahtgebundenen Hosts 2240 darüber benachrichtigt 2232,
wann sie daran sind, zu übertragen.
Wenn die Zeit kommt, überträgt 2234 ein
bestimmter entfernter Host 2210 ein Paket über den Übertragungskanal 2250.
Wenn der entfernte Host zusätzliche
Pakete zu übertragen
hat, überträgt er auch
huckepackartig 2252 eine Reservierungsanforderung für das nächste Paket
auf dem gegenwärtig übertragenen
Paket 2234 über
den Übertragungskanal 2250 und
vermeidet damit die Notwendigkeit einer Übertragung einer Anforderung 2212 im
Wettbewerbsbetrieb über
den Anforderungszugangskanal 2220 für das nächste Paket.
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Wenn
wie im Flußdiagramm
der 23 dargestellt ein Paket an
einem entfernten Host mit einer leeren Pufferwarteschlange 2310 ankommt,
wenn die Quelle nicht burstartig ist 2314, d. h. einen
relativ kontinuierlichen Fluß von
Paketen oder sonstigen Daten bereitstellt, stellt der entfernte
Host eine Zugangsanforderung und informiert die Basisstation (Zugangspunkt) über seine
Paketankunftsrate und Verbindungsdauer-Zeit 2320. Sobald
eine Bestätigung
(ACK) 2324 und Sendeerlaubnis 2328 von der Basisstation
empfangen werden, sendet der entfernte Host das erste Paket 2330 in
dem durch die Sendeerlaubnis angegebenen Zeitschlitz. Die Basisstation
wird weiterhin Sendeerlaubnisse 2328 für den entfernten Host bereitstellen,
bis die Verbindungsdauer-Zeit vorbei ist 2332. Für die gesamte
Dauer der Verbindung ist nur eine Zugangsanforderung erforderlich.
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Wenn
im Gegensatz ein Paket an einem entfernten Host mit einer leeren
Pufferwarteschlange 2310 von einer burstartigen Quelle 2314 ankommt,
d. h. einer Quelle mit einer hochdiskontinuierlichen Flußrate von Paketen
oder sonstigen Daten, stellt der entfernte Host eine Zugangsanforderung
im Wettbewerbsbetrieb 2350 über den Aufwärts-RA-Kanal
(Request-Access – Zugangsanforderung),
der aus mehreren Reservierungs-Minischlitzen
besteht. Die Zugangsanforderung von einem entfernten Host enthält die Identität des entfernten
Hosts, die bei Verbindungsaufbau oder Verbindungsweiterschaltung
zugewiesen worden ist. Wenn die Basisstation erfolgreich eine Sendeanforderung
von einem entfernten Host empfängt,
aktualisiert sie den entsprechenden Eintrag in der Anforderungstabelle,
um anzuzeigen, daß der
entfernte Host mit dieser Identität Pakete zu übertragen
hat und sendet dann eine Bestätigung über den
Abwärtskanal
rund. Der entfernte Host wartet auf den Empfang der ACK 2354 und
einer Sendeerlaubnis 2358. Zur Zeit der Paketübertragung
wird vom entfernten Host bestimmt, ob zusätzliche Pakete in seiner Warteschlange 2362 verbleiben.
Wenn es keine gibt, wird das Paket normal gesendet 2366.
Wenn jedoch zusätzliche
Pakete die Übertragung
erwarten 2362 wird vom entfernten Host huckepackartig eine
Bandbreitenreservierungsanforderung für das nächste Paket auf dem gegenwärtigen Paket übertragen,
wenn es gesendet wird 2370. Diese Huckepackübertragung
dient als wettbewerbsfreie Reservierungsanforderung und so wird
ein entfernter Host nur von an einem entfernten Host mit einem leeren
Puffer ankommenden Paketen zum Senden einer Zugangsanforderung angestoßen.
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In
Verbindung mit 3–9D sind
hier erläuternde
Beispiele der Rahmenformate für
ein MAC-Verfahren (Medium Access Control) für ein Internet-Zugangssystem
gemäß den Grundsätzen der
vorliegenden Erfindung einschließlich von Erweiterungen für FDHD-Modus
(Frequency Division Half-Duplex – Halbduplex-Frequenzmultiplex)
und FDFD-Modus (Frequency Division Full-Duplex – Vollduplex-Frequenzmultiplex) beschrieben.
Das in Verbindung mit 23 beschriebene ODMAFQ-Verfahren
(On-Demand Multiple Access Fair Queuing – Gerechte Warteschlangenbildung
mit Vielfachzugriff nach Bedarf) kann daher zur Bereitstellung von
Netzsteuerung sowohl im Frequenzmultiplex-Halbduplex- als auch Vollduplexmodus
benutzt werden. Es versteht sich, daß die dargestellten Rahmenformate
nur Beispiele sind und daß andere
dem gewöhnlichen Fachmann
in der Technik der Erfindung bekannte und zur drahtlosen Übertragung
geeignete Rahmenformate von der Erfinderin in Betracht gezogen werden.
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In
beiden Modi, FDHD sowie FDFD überträgt der Zugangspunkt
(AP – Access
Point) zu den entfernten Hosts mit einer Abwärtsfrequenz f1, während die
entfernten Knoten zum AP mit einer Aufwärtsfrequenz f2 übertragen. 3 und 4 zeigen
die Abwärts-
bzw. Aufwärtsrahmenstruktur
für den
FDHD-Fall. Man beachte, daß die
Länge von
Abwärts-
und Aufwärtsübertragungszeiten
nicht die gleiche sein muß.
Wenn beispielsweise Verkehrscharakterisierung anzeigt, daß ein Verhältnis von
4:1 der Abwärts-
zur Aufwärtsübertragungszeit
(wobei die Abwärtsübertragung
länger
als die Aufwärtsübertragung
ist) optimal ist, dann wird optimale Leistung allgemein bei der
Zuteilung einer Abwärtsrahmengröße von 4x
ms und einer Aufwärtsrahmengröße von x
ms gesehen werden.
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Wie
aus 3 ersichtlich kann der Abwärtsrahmen für das FDHD-Verfahren der Erfindung
einen Kopfteil der physikalischen Schicht enthalten, wie beispielsweise
irgendeine Kombination von Schutz- und/oder Präambelbit 310 (die
als Synchronisierbit benutzt werden können), einen MAC-Kopfteil 312 (Medium
Access Control), verschiedene Steuernachrichten wie beispielsweise
gewisse Arten von Bakennachrichten 314, Sendeerlaubnisse 320,
Minischlitzinformationen für
den nächsten
Aufwärtsrahmen 350 und
Sendezeitpläne 322, Bestätigungen
(ACK) für
die Reservierung von Minischlitzen im vorhergehenden Aufwärtsrahmen 330,
Bestätigungen
für die
im vorhergehenden Aufwärtsrahmen 340 gesendeten
Daten, Rundsende-/Multicast-Datennachrichten 360,
Unicast-Datennachrichten 380 und eine Rahmenprüffolge (FCS – Frame
Check Sequence) 355 für
jede vorhergehende Datennachricht. Nicht alle Felder und Nachrichten
werden notwendigerweise in jedem Abwärtsrahmen angetroffen. Beispielsweise
kann ein Abwärtsrahmen
aus nur den Sendeerlaubnissen, Bestätigungen für Reservierungsminischlitze
und Unicast-Nachrichten bestehen.
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Einige
Steuernachrichten sind vorzugsweise Teil der Rundsendenachricht 360,
die solche Sachen wie Belastungsmetrik, Informationen über Reservierungsminischlitze,
Ablaufsteuerungsinformationen, Bestätigungen und Leistungsverwaltungsparameter
enthalten kann. Die Belastungsmetrikinformationen können so
einfach wie die Anzahl von beim AP registrierten entfernten Knoten
sein oder können
höher ausgeklügelt sein, wie
beispielsweise die äquivalente
Anzahl aktiver entfernter Knoten. Die Belastungsmetrik kann zur
Zulassungsregelung und Lastverteilung unter AP benutzt werden. Die
Minischlitzeinformationen beschreiben die Anzahl von im nächsten Aufwärtsrahmen
gegenwärtigen
Reservierungsminischlitzen, sofern vorhanden, und ihre Stellen.
Die Ablaufsteuerungsinformationen enthalten das Verbindungs-Cookie
(Identität)
und eine Xein/Xaus-Anzeige.
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Die
Bestätigung 340 für Aufwärts-Unicast-Verkehr
kann so einfach wie Bestätigungsbit
sein, die Teil der Rundsendenachricht sind, oder kann höher ausgeklügelt sein,
wie beispielsweise getrennte Unicast-Nachrichten, die die Verbindungsidentität und die
Folgenummer der zu bestätigenden
Nachricht angeben. Im ersteren Fall werden, wenn die Aufwärtsübertragung
eine Rahmenstruktur mit N festen Grundschlitzen benutzt, höchstens
N Bestätigungsbit
benötigt.
Im letzteren Fall muß jede
Nachricht eine getrennte Rahmenprüffolge (FCS – Frame
Check Sequence) aufweisen. Man beachte, daß aufgrund des "Problems des verborgenen
Terminals" alle übertragenen
Rahmen bestätigt
werden müssen.
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Die
Datenschlitze 380 enthalten. Übertragungen von mehreren entfernten
Knoten. Die Übertragung von
jedem entfernten Knoten enthält
Schutzbit, Präambelbit,
Rahmensteuerungsbit, Bestätigungen
und/oder Datennachrichten. Eines der Rahmensteuerungsbit ist ein "Mehr"-Bit, das dazu benutzt wird, anzuzeigen,
daß der
entfernte Knoten mehr Daten zu übertragen
hat. Als Alternative kann die Anzahl übriger Byte oder Anzahl von
Paketen mit fester Größe, die
noch zu übertragen
sind, besonders angegeben werden, anstatt nur durch Verwendung eines "Mehr"-Bits.
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Wie
aus 4 ersichtlich wird der FDHD-Aufwärtsrahmen
im allgemeinen aus einer Wettbewerbsperiode 410 und einer
wettbewerbsfreien Periode 415 bestehen. Die Wettbewerbsperiode 410 enthält einen
oder mehrere Wettbewerbsschlitze, von denen jeder entweder ein Wettbewerbs-Datenschlitz 420 oder
ein Wettbewerbs-Reservierungsschlitz 422 sein
kann. Die wettbewerbsfreie Periode 415 besteht aus Bestätigungen 440 für vorhergehende
Abwärtsdatenschlitze
und mehreren Datenschlitzen 480 und 486. Wenn
gewünscht
können diese
Wettbewerbsschlitze 420 und 422 gleichförmig über den
gesamten Rahmen ausgebreitet sein, anstatt zusammengehäuft zu sein.
Jeder Wettbewerbs-Reservierungsschlitz 422 kann
weiterhin in k, Reservierungsminischlitze genannte Teilschlitze 430 unterteilt
sein. Jeder Minischlitz 430 ist lang genug, um die Identität eines
entfernten Knotens zu enthalten, allgemein rund 30 Byte. Wettbewerbsschlitze 420 können als
Datenschlitze zur Übertragung
kleiner Datenpakete benutzt werden. Die wettbewerbsfreie Periode 415 kann
reine ACK-Rahmen 440, reine Datenrahmen 480 und/oder Kombinationsrahmen 486 mit
sowohl Daten-488 als auch ACK-490 Teilen.
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Die
Anzahl von Minischlitzen 430 läßt sich dynamisch verändern. Wenn
es beispielweise k Minischlitze in einem Wettbewerbs-Reservierungsschlitz 422 und
N gesamte Wettbewerbsschlitze gibt, von denen N1 Reservierungsschlitze 422 mit
insgesamt N1·k
Minischlitzen sind, dann sind die übrigen (N – N1) Schlitze gegenwärtig Wettbewerbs-Datenschlitze.
Wenn es eine minimale und maximale Anzahl für das System gewünschte Reservierungs-Minischlitze
gibt, läßt sich
die Anzahl verfügbarer
Reservierungs-Minischlitze dynamisch auf Grundlage des Prozentsatzes
leerer Minischlitze und der gesamten Aufwärts-Warteschlangenlänge verändern. In
Verbindung mit 12A-12D werden
später
mehrere Verfahren zur dynamischen Veränderung der Anzahl von Minischlitzen
beschrieben.
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Zur
Zuweisung unterschiedlicher Prioritäten zu den entfernten Knoten,
die Zugang zum System zu erlangen versuchen, können die M1 =
N1·k
Minischlitze (wobei N1 die Anzahl von Wettbewerbs-Reservierungsschlitzen
ist) in verschiedene Gruppen eingeteilt werden. Beispielsweise kann
einer Gruppe entfernter Knoten mit MAC-Adressen in einem gewissen
Bereich nur ein zufallsmäßiger Zugang
bis zu M2 Minischlitzen erlaubt werden (wobei
M2 < M1),
während
einer Gruppe höherer
Priorität
von entfernten Knoten mit MAC-Adressen in einem anderen Bereich
der zufallsmäßige Zugang
zu bis zu M1 Minischlitzen erlaubt sein
kann. Als Alternative können
Prioritätsklassen
Knoten auf Grundlage von Verbindungsidentität anstatt von MAC-Adresse zugewiesen
werden. Ein Prioritätszuweisungsmerkmal
könnte
besonders nützlich
beispielsweise für
Notruforganisationen wie beispielweise Krankenhaus- oder Polizeipersonal
nützlich
sein und könnte
durch Bereitstellung von drahtlosen Modems erreicht werden, die
eine höhere
Zugangspriorität
als regelmäßige drahtlose
Modems aufweisen. Dieses Merkmal könnte auch als Dienstklasse
an Kunden verkauft werden, die mehr für eine höhere Zugangspriorität zu zahlen
gewillt sind.
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Nach
der Darstellung in 5 sind Aufwärtsrahmen 502 und 512 im
FDFD-Modus (Frequency Division Full-Duplex – Vollduplex-Frequenzmultiplex)
mit den Abwärtsrahmen 562 und 572 synchronisiert.
Wie aus 5 ersichtlich sind Aufwärtsrahmen 502 als
vom drahtlosen Modem aus gesehen gezeigt, Aufwärtsrahmen 512 sind
als vom AP aus gesehen gezeigt, Abwärtsrahmen 562 sind
als vom AP aus gesehen gezeigt und Abwärtsrahmen 572 sind
als vom drahtlosen Modem aus gesehen gezeigt. In der 5 hat
der AP vorher Abwärtsrahmen
n zum drahtlosen Modem gesendet, das ihn nach einer Ausbreitungslaufzeit
Tp empfangen hat. Als Reaktion sendet das
drahtlose Modem nach Endsystemverarbeitungszeit Tcpe den
Aufwärtsrahmen
n 504, der vom AP mit Ausbreitungslaufzeit Tp 520 später empfangen
wird 514. In der Zwischenzeit hat der AP bereits mit der Übertragung
des Abwärtsrahmens
n + 1 begonnen 564.
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Damit
genug Zeit zur Verfügung
steht, daß die
Modems an den jeweiligen entfernten Knoten aufgrund von Informationen
in den Sendeerlaubnissen handeln können (beispielsweise nach Empfang
des Abwärtsrahmens
n im unmittelbar folgenden Aufwärtsrahmen)
wird ein Versatz von Ou Aufwärtsübertragungszeit
angegeben, wobei angenommen wird, daß die Endsystemverarbeitungszeit
Type 550 in einem drahtlosen Modem geringer als Ou ist. Aufwärtsrahmen n + 1 506 vom
drahtlosen Knoten beginnt daher bei einer Übertragungszeit Ou nach
Empfang am Knoten des letzten Bits des (n + 1) ten Abwärtsrahmens 574 vom
AP. Der Versatz Ou und die Rahmendauer fd
sollten so gewählt
werden, daß die
Modems die Rückmeldung
der Wettbewerbsschlitze, wie beispielsweise die vom vorhergehenden
Abwärtsrahmen
empfangenen Sendeerlaubnisse, vor Beginn des nächsten Aufwärtsrahmens empfangen und verarbeiten.
Die Rahmengröße fd ist derartig,
daß fd ≥ 2 Tp + TAP + Tcpe + TR, wobei Tp 520 die Ausbreitungslaufzeit ist,
TAP 540 die AP-Verarbeitungszeit ist, Type 550 die
Endsystemverarbeitungszeit ist, TR 530 die
Sendeerlaubnisübertragungszeit
ist und Ou ≥ Tcpe ist.
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In
der 5 überträgt der AP
daher bereits Abwärtsrahmen
n + 1 564, wenn das drahtlose Modem Übertragung des Aufwärtsrahmens
n 504 beginnt. Das drahtlose Modem empfängt 514 bereits Abwärtsrahmen
n + 1 zu der Zeit, wenn es beginnt den Aufwärtsrahmen n zu senden 504.
Der AP empfängt 544 den
Aufwärtsrahmen
n zu einer Zeit TR 530 + TAP 540, bevor er Übertragung
des Abwärtsrahmens
n + 2 beginnt 566, der mit Ausbreitungslaufzeit Tp 520 später durch das drahtlose Modem
empfangen wird 576. Das drahtlose Modem überträgt Aufwärtsrahmen
n + 1 506 zur Endsystemverarbeitungszeit Type 550 später und
er wird am AP nach Ausbreitungslaufzeit Tp 520 empfangen 516. Ähnliche
Synchronisierung tritt für
die Übertragung 508 und
den Empfang 518 des Aufwärtsrahmens n + 2 und die Übertragung 568 und
den Empfang 578 des Abwärtsrahmens
n + 3 ein.
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Die
Grundstruktur des Abwärts-MAC-Rahmens
ist ein Rahmen, der aus mehreren Teilrahmen zusammengesetzt ist.
Auch kann ein aus einer Ganzzahl von Rahmen bestehender Superrahmen
definiert werden. Die Dauer eines Rahmens ist von der eigentlichen
physikalischen Übertragungsrate
abhängig,
beispielsweise kann sie auf 2 ms festgelegt sein, und die Anzahl
von in einem Rahmen enthaltenen Teilrahmen kann verändert werden.
Wenn es keine strikten Laufzeiterfordernisse gibt, dann können die
Teilrahmen veränderlicher
Längen sein.
Ansonsten ist es besser, jeden Rahmen in ein synchrones Übertragungsgebiet
(STR – Synchronous Transfer
Region) und ein asynchrones Übertragungsgebiet
(ATR – Asynchronous
Transfer Region) einzuteilen, um die strikten Laufzeiterfordernisse
gewisser Quellen zu erfüllen,
so daß diese
Quellen mit solchen Laufzeiterfordernissen während jedes Rahmens eine feste
Bandbreite empfangen können.
Jedes der Gebiet kann weiterhin in Grundschlitze unterteilt werden.
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6A ist eine Darstellung einer Ausführungsform
des Rahmenformats eines allgemeinen Abwärts-Rundsende-Unterrahmens der
MAC-Schicht gemäß der vorliegenden
Erfindung. Dieser beispielhafte MAC-Rahmen besitzt einen 17-Byte-MAC-Kopfteil 620,
einen Rahmenkörper 622,
und eine 2- oder 4-Byte-Rahmenprüffolge
(FCS – Frame
Check Sequence) 624, sowie auch den Kopfteil der physikalischen Schicht 601 (Schutz-
und Präambelbit).
Der MAC-Kopfteil 620 enthält typischerweise zumindest
Rahmenkontrollbit, Ursprungs- und Ziel-MAC-Adressen und Rahmendauer.
Die Ausführungsform
des MAC-Kopfteils der 6A enthält ein Ein-Byte-Rahmenkontroll-(FC – Frame
Control) Feld 602, ein 2-Byte-Rahmendauer-Feld 630,
eine 6-Byte-Ursprungs-MAC-Adresse 632, eine 6-Byte-Ziel-MAC-Adresse 634 und
ein 2-Byte-Ablaufsteuerungsfeld 636, das weiterhin in eine
12-Bit-Folgenummer und eine 4-Bit-Fragmentnummer unterteilt ist. Es
ist eindeutig, daß ein
beliebiges anderes MAC-Format geeignet sein würde, je nach der Art von erforderten Weiterschaltungen.
Das Rahmenformat wird vorzugsweise auf eine Weise implementiert,
die das System am wirkungsvollsten macht.
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Das
Ein-Byte-Rahmenkontrollfeld 602 der Ausführungsform
der 6A enthält eine 2-Bit-Protokollversionskennung 604,
eine Ein-Bit-Anzeige "Mehrfragment" 606, eine
Ein-Bit-Anzeige "Wiederholung" 608, ein Ein-Bit-Xein-/Xaus-Signal 616,
eine Ein-Bit-Markierung Verschlüsselung
ein/aus (WEP) 614, eine Ein-Bit-Anzeige "mehr Daten" 612, und
eine Ein-Bit-Markierung für
Strommanagement ein/aus 610. Wenn diese Felder alle nicht
benötigt
werden, können
alle übrigen
Bit zur zukünftigen
Verwendung reserviert werden. Natürlich sind weitere Implementierungen
durchführbar
und werden von der Erfinderin in Betracht gezogen.
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In 6B wird ein Rundsende- oder Multicast-Abwärtsrahmenformat
gemäß der vorliegenden
Erfindung dargestellt. In der bestimmten Ausführungsform der 6B enthält
der Rahmenkörper 622 eine
Bakennachricht 640, Bestätigungen für vorhergehende Aufwärts-Reservierungsminischlitze 626,
Sendeerlaubnisse 650, Übertragungsablaufpläne 660,
eine Rundsende-/Multicast-Nachricht 670 und
Bestätigungen
für vorhergehende
Aufwärtsdaten 628.
Dem Rahmenkörper 622 folgt
eine Rahmenprüffolge 624 und
geht ein MAC-Kopfteil 620 mit einem Ein-Byte-Rahmenkontroll-Feld
(FC – Frame
Control) 602, einem 2-Byte-Rahmendauer-Feld 630,
einer 6-Byte-Ursprungs-MAC-Adresse 632,
einer 6-Byte-Ziel-MAC-Adresse 634 und
einem 2-Byte-Ablaufsteuerungsfeld 636 voran.
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6C zeigt das Format der Bakennachricht 640 der 6B (314, 3). Der
Bakennachrichtenkörper 641 enthält allgemein
ein Nachrichtenlängenfeld,
die (als ESS-ID und BSS-ID im IEEE-Standard 802.11 (Institute of
Electrical and Electronics Engineers) bezeichnete) AP-Identität, den Sendeleistungspegel,
Bakenintervall, einen Zeitstempel, Belastungsmetrik, eine wahlfreie
FCS und Fähigkeitsinformationen.
Bakennachrichtenfähigkeitsinformationen
können
solche Informationen wie die FDFD/FDHD-Option, die maximale Anzahl
zugelassener Benutzer, die maximale Nutzlastgröße, Sicherheitsoption (beispielsweise
ob Verschlüsselung
benutzt wird oder welche Verschlüsselungsformate
unterstützt
werden), maximale Anzahl von Wiederholungen, Verhältnis von
Abwärts-/Aufwärts-Übertragungszeit,
Aufwärtsrahmengröße, Größe des Minischlitzes, Dienstgüte-(QoS)
Merkmale usw. enthalten. Belastungsmetrikinformationen, sofern vorhanden,
enthalten allgemein die Anzahl zugehöriger entfernter Knoten. Dem
Bakennachrichtenkörper 641 gehen
Typenfelder 642"Kontrolle" und Untertypenfelder 644"Baken" voran.
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6D zeigt das Sendeerlaubnisformat 650 (320, 3)
der Ausführungsform
der 6B. Dem Sendeerlaubniskörper 651 gehen
Typenfelder 652"Kontrolle" und Untertypenfelder 654"Sendeerlaubnis" voran. In dieser
Ausführungsform
enthält
der Sendeerlaubniskörper 651 eine
Nachrichtenlängenanzeige 655 zuzüglich einer
Anzahl von Sendeerlaubnissen 656. Jede 3-Byte-Sendeerlaubnis 656 enthält die Identität des entfernten Knotens
oder Anschlusses 657, die Startzeit oder den Schlitz 658 und
die Dauer, für
die der entfernte Knoten bzw. Anschluß übertragen darf 659 (Endschlitz).
In dem gezeigten Beispiel beträgt
die Nachrichtenlänge 655 6
Byte, was bedeutet, daß zwei
Sendeerlaubnisse 656 folgen. Die erste Sendeerlaubnis 656 ist
für den
entfernten Knoten 657 Nr. 3, der Übertragung am Beginnschlitz 658 Nr.
1 beginnen darf und bis zum Endschlitz 659 Nr. 2 übertragen
darf. Die zweite Sendeerlaubnis 656 ist für den entfernten
Knoten 657 Nr. 5, der Übertragung
am Beginnschlitz 658 Nr. 3 beginnen darf und bis zum Endschlitz 659 Nr.
5 übertragen
darf. Es können unterschiedliche
Etikette "Typ" und "Untertyp" für die Sendeerlaubnisse
dieser drahtlosen Modems benutzt werden, zu denen der AP sowohl
Abwärts-Unicast-Daten
als auch Sendeerlaubnisse sendet. Unterrahmen, die Sendeerlaubnisse
und Ablaufpläne
kombinieren, werden vorzugsweise nach den reinen Sendeerlaubnissen
und vor irgendwelchen reinen Übertragungsablaufplänen gesendet.
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6E zeigt das Übertragungsablaufplanformat
der Ausführungsform
der 6B. Die wahlfreien Übertragungsablaufpläne 661 (322, 3)
erlauben entfernten Knoten oder Anschlüssen, die dem AP zugeordnet
sind, abzuschalten, wenn nach dem Ablaufplan keine weiteren Daten
zu ihnen zu senden sind. Dem Übertragungsablaufplan-Körper 661 gehen
Felder des Typs 662"Kontrolle" und Untertyp 664 "Übertragungsablaufplan" voran. Die Übertragungsablaufpläne 661 können eine
von zwei Formen annehmen. Die erste Form ist einfach, z. B. eine
Bitmap mit einer "1" zum Anzeigen der
Gegenwart von Unicast-Daten für
diesen entfernten Knoten oder Anschluß, so daß beispielsweise "011000000010" anzeigen würde, daß der Rahmen
Unicast-Daten für den zweiten,
dritten und elften von zwölf
entfernten Knoten enthält.
Die zweite mögliche
Form ist komplizierter und enthält
beispielsweise die ID eines entfernten Knotens oder Anschlusses,
die Startzeit und die Dauer, für
die der Knoten übertragen
darf (die gleiche wie die in einer Sendeerlaubnis enthaltenen Daten).
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6F zeigt das Rundsende- oder Multicast-Nutzlastformat 670 (360, 3)
der Ausführungsform der 6B. Der Nutzlastkörper 671 kann eine
Vielzahl von Datennachrichten oder Steuerungsinformationen enthalten
und ihm ist ein Typenfeld 672 und ein Untertypenfeld 674 vorangestellt.
Diese Felder werden entsprechend dem Inhalt des Nutzlastkörpers 671 veränderlich
sein, beispielsweise ist, wenn der Nutzlastkörper 671 die Anzahl
von Wettbewerbs-Minischlitzen
und ihre Stellen enthält,
der Typ 672 "Kontrolle" und der Untertyp 674 ist "Wettbewerbs-Minischlitzinformation", während, wenn
der Nutzlastkörper 671 eine
Rundsendenachricht von einer drahtlosen Hubstation enthält, der
Typ 672 "Daten" und Untertyp 674 ebenfalls "Daten" sein wird.
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7A zeigt eine beispielhafte Ausführungsform
eines Rahmenformats eines Abwärts-Unicast-Unterrahmens 700 gemäß der vorliegenden
Erfindung. Beispiele von Unicast-Unterrahmen sind Steuerungsnachrichten
wie beispielsweise Zuordnungsantwortrahmen und Ablaufsteuerungsanforderungsrahmen
und Datennachrichten mit Bestätigungen
und/oder Informationen "mehr
Daten". Die Informationen "mehr Daten" können so
einfach wie ein Bit in dem Rahmenkontroll-Unterfeld 702 des
MAC-Kopfteils sein
oder können
insbesondere als die Anzahl verbleibender zu übertragender Byte ausgedrückt sein.
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Der
in 7A gezeigte beispielhafte Abwärts-Unicast-Unterrahmen 700 besitzt einen
MAC-Kopfteil 701 mit einem Ein-Byte-Rahmenkontroll-Unterfeld 702,
einem 2-Byte-Rahmendauer-Feld 704,
einer 6-Byte-Ursprungs-MAC-Adresse 706,
einer 6-Byte-Ziel-MAC-Adresse 708 und einem 2-Byte-Ablaufsteuerungsfeld 710.
Der Rest des Abwärts-Unicast-Unterrahmens 700 besteht
aus dem Unicast-Datenkörper 720 und
einer Rahmenprüffolge
(FCS – Frame
Check Sequenz) 712.
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7B zeigt eine beispielhafte Ausführungsform
eines Ablaufsteuerungsrahmenformats für einen Abwärts-Unicast-Datenunterrahmen gemäß der vorliegenden
Erfindung. In der bestimmten Ausführungsform der 7B weist der Unicast-Datenkörper 720 ein Typenfeld 722 "Kontrolle" und Untertypenfeld 724 "Ablaufsteuerung" gefolgt von einem
Verbindungsidentität-Feld
(CC – Connection
Identity) 726 auf. Es folgt das Datenfeld 730,
das ein Xein/Xaus-Bit enthält.
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7C zeigt eine beispielhafte Ausführungsform
eines Datenrahmenformats für
einen Abwärts-Unicast-Datenunterrahmen
gemäß der vorliegenden
Erfindung. In der Ausführungsform
der 7C enthält der Unicast-Datenkörper 720 ein
oder mehrere der folgenden Felder: Daten 744, ACK 746 und "mehr Daten" 748. Sofern
vorhanden kann das Feld mehr Daten 748 so einfach wie eine
Ein-Bit-Markierung sein oder kann die verbleibende Anzahl von Byte
wiedergeben. Das ACK-Feld 746, sofern vorhanden, kann die
Form einer Folgenummer oder einer Bitmap annehmen. Der Datenkörper 720 beginnt
mit einem Typenfeld 740 "Daten" und einem Untertypenfeld 742,
das die Werte "Daten", "Daten + ACK", "Daten + ACK + mehr", oder "ACK" aufweisen kann,
je nach der Zusammensetzung der nachfolgenden Felder.
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Wenn
nur eine Verbindung pro drahtloses Modem besteht, dann können Unicast-Unterrahmen
so verkettet werden, daß sie
ohne die Kosten von Ursprungs-MAC-Adressfeld- Kopfteil wie in 7D gezeigt
an das Ende eines Rundsende-Unterrahmens angehängt sind. Der Rahmen der 7D besteht aus einem mit einem Rundsende-Unterrahmen 750 verketteten
Unicast-Unterrahmen 700. Der Rundsende-Unterrahmen 750 besteht
aus einer 6-Byte-Ursprungs-MAC-Adresse 752,
einer 6-Byte-Ziel-MAC-Adresse 754,
einem Ein-Byte-Rahmenkontroll-Unterfeld 756, einem 2-Byte-Rahmendauer-Feld 758,
einem 2-Byte-Ablaufsteuerungsfeld 760,
einem Rundsende-Datenfeld 762 und einer Rahmenprüffolge (FCS – Frame
Check Sequence) 764. Der Unicast-Unterrahmen 700 besteht
aus einer 6-Byte-Ziel-MAC-Adresse 708,
einem Ein-Byte-Rahmenkontroll-Unterfeld 702,
einem 2-Byte-Rahmendauer-Feld 704,
einem 2-Byte-Ablaufsteuerungsfeld 710, dem Typenfeld 722,
dem Untertypfeld 724, der Verbindungsidentität 726,
dem Datenfeld 730 und einer Rahmenprüffolge (FCS) 712.
Das Rahmenkontrollfeld 702 im Unicast-Unterrahmen 700 ist
wahlfrei und wird allgemein eingeschlossen, wenn erwartet werden
kann, daß die
Bit im Rahmenkontrollfeld häufig
wechseln. Wenn erwartet werden kann, daß das Rahmenkontrollfeld des
Unicast-Unterrahmens relativ statisch ist, wird es häufig weggelassen,
außer
zu den bestimmten Gelegenheiten, wenn es erforderlich ist.
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Für Synchronisationszwecke
kann der AP den Ablauf der Abwärts-Rundsende-
und Unicast-Unterrahmen so planen, daß die gesamte Übertragungszeit
von Rundsende- und Unicast-Unterrahmen in eine Rahmenstruktur von
x ms fällt,
wobei x allgemein 2 ms beträgt.
Für Aufwärtsübertragung
ist die Aufwärtskommunikation
vom drahtlosen Modem jedoch im Burstmodus und unterliegt Konflikt
in jedem Fall, wo mehr als ein Modem in einem gegebenen Zeitfenster überträgt. Ein
solcher Konflikt kann nur am AP erkannt werden. Jeder Übertragungsburst
bedeutet auch notwendigerweise ein gewisses Overhead der physikalischen
Schicht.
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Um
diese Faktoren zu berücksichtigen,
ist wie in 8A gezeigt eine Rahmenstruktur
für Aufwärtsübertragung
definiert worden, die eine bessere Synchronisation ermöglicht und
dabei die Fähigkeit
bereitstellt, strikte Laufzeiterfordernisse für synchronen Verkehr zu erfüllen. Jeder
Aufwärtsrahmen
ist von Dauer x ms, wobei ein 2-ms-Rahmen in dem dargestellten Beispiel
benutzt wird. Jeder Rahmen von x ms ist in einen MAC-Kopfteil 808,
ein synchrones Übertragungsgebiet
(STR – Synchronous
Transfer Region) 810 und ein asynchrones Übertragungsgebiet
(ATR – Asynchronous
Transfer Region) 812 unterteilt. Das synchrone Übertragungsgebiet 810 enthält Datenschlitze
zum Führen
von synchronem CBR-artigen
Verkehr mit konstanter Bitrate. Jeder synchrone Datenschlitz im
STR 810 der beispielhaften Ausführungsform der 8A ist 27 Byte lang mit einem 16-Byte-Nutzlastfeld.
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Nach
der Darstellung in 8B ist das asynchrone Übertragungsgebiet 812 in
N Grundschlitze eingeteilt, wobei jeder Grundschlitz einem Datenschlitz
zur Übertragung
eines Pakets mit fester Größe, beispielsweise
einer ATM-Zelle (Asynchronous Transfer Mode) gleichwertig ist. Jeder
Grundschlitz kann ein Wettbewerbs-Reservierungsschlitz 820 sein,
in welchem Fall er weiter in k Minischlitze 822 unterteilt
ist. Beispielsweise könnte
ein Wettbewerbs-Reservierungsschlitz 820 aus 63 Byte bestehen,
wobei jeder Minischlitz 822 15 Byte beträgt. Grundschlitze
können
auch Wettbewerbs-Datenschlitze 824 oder reservierte Datenschlitze 826 sein.
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Jeder
Aufwärtsrahmen
im vorliegenden Beispiel besitzt mindestens C Wettbewerbsschlitze,
die für
reinen Wettbewerb zur Verfügung
stehen. Aus diesen C Wettbewerbsschlitzen sind N1 in
Reservierungsminischlitze für
Bandbreitenreservierungen umgewandelt. Der Rest der C – N1 Wettbewerbsschlitze sind Datenwettbewerbsschlitze 824,
die zur Übertragung
von kurzen burstartigen Nachrichten benutzt werden, die keine Reservierung
benötigen.
C und N1 können veränderlich sein. Vom AP können unbenutzte
Wettbewerbs-Datenschlitze 824 in
zusätzliche
Reservierungsminischlitze 822 umgewandelt werden. Wie schon
besprochen kann die Anzahl von Reservierungsminischlitzen 822 festliegen
oder dynamisch veränderlich
sein. Auch können
die Reservierungsminischlitze in einem Teil des Rahmens angehäuft oder
im ganzen Rahmen verteilt sein. Vom AP wird die Anzahl von verfügbaren Wettbewerbsschlitzen,
die Anzahl von Reservierungsminischlitzen und ihre Stellungen im
nächsten
Aufwärtsrahmen
in seinem vorangehenden Abwärtsrahmen
rundgesendet.
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Die
reservierten Datenschlitze 826 in der 8B sind entweder für feste Protokolldateneinheiten (PDU)
wie beispielsweise ATM-PDU oder für PDU veränderlicher Länge bestimmt.
Der Übertragungsburst
für einen
ATM-PDU enthält
eine 53-Byte-ATM-Zelle, einen MAC-Kopfteil und den Kopfteil der
physikalischen Schicht. Für
die Übertragung
jeder ATM-PDU ist ein reservierter Datenschlitz 826 zugeteilt.
Der Übertragungsburst
für PDU
veränderlicher
Länge (VL – Variable
Length) enthält
eine Nutzlast veränderlicher
Länge zuzüglich des
gleichen Oberheads, wie es für
eine ATM-PDU erforderlich ist. Für
PDU veränderlicher
Länge ist
es wünschenswert,
Segmentierung zu minimieren, so werden von jedem AP soviele zusammenhängende reservierte
Datenschlitze 826 für
VL PDU zugeteilt wie möglich.
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Da
Wettbewerb verschwenderisch ist, wird es idealerweise ein Feld im
reservierten Übertragungsburst zur
Anforderung zusätzlicher
reservierter Datenschlitze ohne Durchlaufen von Wettbewerb geben.
Wenn eine Ablaufplanungsdisziplin benutzt wird, die Warteschlangenlängeninformationen
verwendet (z. B. eine Disziplin selbstgetakteter gerechter Warteschlangenbildung),
wird die nächste
Paketgröße oder
Anzahl verbleibender Pakete fester Größe angegeben, um Bandbreite
für zukünftige Datenübertragungen
von dieser Quelle zu reservieren. Wenn eine Warteschlangendisziplin
nach Abfragegerechtigkeit oder mit zyklischer Abarbeitung benutzt
wird, dann kann das "Mehr-"Bit im Rahmenkontrollfeld
des MAC-Kopfteils für
denselben Zweck benutzt werden.
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In
einem Aufwärtsrahmen
befindet sich gegebenenfalls Übertragung
mit konstanter Bitrate in einer festen STR-Schlitzposition (Synchronous Transfer
Region – Synchrones Übertragungsgebiet),
die zur Verbindungsaufbauzeit bestimmt wird. Für neue asynchrone Übertragungen
wird vom drahtlosen Knotenmodem einer der verfügbaren Wettbewerbsminischlitze 822 zufallsmäßig ausgewählt und
Bandbreite für
in einem nachfolgenden Rahmen zu sendende ATM/VL-Bursts angefordert.
Eine "neue" asynchrone Übertragung
ist als Ankunft neuer Pakete an einer Verbindung mit einer leeren
Warteschlange definiert. Vom AP werden dann Kollisionen identifiziert
und die drahtlosen Modems über
den Kollisions-/Erfolgszustand ihrer Reservierungsanforderungen über die
Reservierungsminischlitz-Bestätigungsfelder
im nächsten
Abwärtsrahmen
benachrichtigt. In 8C ist ein typischer Aufwärtsrahmen
mit Reservierungsminischlitzen 822, ACK 832 für im vorhergehenden
Abwärtsrahmen
empfangene Daten und Aufwärts-Feldern
für reservierte
Daten 826 dargestellt. Vom AP werden die ATM/VL-Schlitze
gemäß den Vorgaben
der implementierten Dienst-(Warteschlangen-)Disziplin für den nächsten Aufwärtsrahmen
geplant. Diese Informationen werden zu den Modems an den entfernten
Knoten über
den Abwärtsrahmen
in den Sendeerlaubnissen und Ablaufplänen gesendet (nicht gezeigt,
siehe 3).
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8D zeigt ein beispielhaftes Rahmenformat für den Aufwärtsrahmenreservierungsminischlitz 822 der 8C. Der Rahmen besitzt einen kleinen MAC-Kopfteil 840,
der nur eine Ursprungs-MAC-Adresse und ein 2-Byte-Ablaufsteuerungsfeld
gefolgt von einem Verbindungsidentitäts-(CC-)Feld 842 (Connection
Identity) und einer Rahmenprüffolge
(FCS) 844 enthält.
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8E zeigt ein beispielhaftes Rahmenformat für einen
reinen Bestätigungs-Aufwärtsrahmen.
In diesem Format folgt einem vollen MAC-Kopfteil 848 ein
Typenfeld 850 "Daten" und ein Untertypenfeld 852 "ACK", ein Verbindungsidentitäts-(CC-)Feld 854,
ein Folgenummern-ACK-Feld 856 und
eine FCS 858.
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8F zeigt ein beispielhaftes Rahmenformat für einen
reinen Datenaufwärts-Unicast-Rahmen.
In diesem Format folgt einem vollen MAC-Kopfteil 860 ein
Typenfeld 862 "Daten" und ein Untertypenfeld 864 "Daten", ein Verbindungsidentitäts-(CC-)Feld 854,
ein Datenfeld 866 und eine FCS 858. 8G zeigt ein beispielhaftes Rahmenformat für einen
kombinierten Bestätigungs-
und Daten-Aufwärtsrahmen.
In diesem Format folgt einem vollen MAC-Kopfteil 870 ein
Typenfeld 872 "Daten" und ein Untertypenfeld 874 "Daten + ACK", ein Verbindungsidentitäts-(CC-)Feld 854,
ein Datenfeld 876, ein Folgenummer-ACK-Feld 878 und
eine FCS 858. 8H zeigt
ein beispielhaftes Rahmenformat für einen kombinierten Bestätigungs-,
Daten- und "Mehr"-Aufwärtsrahmen.
In diesem Format folgt einem vollen MAC-Kopfteil 880 ein
Typenfeld 882 "Daten" und ein Untertypenfeld 884 "Daten + ACK + Mehr", ein Verbindungsidentitäts-(CC-)Feld 854,
ein Datenfeld 886, ein Folgenummer-ACK-Feld 888,
ein Feld mehr Daten 890 und eine FCS 858.
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Mit
den oben beschriebenen Ausführungsformen
wird der Standard IEEE 802.14 zur Bereitstellung besonderer Nachrichten
zur Implementierung von Zugangssteuerung und Zulassung der entfernten
Knoten in das Netz angepaßt.
Als bestimmtes Beispiel besitzt ein System mit Aufwärtsbandbreite
von 2,56 Mbps eine Hochlaufzeit von 4 μs, eine Präambel von 32 Symbolen (25,0 μs bei Annahme
von QPSK), und eine Abschaltezeit von 4 μs. Diese Parameter führen zu
den Erfordernissen einer Schutzzeit von 20 Bit an jedem Ende einer PDU
auf der physikalischen Schicht und einer Präambel von 64 Bit. In diesem
System entspricht ein Aufwärtsrahmen
von 2 ms 640 Byte. Angenommen, daß der Rahmen aus sowohl einem
STR als auch einem ATR besteht und daß jeder Grundschlitz im STR
27 Byte lang ist, dann kann ein Rahmen mit einem STR-Schlitz auch beispielsweise
10 Reservierungsminischlitze (wobei jeder Grundschlitz in 5 Reservierungsminischlitze
umgewandelt ist), 2 Datenwettbewerbsschlitze und 5 reservierte Datenschlitze
für ATM
PDU oder VL PDU aufweisen.
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Nach
der Darstellung in 11 kann eine Abwärts-Rundsende-/Multicast-Nachricht
für Rufaufforderungsnachrichten
benutzt werden. Die Rufaufforderungs- und zugehörigen Antwortnachrichten sind
dafür ausgelegt,
einem PC an einem drahtgebundenen Netz zu ermöglichen, einen anderen PC über das
drahtlose Netz zu rufen. Rufaufforderungsnachrichten sind zum Warnen
eines drahtlosen Modems nützlich,
daß ein
drahtgebundener Host oder ein anderes drahtloses Modem daran interessiert
ist, mit ihm zu kommunizieren. Das drahtlose Modem, dessen ID in
einer empfangenen Rufaufforderungsnachricht enthalten ist, antwortet
mit einer Funkrufantwortnachricht wie auch mit einer Verbindungsanforderung,
wenn gegenwärtig
keine Verbindung zwischen dem drahtlosen Modem und dem Zugangspunkt
besteht. Funkruffähigkeit
erfordert einen Standortsserver, der sich am gleichen Standort wie
ein PPP-Server befinden kann, wenn gewünscht. Das Verfahren würde normalerweise
benutzt werden, wenn der PC, auf den über das drahtlose Netz zugegriffen
wird, keine IP-Adresse
aufweist, über
die auf ihn wirkungsvoller zugegriffen werden könnte.
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Nach
der Darstellung in 11 wird eine Rufaufforderungsnachricht
definiert, damit PC2 1102 einen Ruf zum PC1 1104 einleiten
kann, der an ein drahtloses Modem 1106 angeschlossen ist.
Vom einleitenden PC (PC2) 1102 wird eine Rufeinleitungsnachricht
(Call Initiate) 1110 zu einem Standort-/PPP-Server 1112 gesendet,
die den Heimat-Registrierungsserver 1116 identifiziert.
Vom Heimat-Registrierungsserver 1116 wird
dann die zutreffende WH/IWF identifiziert und die Rufeinleitungsnachricht
(Call_Initiate) zum AP 1120 weitergeleitet 1118.
Als nächstes
sendet der AP 1120 eine Rufaufforderung 1130 zum
drahtlosen Modem 1106, dem der PC1 1104 zugeordnet
ist. Abschließend
wird vom drahtlosen Modem 1106 die Rufeinleitungsnachricht (Call_Initiate)
zum PC1 1104 weitergeleitet 1132.
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Zur
Annahme des Rufs sendet der PC1 1104 eine Rufannahmenachricht
(Call Accept) 1140 gleichzeitig mit einer Verbindungsanforderungsnachricht
(Connect_Request) zum drahtlosen Modem 1106. Das drahtlose
Modem 1106 sendet dann eine Funkrufantwort 1142 zum
AP 1120, der die Nachricht zur WH/IWF 1116 weiterleitet 1144.
Vom drahtlosen Modem 1106 wird auch die Verbindungsanforderungsnachricht (Connect_Request)
zum AP 1120 weitergeleitet, der sie auf ähnliche
Weise zur WH/IWF 1116 weiterleitet. Von der WH/IWF 1116 wird
eine Verbindungsantwortnachricht (Connect_Reply) 1145 zum
PCl 1104 gesendet und dann eine Rufannahmenachricht (Call
Accept) 1146 zurück
zum Standortserver 1112 weitergeleitet. Abschließend wird
vom Standortserver 1112 die Rufannahmenachricht (Call Accept)
zum PC2 1102 weitergeleitet 1148.
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Das
ODMAFQ-Verfahren ist in der Lage, Prioritätszugang im gleichen Nachrichtenstrom
von jedem Benutzer bereitzustellen. Mit Prioritätszugang wird allgemein wichtigen
Steuerungsnachrichten eine höhere Priorität als Datennachrichten
erteilt. Einige wichtige Steuerungsnachrichten, die durch ein drahtloses
Modem in einem Reservierungsschlitz übertragen werden könnten, umfassen:
(a) Assoziationsanforderung zum Anfordern der Assoziation des drahtlosen
Modems mit einem Zugangspunkt, (b) Verbindungsanforderung zum Anfordern
eines Verbindungsaufbaus, (c) Funkrufantwort zum Antworten auf eine
Rufaufforderung und (d) Bandbreitenanforderung zum Anfordern von
Bandbreitenzuteilung nach einer zeitweiligen Pause. In verschiedenen
Arten möglicher
Nachrichten können
auch entsprechend unterschiedliche Prioritäten für unterschiedliche Dienstguten
zugewiesen werden. Im allgemeinen wird erwartet werden, daß Assoziationsanforderung, Verbindungsanforderung
und Funkrufantwortnachrichten eine höhere Priorität als Datennachrichten
aufweisen. Wenn beispielsweise der Diensteanbieter wünscht, mehr
Benutzer zuzulassen, sollte dann Bandbreitenanforderungsnachrichten
eine niedrigere Priorität
als Verbindungsanforderung und Funkrufantwortnachrichten erteilt
werden, was schnellere Verbindungsaufbauten ermöglicht. Unter Datennachrichten
würde über RTP/UDP-Pakete
geführten
Sprachsignalen beispielsweise eine höhere Priorität als TCP/IP-Datenpaketen
erteilt werden.
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Es
ist ein Segmentierungs- und Wiedervereinigungsmechanismus definiert
worden, um die Wiederholung von Fragmenten zu ermöglichen.
Vom AP und drahtlosen Modem wird allgemein die Dienstdateneinheit (SDU – Service
Data Unit) der MAC-Schicht fragmentiert, wenn sie die maximale Nutzlastgröße überschreitet oder
wenn sie den in einem Abwärts-
oder Aufwärtsrahmen
verbleibenden Raum überschreitet.
Als Alternative kann ein Fragmentierungsschwellwert definiert werden,
jenseits dessen die MAC SDU fragmentiert wird. Jedes Fragment weist
ein Ablaufsteuerungsfeld auf. Alle zur gleichen SDU gehörenden Fragmente
führen
die gleiche 12-Bit-Folgenummer,
aber es sind ihnen unterschiedliche Fragmentnummern zugewiesen.
Es wird dann ein Bit "mehr Fragment" im Rahmenkontrollfeld
für alle
Fragmente außer
dem letzten gesetzt, das anzeigt, daß noch zusätzliche Fragmente folgen. Die
Fragmente werden dann in Reihenfolge der niedrigsten zur höchsten Fragmentnummer
gesendet.
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Um
dem folgegerechten Abgabeerfordernis zu entsprechen, wird sowohl
vom AP als auch dem drahtlosen Modem sichergestellt, daß alle Fragmente
der gleichen SDU übertragen
werden, ehe eine neue SDU übertragen
wird. Es werden nur die verlorengegangenen Fragmente wiederholt.
Um eine endlose Übertragungslaufzeit
(mit damit übertragenem Übertragungsrückstand)
zu verhindern, wird von einer bestimmten Quelle (drahtloses Modem
oder AP) ein MAC SDU-Übertragungszeitgeber
unterhalten, der in dem Augenblick gestartet wird, wenn eine MAC
SDU zur MAC-Schicht übergeben
wird. Wenn der Zeitgeber die vorgegebene MAC SDU-Lebensdauer überschreitet,
werden alle verbleibenden Fragmente durch die Quelle verworfen und es
wird kein Versuch unternommen, die Übertragung der MAC SDU abzuschliessen.
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Um
endloses Warten auf permanent verlorene Fragmente zu verhindern,
wird von der Zielstation die MAC SDU durch Kombinieren der Fragmente
in Reihenfolge der Fragmentnummer des Folgesteuerungsfeldes wiederaufgebaut.
Wenn die Zielstation ein Fragment mit gesetztem Bit "mehr Fragment" empfängt, weiß sie, daß sie noch
keine vollständige
MAC SDU empfangen hat. Sobald wie die Zielstation ein Fragment mit einem
klaren Bit "mehr
Fragment" empfängt, vereinigt
sie wieder die MAC SDU und gibt sie an eine höhere Schicht weiter.
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Von
der Zielstation (wie beispielsweise einem drahtlosen Modem oder
AP) wird ein MAC SDU-Empfangszeitgeber
unterhalten, der bei Empfang des ersten Fragments einer MAC SDU
angestoßen
wird. Die Zielstation sollte vorzugsweise mindestens 3 Zeitgeber zum
gleichzeitigen Empfangen von drei MAC SDU aufweisen. Von der Zielstation
werden dann alle empfangenen Fragmente jeder MAC SDU verworfen,
für die
kein Empfangszeitgeber unterhalten wird. Wenn der MAC SDU-Empfangszeitgeber
die vorgegebene MAC SDU-Empfangslebensdauer überschreitet,
werden alle Fragmente verworfen. Wenn nach Ablauf des MAC SDU-Empfangszeitgebers
zusätzliche
Fragmente empfangen werden, werden die Fragmente bestätigt und dann
verworfen. Auch werden von der Zielstation alle empfangenen Duplikatfragmente
verworfen, aber trotzdem als Antwort eine Bestätigung gesendet.
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Die
MAC-Protokoll-Operation im Vielfachzugriffsverfahren umfaßt folgende
Schritte: Herstellung des Aufwärts-Übertragungsleistungspegels,
Anfangswettbewerb auf der Aufwärtsstrecke,
Konfliktauflösung
auf der Aufwärtsstrecke,
Aufwärts-Bandbreitenzuteilung,
AP-Abwärts-Bandbreitenzuteilung,
Wettbewerbszustandsbenachrichtigung über das Abwärtskontrollfeld und Ablaufplanung
von Aufwärtsübertragungen über Sendeerlaubnisse.
Insbesondere wird für
Verkehr mit konstanter Rate der AP von jedem Modem über die
Paketankunftsrate während
des Verbindungsaufbaus informiert, damit nur eine Zugangsanforderung
für die
gesamte Dauer der Verbindung erforderlich ist.
-
Die
gesamte ODMAFQ-MAC-Protokoll-Operation ist in den Flußdiagrammen
der 13A und 13B dargestellt.
Aus der Sicht eines entfernten Hosts, 13A,
nach Herstellung des Leistungspegels zur Aufwärtsübertragung 1310 nehmen
die entfernten Hosts am Aufwärts-Anfangswettbewerb 1315 teil,
während
dem jeder entfernte Host mit zu sendenden Paketen Zugang zum AP
anfordert. Wenn einige dieser Zugangsanforderungen zusammenstoßen 1320,
indem sie im gleichen Reservierungsminischlitz eingereicht werden,
nehmen die kollidierenden entfernten Hosts an Aufwärts-Konfliktauflösung teil 1325.
Ansonsten schreitet der AP zur Zuteilung von Aufwärtsbandbreite 1330 unter
den Zugang anfordernden entfernten Hosts fort, gefolgt von Zuteilung
von Bandbreite für
seine eigene Abwärtsübertragung 1335.
Jeder entfernte Host wartet auf den Empfang einer Sendeerlaubnis 1337 während einer
nachfolgenden Abwärtsübertragung
und überträgt bei Empfang
einer solchen ein wartendes Paket aus seiner Warteschlange. Wenn
die Warteschlange an einem entfernten Host dann nicht leer ist 1338,
wartet der entfernte Host wieder auf zusätzliche Sendeerlaubnisse 1337 und
ansonsten wartet er auf die Ankunft neuer Pakete 1339.
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Wie
in 13B dargestellt wird vom AP
Aktivität
in den empfangenen Wettbewerbs-Reservierungsschlitzen 1360 überwacht.
Wenn er eine erfolgreiche Zugangsanforderung 1365 empfängt, sendet
der AP Reservierungsbestätigungen
(ACK) 1370 und fügt
die neu erfolgreichen entfernten Hosts der geplanten Liste hinzu 1375.
Ganz gleich, ob es neu erfolgreiche Zugangsanforderungen gegeben
hat oder nicht 1365, werden vom AP auch die Aufwärtsdatenschlitze 1380 überwacht,
so lang wie die geplante Liste nicht leer ist, und wenn er ein erfolgreich übertragenes
Paket empfängt 1385,
antwortet er mit einer Daten-ACK 1390. Vom AP werden dann
seine Abwärtspakete
geplant 1340, die Aufwärtsübertragungen 1345 der
erfolgreich konkurrierenden entfernten Hosts geplant, die zugehörigen Sendeerlaubnisse 1350 ausgegeben
und dann Abwärtsdatenpakete 1355 übertragen,
wonach er zur Überwachung
von Aktivität
in den Wettbewerbs-Reservierungsschlitzen zurückkehrt 1360.
-
Es
könnte
wünschenswert
sein, ein wahlweises Kanalhaltemerkmal einzurechnen, wodurch jede
Warteschlange eine kurze Zeit lang leer bleiben kann, ohne daß der Zugangspunkt
die Bandbreitenreservierung freigibt. Dadurch können Benutzer mit hoher Priorität eine zugeteilte
Zeit lang auf der Liste reservierter Bandbreite der Basisstation
bleiben, ehe sie freigegeben wird, wodurch niedrige Latenzzeit von
Echtzeitpaketen (d. h. geringe oder keine Verzögerung für Pakete von zeitempfindlichen
Daten wie beispielsweise Sprachkommunikationen) gefördert wird,
indem die gesamte Aufbauzeichengabe-Nachrichtenübermittlung vermieden wird, die
für Kanalreservierung
erforderlich ist. Unter Verwendung dieses Merkmals wird, wenn eine
Warteschlange leer ist, ein Zeitgeber am drahtlosen Modem angestoßen. Solange
wie neue Pakete vor Ablauf dieses Zeitgebers am drahtlosen Modem
ankommen, muß das
drahtlose Moden keine neue Zugangsanforderung tätigen. Wenn dieses Merkmal
am AP eingeschaltet ist, dann wird der AP diesem bestimmten drahtlosen
Modem jeden zweiten Aufwärtsrahmen
noch eine Sendeerlaubnis für
einen Datenschlitz zuteilen, selbst wenn die letzte Aufwärtsdatenübertragung
vom drahtlosen Modem angezeigt hat, daß die Warteschlange leer ist.
Vom AP wird ebenfalls ein Zeitgeber gestartet. Wenn der Zeitgeber
abläuft
und der AP keine neuen Pakete von diesem drahtlosen Modem empfangen
hat, dann wird der AP das drahtlose Modem aus der Liste reservierter
Bandbreite entfernen. Dieses Kanalhaltemerkmal ist besonders nützlich,
wenn der Bandbreitenreservierungsvorgang eine zeitlang zum Vollenden
benötigt,
wodurch niedrige Latenzzeit für
Echtzeitpakete ermöglicht
wird, die, obwohl sie nicht nacheinander ankommen, nicht soweit
voneinander entfernt sind, daß eine
getrennte Bandbreitenreservierungsanforderung über Wettbewerb für jedes
Datenpaket gerechtfertigt ist. Für
burstartige Quellen, die dieses Kanalhaltemerkmal nicht benötigen, wird
jedoch das Modem, wenn ein Paket ankommt und einen leeren Puffer
findet, immer noch eine Zugangsanforderung zum AP über einen
der Wettbewerbsminischlitze senden.
-
Nach
der Darstellung in 17 kann der Aufwärts-Leistungspegel zur
Datenübertragung
zwischen der Basisstation und mehreren entfernten Hosts in einem
drahtlosen Netz mit ODMAFQ während
der anfänglichen Zugangsanforderungsnachricht
des entfernten Hosts festgelegt werden. Das benutzte Verfahren ist
dem ähnlich,
das für
CDMA-Kanalleistungsregelung nach dem internationalen Standard IS95
(Code Division Multiple Access) benutzt wird. Wenn der Aufwärts-Sendeleistungspegel
zwischen einem bestimmten entfernten Host und dem AP zu einer vorhergehenden
Zeit gespeichert worden ist, 1710, wird der gespeicherte
Pegel zur Aufwärts-Datenübertragung
benutzt 1715. Ansonsten überträgt der entfernte Host zuerst
eine kurze Verbindungsanforderungsnachricht mit einem Anfangs-Leistungspegel,
der in bezug auf den nominellen Leistungspegel mit offenem Kreis
eingestellt ist 1720. Wenn die erste Übertragung des entfernten Hosts
erfolglos ist und vom AP daher keine Bestätigung empfangen wird 1730,
wird der Leistungspegel um einen Leistungsschrittbetrag erhöht, der
vorbestimmt werden kann 1740, die Verbindungsanforderung
wird mit dem neuen Leistungspegel erneut 1750 und die Schritte
des Übertragens
und Erhöhens
werden wiederholt bis die Übertragung
erfolgreich ist. Der Leistungspegel, bei dem die Übertragung
endlich erfolgreich ist, wird dann gespeichert 1735 und
für weitere
Datenübertragung
zwischen diesem entfernten Host und der Basisstation benutzt 1715.
-
In
der bevorzugten Ausführungsform
benutzt Aufwärts-Anfangswettbewerb
das folgende Verfahren. Wenn M Minischlitze für den Wettbewerb im nächsten Aufwärtsrahmen
zur Verfügung
stehen, dann wird eine anfängliche
(erstmalige) Wettbewerbsnachricht gemäß dem folgenden übertragen:
- 1. es wird am Modem des entfernten Knotens
eine Zufallsnummer x aus einer gleichförmigen Verteilung über 1 bis
M erzeugt und
- 2. die anfängliche
Wettbewerbsnachricht wird im x-ten Minischlitz im nächsten Aufwärtsrahmen übertragen.
-
Wenn
gewünscht
kann auch Trägerabtastung
während
des Anfangswettbewerbs benutzt werden. Vor Übertragung wird der Kanal abgetastet.
Wenn Zugangspriorität
implementiert ist, wird dann, statt eine Zufallsnummer zwischen
1 und M zu wählen,
vom drahtlosen Modem zwischen 1 und Ii gewählt, wobei
Ii der Schwellwert für Benutzer der Klasse i ist,
wobei ein niedrigerer Wert eine höhere Priorität anzeigt,
d. h. Ii+1 < Ii. Wenn die
Wettbewerbsnachricht jedoch nicht eine Wettbewerbs-Reservierungsminischlitzanforderungsnachricht
ist, sondern statt dessen eine Wettbewerbs-Datenschlitznachricht ist, dann wird
die Nachricht im nächsten
Wettbewerbs-Datenschlitz übertragen.
-
Es
können
mehr als zwei Zugangsprioritätsklassen
angeboten werden. Wie schon besprochen enthält der Aufwärtsrahmen N1 Minischlitze.
Wenn es beispielsweise p Zugangsprioritätsklassen gibt, kann jede Klasse
mit Zugangspriorität
i (wobei eine kleinere Nummer eine höhere Priorität bedeutet)
Wettbewerbsnachrichten in den Minischlitzen im Bereich von 1 bis
Ii senden, wobei I1 =
N1, Ii+1 ≤ Ii ist. Zusätzlich zu diesem Zugangsprioritätsverfahren
kann eine strenge Nutzungspriorität implementiert werden, so
daß wenn
ein AP Verbindungsanforderung empfängt, die eine höhere Nutzungspriorität aufweist,
er eine bestehende Verbindung mit einer niedrigeren Nutzungspriorität durch
Senden eines Abtrennungsanforderungsrahmens zu dem die Verbindung unterstützenden
drahtlosen Modem abtrennt.
-
Kollision
tritt in einen Wettbewerbsschlitz ein, wenn zwei oder mehr drahtlose
Modems im gleichen Minischlitz übertragen.
Auch wird, wenn Störung
Verfälschung
von Daten in einem Wettbewerbsschlitz verursacht, der Schlitzzustand
als COLLISION erklärt.
Wie schon beschrieben gibt es zwei Arten von Wettbewerbsschlitzen
in einem Aufwärtsrahmen:
(1) einen Reservierungsschlitz mit Minischlitzen für Bandbreitenanforderungsnachrichten,
und (2) einen Datenschlitz mit kurzen burstartigen Nachrichten auf
der Aufwärtsstrecke
in Wettbewerbs-Superschlitzen. Am AP wird die HF-Energie in einem
Aufwärts-Wettbewerbszeitschlitz
geschätzt.
Wenn keine Energie vorhanden ist, dann wird der Wettbewerbsschlitz
als IDLE (leer) erklärt.
Der Zustand eines Wettbewerbsschlitzes wird als SUCCESS (Erfolg)
erklärt,
wenn insgesamt folgendes wahr ist: 1) HF-Energie ist im Schlitz erkannt worden,
2) eine Präambel
in diesem Schlitz ist nicht verfälscht
und 3) eine Rahmenprüffolge
(FCS – Frame
Check Sequence) im Schlitz zeigt keine Fehler an. Der Zustand eines
Wettbewerbsschlitzes wird als KOLLISION erklärt, wenn HF-Energie im Schlitz
erkannt worden ist und mindestens eines der folgenden wahr ist:
1) die Präambel
in diesem Schlitz ist verfälscht
oder 2) eine Rahmenprüffolge (FCS)
im Schlitz zeigt Fehler an.
-
18A zeigt eine Ausführungsform eines Verfahrens
zur Zugangssteuerung nach einem Aspekt der vorliegenden Erfindung.
In jedem Aufwärtsrahmen
sind N Wettbewerbs-Reservierungsminischlitze
konfiguriert 1810. Die N Minischlitze sind in einer Mehrzahl
von Zugangsprioritätsklassen
organisiert, wobei jede Klasse eine andere Priorität aufweist.
Der AP ist dafür
konfiguriert, m Zugangsprioritätsklassen
zuzulassen 1815. Jeder entfernte Host mit Zugangsprioritätsklasse
i wählt
zufallsmäßig 1820 einen
Wettbewerbsminischlitz und überträgt eine
Zugangsanforderung, wobei der gewählte Wettbewerbsminischlitz
im Bereich von 1 bis Ni liegt, wobei N(i+1) < Ni und N1 = N. Die
Basisstation empfängt 1825 die
Zugangsanforderungen und untersucht nacheinander die empfangenen
Wettbewerbsminischlitze. Wenn der gegenwärtig untersuchte Minischlitz
eine unkollidierte Anforderung enthält 1830, gewährt der
AP Zugang 1835 zum entfernten Host entsprechend der unkollidierten
Zugangsanforderung. Wenn der gegenwärtig untersuchte Minischlitz
eine kollidierte Anforderung enthält 1830, sendet der
AP keine ACK und veranlaßt,
daß die
beeinflußten
entfernten Knoten Konfliktauflösung
durchführen 1840.
Nach der Konfliktauflösungsperiode
gewährt
der AP Zugang zu dem "gewinnenden" entfernten Host 1845.
Inzwischen werden, wenn noch mehr Minischlitze untersucht werden
müssen 1850,
vom AP Minischlitze auf Kollisionen überprüft 1830, indem er
entweder Zugang zu erfolgreichen anfordernden Hosts gewährt 1835 oder
das Ergebnis von Konfliktauflösung
erwartet 1840.
-
18B ist ein Flußdiagramm einer alternativen
Ausführungsform
eines Verfahrens zur Zugangskontrolle nach einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung, die in einer Mehrzahl von Zugangsprioritätsklassen
mit unterschiedlicher Priorität
organisiert ist. In jedem Aufwärtsrahmen 1810 sind
N Wettbewerbs-Reservierungsminischlitze konfiguriert. Die N Minischlitze
sind in einer Mehrzahl von Zugangsprioritätsklassen organisiert, wobei
jede Klasse eine unterschiedliche Priorität aufweist. Der AP ist zum
Zulassen von m Zugangsprioritätsklassen
konfiguriert 1815. Jeder entfernte Host mit Zugangsprioritätsklasse
i und mit einer Stack-Ebene gleich 0 überträgt dann eine Zugangsanforderung
mit einer Wahrscheinlichkeit Pi, wobei P(i+1) < Pi und
P1 = 1 1860. Die Basisstation empfängt 1825 die
Zugangsanforderungen und untersucht die empfangenen Wettbewerbsminischlitze
in Reihenfolge. Wenn der gegenwärtig
untersuchte Minischlitz eine kollisionsfreie Anforderung 1830 enthält, wird
dem entfernten Host vom AP Zugang entsprechend der kollisionsfreien
Zugangsanforderung gewährt 1835.
Wenn der gegenwärtig
untersuchte Minischlitz eine kollidierte Anforderung enthält 1830, sendet
der AP keine ACK und veranlaßt
damit, daß die
betroffenen entfernten Knoten Konfliktauflösung durchführen 1840. Nach der
Konfliktauflösungszeit
wird dem "gewinnenden" entfernten Host
vom AP Zugang gewährt 1845.
Wenn noch mehr Minischlitze untersucht werden müssen 1850, werden
vom AP weiterhin Minischlitze auf Kollisionen überprüft 1830, wobei er
den erfolgreichen anfordernden Hosts Zugang gewährt 1835 oder auf
das Ergebnis der Konfliktauflösung
wartet 1840.
-
Zu
den drahtlosen Modems werden Zustandsinformationen IDLE, SUCCESS
und COLLISION zurückübermittelt.
Vom AP werden die Schlitzzustandsinformationen in das Abwärts-Reservierungsbestätigungsfeld eingesetzt.
Es gibt drei alternative bevorzugte Konfliktauflösungsverfahren, die benutzt
werden können.
Das erste Verfahren ist im IEEE-Standard
802.14 vorgeschlagen und wird zusammen mit zwei neuen Verfahren
unten beschrieben. Simulationsergebnisse zeigen, daß das zweite
beschriebene Verfahren eine bessere Zugangsverzögerung bereitstellt.
-
In
dem ersten, im IEEE-Standard 802.14 vorgeschlagenen Konfliktauflösungsverfahren
wird von jedem drahtlosen Knoten, der zu übertragen wünscht, einer der Reservierungsminischlitze
zufallsmäßig ausgesucht.
Wenn eine Kollision angezeigt ist, wird von einem durch die Kollision
betroffenen Modem die Übertragung
auf Grundlage eines zufallsmäßigen binär-exponentiellen
Zurückstellungsverfahrens
wiederholt. Dieses Zurückstellungsverfahren
funktioniert wie folgt:
- 1. Vom Modem wird eine
Zufallszahl I gleichförmig
verteilt zwischen 0 und 2j – 1 erzeugt,
wobei j die Anzahl von Kollisionen ist, die von dem Modem für das Paket
erfahren worden sind, dessen Übertragung
es versucht. Wenn j größer als
10 ist, dann wird I aus einer gleichförmigen Verteilung zwischen
0 und 210 – 1 ausgewählt.
- 2. Vom Modem werden die nächsten
I – 1
Wettbewerbsschlitzgelegenheiten der gleichen Art (entweder Minischlitz
oder Datenwettbewerbsschlitz) übersprungen
und dann sein vorher kollidiertes Paket zur nächsten unmittelbaren Wettbewerbsschlitzgelegenheit
wiederholt.
-
Die
Funktionsweise dieses Verfahrens ist in 14A dargestellt.
Von einem auf Zugriff zum AP wartenden drahtlosen Knoten wird zufallsmäßig ein
Reservierungsminischlitz, in dem er eine Zugangsanforderung übertragen
kann, ausgesucht 1402. Wenn der Knoten durch eine Kollision 1404 betroffen
ist, erzeugt der Knoten 1408 die Zufallszahl I und überspringt 1410 die
nächsten
I – 1
Wettbewerbsschlitzgelegenheiten der gleichen Art. Vom Knoten wird
dann die Zugangsanforderung für
das kollidierte Paket zur nächsten
unmittelbaren Wettbewerbsschlitzgelegenheit wiederholt 1412.
Wenn der Knoten nicht durch eine Kollision betroffen ist 1404, dann
ist die Warteschlange am Knoten leer 1405, der Knoten überträgt 1406 das
Paket und kehrt in den Wartezustand zurück 1402. Wenn die
Warteschlange am Knoten nicht leer ist 1405, dann überträgt der Knoten 1407 nach
Empfang einer Sendeerlaubnis vom AP das gegenwärtige Paket zusammen mit einer
Huckepack-Reservierungsanforderung zur Übertragung des nächsten Pakets
in seiner Warteschlange und überträgt weiterhin
nach Empfang von Sendeerlaubnissen Pakete mit Huckepack-Reservierungsanforderungen 1407, bis
die Warteschlange leer ist 1405 und das letzte Paket übertragen
worden ist 1406, wonach der Knoten in den Wartezustand
zurückkehrt 1402.
-
In
den zweiten und dritten Verfahren wird vom AP das Ergebnis jedes
Wettbewerbs in den Reservierungsminischlitzen zu allen drahtlosen
Knoten über
eine Abwärts-Rundsendenachricht
rundgesendet. Im zweiten Verfahren ist das Modem in jedem drahtlosen
Knoten durch eine Stack-Ebene charakterisiert und es dürfen nur
drahtlose Knoten mit einer Stack-Ebene gleich 0 Zugangsanforderungspakete übertragen.
Modems mit einer größeren Stack-Ebene
als 0 werden als Rückstand
erachtet. Wenn es beispielsweise M Reservierungsminischlitze gibt,
kann jeder entfernte Knoten auf Stack-Ebene 0 zufallsmäßig einen
der M Minischlitze heraussuchen. Am Ende eines Minischlitzes ändert der
drahtlose Knoten i seine Stack-Ebene auf Grundlage des Ergebnisses
einer Übertragung
in diesem Zeitschlitz. Durch dieses Verfahren wird neu aktiven drahtlosen
Knoten erlaubt, sich denjenigen bestehenden drahtlosen Knoten mit
einer Stack-Ebene 0 während
einer bestimmten Konfliktauflösungsperiode
anzuschließen.
Von jedem drahtlosen Knoten in einem Anforderungszustand wird seine
Stack-Ebene um eins erhöht,
wenn er kein Zugangsanforderungspaket überträgt und eine negative Bestätigung (z.
B. daß es
eine Kollision gab) von der Basisstation (AP) empfängt. Anderseits
wird von einem drahtlosen Knoten seine Stack-Ebene um eins erniedrigt,
wenn er eine positive Bestätigung
von der Basisstation erhält,
die eine erfolgreiche Übertragung
der Zugangsanforderung anzeigt. Von jedem drahtlosen Knoten, der
an der Zugangsanforderungsübertragung
teilnimmt, wird zufallsmäßig "eine Münze geworfen", um zu bestimmen,
ob seine Stack-Ebene auf Ebene 0 bleibt oder bei Empfang einer negativen
Bestätigung
von der Basisstation um eins erhöht
wird.
-
Die
Regeln des zweiten Verfahrens sind:
- 1. Wenn
ein drahtloser Knoten zuerst wünscht,
Zugang zum Netz zu erhalten oder Zugang erhalten hat und neue Daten
senden möchte,
wird er in einen Anforderungszustand versetzt und ihm eine Stack-Ebene null zugewiesen.
- 2. Wenn es M Reservierungsminischlitze gibt, wird von jedem
drahtlosen Knoten in einem Anforderungszustand zufallsmäßig einer
der M Reservierungsminischlitze als sein zugewiesener Minischlitz
ausgesucht, in dem ein Zugangsanforderungspaket zu übertragen
ist.
- 3. Wenn der drahtlose Knoten durch eine Stack-Ebene gleich null
charakterisiert ist, überträgt er ein
Zugangsanforderungspaket; wenn der entfernte Knoten jedoch durch
eine andere Stack-Ebene als null charakterisiert ist, überträgt er kein
Zugangsanforderungspaket.
- 4. Am Ende des Zeitschlitzes ändert jeder drahtlose Knoten
seine Stack-Ebene auf Grundlage des Ergebnisses (entweder COLLIDED,
IDLE oder SUCCESS) einer Zugangsanforderung entsprechend der Meldung
für seinen
zugewiesenen Minischlitz im Reservierungsbestätigungsfeld einer Abwärtsnachricht
vom Zugangspunkt.
A. Ein drahtloser Knoten, der eine Zugangsanforderung
gesendet und ein Ergebnis SUCCESS empfangen hat, wird aus dem Anforderungszustand
entfernt.
B. Ein drahtloser Knoten, der eine Zugangsanforderung
gesendet und ein Ergebnis COLLIDED empfangen hat, wird je nach dem
Ergebnis einer Zufallsziehung seine Stack-Ebene entweder um eins erhöhen oder seine
Stack-Ebene auf null lassen.
C. Ein drahtloser Knoten, der
sich im Anforderungszustand befindet und keine Zugangsanforderung
gesendet hat (d. h. ein im Rückstand
befindlicher Knoten mit Stack-Ebene > 0), wird seine Stack-Ebene
um eins erhöhen,
wenn das im Reservierungsbestätigungsfeld
für den
zugewiesenen Minischlitz gemeldete Ergebnis COLLIDED ist.
D.
Ein drahtloser Knoten, der sich im Anforderungszustand befindet
und keine Zugangsanforderung gesendet hat (d. h. ein Knoten im Rückstand
mit Stack-Ebene > 0)
wird seine Stack-Ebene um eins erniedrigen, wenn das im Reservierungsbestätigungsfeld
für den
zugewiesenen Minischlitz gemeldete Ergebnis SUCCESS ist.
-
Die
Funktionsweise dieses Verfahrens ist in 14B dargestellt.
Von einem drahtlosen Knoten, der darauf wartet, auf den AP zuzugreifen
oder neue Daten zu senden 1432, wird seine Stack-Ebene
auf 0 gesetzt und in den Anforderungszustand eingetreten. Wenn die
Stack-Ebene des
Knotens 0 beträgt 1434,
wird vom Knoten zufallsmäßig ein
Reservierungsminischlitz zur Übertragung
einer Zugangsanforderung ausgesucht 1436 und die Zugangsanforderung übertragen.
Wenn das Ergebnis der Anforderung SUCCESS ist 1438 und die
Warteschlange am Knoten leer ist 1439, wird vom Knoten
das aktuelle Paket übertragen 1440 und
aus dem Anforderungszustand ausgetreten und in den Wartezustand
zurückgekehrt 1432.
Wenn die Warteschlange am Knoten nicht leer ist 1439, dann überträgt der Knoten 1441 nach
Empfang einer Sendeerlaubnis vom AP das aktuelle Paket zusammen
mit einer Huckepack-Reservierungsanforderung
zur Übertragung
des nächsten
Pakets in seiner Warteschlange und überträgt weiterhin Pakete mit Huckepack-Reservierungsanforderungen 1441 nach
Empfang von Sendeerlaubnissen, bis die Warteschlange leer ist 1439,
zu welchem Zeitpunkt er das übrige
Paket 1440 überträgt, aus
dem Anforderungszustand austritt und in den Wartezustand 1402 zurückkehrt.
-
Wenn
das Ergebnis der Reservierungsanforderung 1436 nicht SUCCESS
war 1438, nimmt der Knoten an einer Zufallsziehung teil 1444,
um zu erfahren, ob er seine Stack-Ebene um 1 erhöhen 1448 oder seine Stack-Ebene
auf 0 lassen 1446 soll. Wenn die Stack-Ebene auf 0 bleibt 1446,
wird vom Knoten wieder zufallsmäßig ein
Reservierungsminischlitz zur Übertragung
einer Zugangsanforderung ausgesucht 1436 und die Zugangsanforderung übertragen.
Wenn die Stack-Ebene erhöht
wird 1448, wird die Stack-Ebene nicht 0 sein 1434.
Wenn die Stack-Ebene irgendeines entfernten Knotens nicht 0 beträgt 1434,
dann wird, wenn das Ergebnis der vorhergehenden Reservierungsanforderung
COLLIDED war 1450, vom Knoten seine Stack-Ebene um 1 erhöht 1452.
Wenn das Ergebnis für
die vorhergehende Reservierungsanforderung nicht COLLIDED war 1450,
dann wird vom Knoten seine Stack-Ebene um 1 erniedrigt 1454.
-
Das
dritte Konfliktauflösungsverfahren
stellt eine Abänderung
des zweiten dar. Im dritten Konfliktauflösungsverfahren ist das Modem
in jedem drahtlosen Knoten wiederum durch eine Stack-Ebene charakterisiert und
nur drahtlose Knoten mit einer Stack-Ebene gleich null dürfen Zugangsanforderungspakete übertragen. Modems
mit einer größeren Stack-Ebene
als null werden als zurückgestellt
betrachtet. Die Regeln des dritten Verfahrens sind:
- 1. Wenn ein drahtloser Knoten zuerst wünscht, Zugang zum Netz zu erhalten
oder Zugang erhalten hat und neue Daten senden möchte, wird er in einen Anforderungszustand
versetzt und ihm eine Stack-Ebene
null zugewiesen.
- 2. Wenn es M Reservierungsminischlitze gibt, wird von jedem
drahtlosen Knoten in einem Anforderungszustand zufallsmäßig einer
der M Reservierungsminischlitze als sein zugewiesener Minischlitz
ausgesucht, in dem ein Zugangsanforderungspaket zu übertragen
ist.
- 3. Wenn der drahtlose Knoten durch eine Stack-Ebene gleich null
charakterisiert ist, überträgt er ein
Zugangsanforderungspaket; wenn der entfernte Knoten jedoch durch
eine andere Stack-Ebene als null charakterisiert ist, überträgt er kein
Zugangsanforderungspaket.
- 4. Am Ende des Zeitschlitzes ändert jeder drahtlose Knoten
seine Stack-Ebene auf Grundlage des Ergebnisses (entweder COLLIDED,
IDLE oder SUCCESS) aller Zugangsanforderungen entsprechend der Meldung
in den Reservierungsbestätigungsfeldern
einer Abwärtsnachricht
vom Zugangspunkt.
A. Ein drahtloser Knoten, der eine Zugangsanforderung
gesendet und ein Ergebnis SUCCESS empfangen hat, wird aus dem Anforderungszustand
entfernt.
B. Ein drahtloser Knoten, der eine Zugangsanforderung
gesendet und ein Ergebnis COLLIDED empfangen hat, wird je nach dem
Ergebnis einer Zufallsziehung seine Stack-Ebene entweder um eins erhöhen oder seine
Stack-Ebene auf null lassen.
C. Ein drahtloser Knoten, der
sich im Anforderungszustand befindet und keine Zugangsanforderung
gesendet hat (d. h. ein Knoten im Rückstand mit einer Stack-Ebene > 0) wird seine Stack-Ebene
um eins erniedrigen, wenn das Ergebnis aller in mindestens 80% (oder
irgendeinem anderen vordefinierten Schwellwert) der Reservierungsbestätigungsfelder
gemeldeten Zugangsanforderungen entweder SUCCESS oder IDLE ist.
Ansonsten wird der entfernte Knoten seine Stack-Ebene um eins erhöhen.
D.
Wenn die Stack-Ebene des zurückgestellten
Modems auf null erniedrigt wird, wird vom Modem zufallsmäßig einer
der M Minischlitze (oder der Ii Minischlitze,
wenn Zugangspriorität
implementiert ist) ausgesucht, um seine Anforderung zu wiederholen.
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Die
Funktionsweise dieses Verfahrens ist in 14C dargestellt
und gleicht der des Verfahrens der 14B.
Von einem auf Zugang zum AP oder Senden von neuen Daten wartenden
drahtlosen Knoten 1432 wird seine Stack-Ebene auf 0 gesetzt
und in den Anforderungszustand eingetreten. Wenn die Stack-Ebene
des Knotens 0 beträgt 1434,
wird vom Knoten zufallsmäßig ein
Reservierungsminischlitz zur Übertragung
einer Zugangsanforderung ausgesucht 1436 und die Zugangsanforderung übertragen.
Wenn das Ergebnis der Anforderung SUCCESS ist 1438 und
die Warteschlange am Knoten leer ist 1439, wird vom Knoten
das aktuelle Paket übertragen 1440 und
aus dem Anforderungszustand ausgetreten und in den Wartezustand
zurückgekehrt 1432.
Wenn die Warteschlange am Knoten nicht leer ist 1439, dann
wird vom Knoten nach Empfang einer Sendeerlaubnis vom AP das aktuelle
Paket zusammen mit einer Huckepack-Reservierungsanforderung zur Übertragung
des nächsten
Pakets in seiner Warteschlange übertragen 1441 und
weiterhin nach Empfang von Sendeerlaubnissen Pakete mit Huckepack-Reservierungsanforderungen übertragen 1441,
bis die Warteschlange leer ist 1439 und er das übrige Paket 1440 übertragen
hat, wonach er aus dem Anforderungszustand austritt und in den Wartezustand
zurückkehrt 1402.
-
Wenn
das Ergebnis der Reservierungsanforderung 1436 nicht SUCCESS
war 1438, nimmt der Knoten an einer Zufallsziehung teil 1444,
um zu erfahren, ob er seine Stack-Ebene um 1 erhöhen 1484 oder seine Stack-Ebene
auf 0 lassen 1446 soll. Wenn die Stack-Ebene auf 0 bleibt 1446,
wird vom Knoten wiederum zufallsmäßig ein Reservierungsminischlitz
zur Übertragung
einer Zugangsanforderung ausgesucht 1436 und die Zugangsanforderung übertragen.
Wenn die Stack-Ebene erhöht
wird 1448, wird die Stack-Ebene nicht 0 sein 1434.
Wenn die Stack-Ebene irgendeines entfernten Knotens nicht 0 ist 1434,
dann wird, wenn das Ergebnis aller Reservierungsanforderungen während des
vorhergehenden Zyklus für
größer gleich
irgendeinem THRESHOLD-Prozentsatz COLLIDED war 1460, vom
Knoten seine Stack-Ebene um 1 erhöht 1462. Wenn das
Ergebnis für
die vorhergehende Reservierungsanforderung nicht COLLIDED war 1460,
wird vom Knoten seine Stack-Ebene um 1 erniedrigt 1464.
-
Man
beachte, daß aufgrund
des Problems des verborgenen Terminals alle übertragenen Rahmen bestätigt werden
müssen.
Bestätigungsnachrichten
sollten nicht im Wettbewerbsbetrieb gesendet werden. Es werden daher
Sendepläne
und Sendeerlaubnisse als ein Mechanismus zur Bestätigung von
Abwärts-MAC-Unicast-Rahmen
benutzt. Wenn von einem drahtlosen Modem ein Abwärts-Rundsenderahmen empfangen wird, werden
von ihm zuerst die Sendepläne
und Sendeerlaubnisse interpretiert. Wenn dieses drahtlose Modem
nicht an der Reihe ist, Daten zu übertragen und das drahtlose
Modem der Empfänger
eines Unicast-Rahmens ist (d. h. die ID des drahtlosen Modems wird
in den Sendeplänen
festgestellt), dann wird vom drahtlosen Modem eine Bestätigungsnachricht
für den
Unicast-Rahmen in dem unmittelbar nachfolgenden Aufwärtsrahmen
geplant. Alle Bestätigungsnachrichten
werden zuerst vor irgendeiner der durch die Sendeerlaubnisse zugelassenen
Datennachrichten gesendet. Für
diejenigen drahtlosen Modems, die sowohl Sendeerlaubnisse als auch
Unicast-Nachrichten im Abwärtsrahmen
empfangen, wird eine unterschiedliche Sendeerlaubnis ausgegeben,
damit diese Modems ihre Bestätigungen
im Huckepackverfahren ihren Aufwärts-Datenübertragungen
aufladen können.
Zur Bestätigung
von Aufwärts-Unicast-Rahmen
wird vom AP entweder eine Unicast-Bestätigungsnachricht geplant oder
die Bestätigungsnachricht
der Abwärts-Datenübertragung
im Huckepackverfahren aufgeladen.
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Wie
schon erwähnt
kann die Anzahl von verfügbaren
Reservierungsminischlitzen dynamisch geändert werden. Wenn es beispielsweise
k Minischlitze in einem Wettbewerbs-Reservierungsschlitz und N Gesamtschlitze
gibt, von denen N1 Reservierungsschlitze mit insgesamt N1·k Minischlitzen
sind, dann sind die übrigen (N – N1) Schlitze
Datenschlitze. Wenn NUM_RA_MIN und NUM_RA_MAX die Mindest- bzw.
Höchstzahl
von für
das System gewünschten
Reservierungsminischlitzen sind, dann kann die Anzahl verfügbarer Reservierungsminischlitze
auf Grundlage des Prozentsatzes freier Minischlitze und der Gesamt-Aufwärtswarteschlangenlänge dynamisch
geändert
werden.
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Zur
dynamischen Einstellung der Gesamtzahl von für die entfernten Knoten zur
Tätigung
von Zugangsanforderungen verfügbaren
Reservierungsminischlitzen sind vier Verfahren entwickelt worden.
In jedem dieser Verfahren ist die gesamte Aufwärts-Warteschlangenlänge für jede beliebige
Zeit 'q', der Prozentsatz
von freien Minischlitzen zu jeder beliebigen Zeit ist 'frei', die Anzahl von
Minischlitzen in einem Rahmen zu jeder beliebigen Zeit ist 'no_mini' und die Anzahl von
Nichtwettbewerbs-Datenschlitzen in einem Rahmen zu jeder beliebigen
Zeit ist 'no_slots'. Die Basisstation
(AP) entscheidet darüber,
wie schnell die Anzahl verfügbarer
Minischlitze geändert
wird. Mit jeder Wiederholung des Entscheidungsvorgangs wird von
der Basisstation die Anzahl verfügbarer
Reservierungsminischlitze zu den entfernten Knoten rundgesendet.
Die Entscheidung der Basisstation beruht auf den Ergebnissen eines
dieser Verfahren. Für
jedes Verfahren wird die Annahme getroffen, daß die entfernten Knoten während ihrer
Aufwärts-Datenübertragungen
Aufwärtswarteschlangenlängeninformationen
im Huckepackverfahren zur Basisstation gesendet haben.
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Unten
stehend wird eine Softwareimplementierung des Verfahrens 1 zur dynamischen
Einstellung der Anzahl von Reservierungsminischlitzen gegeben und
ist auch bildmäßig im Flußdiagramm
der 12A dargestellt.
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Nach
der Darstellung in 12A wird, wenn die Gesamt-Aufwärtswarteschlangenlänge größer als
ein hoher Schwellwert (HIGH) ist 1201 und wenn der Prozentsatz
freier Minischlitze (IDLE) nicht größer als ein erster Idle-Schwellwert
ist (IDLE1) 1202, die Anzahl von Minischlitzen (N) unverändert gelassen.
Wenn jedoch der Prozentsatz freier Minischlitze größer als
der erste Idle-Schwellwert ist 1202 und der Zustand nicht "1" beträgt 1203 (was bedeutet,
daß die
Anzahl von Minischlitzen nicht nur verringert wurde), wird die Anzahl
von Minischlitzen im Rahmen um einige k verringert 1204,
die Anzahl von Datenschlitzen (SLOTS) im Rahmen wird um 1 erhöht und der
Zustand wird auf "1" gesetzt. Wenn die
gesamte Aufwärtswarteschlangenlänge nicht
größer als
der hohe Schwellwert ist 1201, dann wird, wenn die gesamte
Aufwärtswarteschlangenlänge geringer als
ein niederiger Schwellwert (LOW) ist 1205 und der Prozentsatz
freier Minischlitze nicht geringer als ein zweiter Idle-Schwellwert
(IDLE2) ist 1206, die Anzahl von Minischlitzen unverändert gelassen.
Wenn jedoch der Prozentsatz freier Minischlitze geringer als der
zweite Idle-Schwellwert ist 1206 und der Zustand "1" ist 1207 (was bedeutet, daß die Anzahl
von Minischlitzen gerade verringert wurde), wird die Anzahl von
Minischlitzen im Rahmen um k erhöht 1204,
die Anzahl von Datenschlitzen im Rahmen wird um 1 verringert und
der Zustand wird auf "0" gesetzt. In allen
vier Verfahren können
die Schwellwerte und der Wert von k sofern gewünscht im voraus angegeben werden.
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Eine
Softwareimplementierung des Verfahrens 2 für die dynamische Einstellung
der Anzahl von. Reservierungsminischlitzen ist unten gegeben und
ist auch bildmäßig im Flußdiagramm
der 12B dargestellt. In den Verfahren
der 12B und 12D ist
HIGH2 > HIGH1 und
LOW2 > LOW1.
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Nach
der Darstellung in 12B wird, wenn die gesamte
Aufwärtswarteschlangenlänge größer als
ein erster hoher Schwellwert (HIGH2) ist 1210, und wenn
der Prozentsatz freier Minischlitze nicht größer als ein erster Idle-Schwellwert ist 1211,
die Anzahl von Minischlitzen unverändert belassen. Wenn jedoch
der Prozentsatz freier Minischlitze größer als der erste Idle-Schwellwert ist 1211 und
der Zustand "0" ist 1212 (was
bedeutet, daß die
Anzahl von Minischlitzen gerade erhöht wurde), wird die Anzahl
von Minischlitzen im Rahmen um 2k verringert 1213, die
Anzahl von Datenschlitzen im Rahmen wird um 2 erhöht und der
Zustand wird auf "2" gesetzt. Wenn der
Zustand "1" ist 1214,
wird die Anzahl von Minischlitzen im Rahmen um k erniedrigt 1215, die
Anzahl von Datenschlitzen im Rahmen wird um 1 erhöht und der
Zustand wird auf "2" gesetzt.
-
Im
Verfahren der 12B wird, wenn die gesamte
Aufwärtswarteschlangenlänge nicht
größer als
der erste hohe Schwellwert ist 1210, und wenn die gesamte
Aufwärtswarteschlangenlänge größer als
ein zweiter hoher Schwellwert (HIGH1) ist 1220 und der
Prozentsatz freier Minischlitze nicht größer als der erste Idle-Schwellwert ist 1217,
die Anzahl von Minischlitzen unverändert gelassen. Wenn jedoch
der Prozentsatz freier Minischlitze größer als der erste Idle-Schwellwert ist 1217 und
der Zustand "0" ist 1218,
wird die Anzahl von Minischlitzen im Rahmen um k verringert 1219,
die Anzahl von Datenschlitzen im Rahmen um 1 erhöht und der Zustand auf "1" gesetzt.
-
Wenn
die gesamte Aufwärtswarteschlangenlänge nicht
größer als
der erste hohe Schwellwert 1210 und der zweite hohe Schwellwert 1220 ist,
aber nicht niedriger als sowohl ein erster (LOW1) 1221 und
ein zweiter (LOW2) 1222 niedriger Schwellwert ist, wird
die Anzahl von Minischlitzen unverändert gelassen. Wenn jedoch
die gesamte Aufwärtswarteschlangenlänge nicht
größer als
der zweite hohe Schwellwert ist 1220, nicht niedriger als
der erste niedrige Schwellwert 1221 ist, aber niedriger
als der zweite niedrige Schwellwert ist 1222, dann wird,
wenn der Prozentsatz freier Minischlitze weniger als ein zweiter
Idle-Schwellwert 1223 ist und der Zustand "2" ist 1224 (was bedeutet, daß die Anzahl
von Minischlitzen gerade verringert wurde), die Anzahl von Minischlitzen
im Rahmen um k erhöht 1225,
die Anzahl von Datenschlitzen im Rahmen um 1 erniedrigt und der
Zustand auf "1" gesetzt.
-
Wenn
die gesamte Aufwärtswarteschlangenlänge nicht
größer als
der zweite hohe Schwellwert ist 1220 und niedriger als
der erste niedrige Schwellwert ist 1221, dann wird, wenn
der Prozentsatz freier Minischlitze weniger als der zweite Idle-Schwellwert
ist 1226 und der Zustand nicht "0" ist 1224,
wenn der Zustand "1" ist 1228,
die Anzahl von Minischlitzen im Rahmen um k erhöht 1230, die Anzahl
von Datenschlitzen im Rahmen um 1 erniedrigt und der Zustand auf "0" gesetzt, während, wenn der Zustand "2" ist, die Anzahl von Minischlitzen im
Rahmen um 2k erhöht
wird 1229, die Anzahl von Datenschlitzen im Rahmen um 2
erniedrigt wird und der Zustand auf "0" gesetzt
wird.
-
Eine
Softwareimplementierung des Verfahrens 3 für die dynamische Einstellung
der Anzahl von Reservierungsminischlitzen ist unten gegeben und
auch bildmäßig im Flußdiagramm
der 12C dargestellt.
-
-
Nach
der Darstellung in 12C wird, wenn die gesamte
Aufwärtswarteschlangenlänge größer als
ein hoher Schwellwert 1240 ist, und wenn der Prozentsatz
freier Minischlitze nicht größer als
ein erster Idle-Schwellwert 1241 ist,
die Anzahl von Minischlitzen unverändert gelassen. Wenn jedoch
der Prozentsatz freier Minischlitze größer als der erste Idle-Schwellwert ist 1241,
dann wird, wenn die Anzahl von Minischlitzen größer als die zulässige Mindestzahl
von Minischlitzen (MIN) ist 1242, die Anzahl von Minischlitzen
im Rahmen um k erniedrigt 1243 und die Anzahl von Datenschlitzen
im Rahmen um 1 erhöht.
Wenn die gesamte Aufwärtswarteschlangenlänge nicht
größer als
ein hoher Schwellwert ist 1240, dann wird, wenn die gesamte
Aufwärtswarteschlangenlänge weniger
als ein niedriger Schwellwert ist 1244 und der Prozentsatz
freier Minischlitze nicht weniger als ein zweiter Idle-Schwellwert ist 1245,
die Anzahl von Minischlitzen unverändert gelassen. Wenn jedoch
der Prozentsatz freier Minischlitze weniger als der zweite Idle-Schwellwert ist 1245 und
die Anzahl von Minischlitzen weniger als die zulässige Höchstzahl von Minischlitzen
(MAX) ist 1246, dann wird die Anzahl von Minischlitzen
im Rahmen um k erhöht 1247 und
die Anzahl von Datenschlitzen im Rahmen um 1 erniedrigt.
-
Eine
Softwareimplementierung des Verfahrens 4 für die dynamische
Einstellung der Anzahl von Reservierungsminischlitzen ist unten
gegeben und auch bildmäßig im Flußdiagramm
der 12D dargestellt.
-
-
Nach
der Darstellung in 12D wird, wenn die gesamte
Aufwärtswarteschlangenlänge größer als
ein erster hoher Schwellwert ist 1250, wenn der Prozentsatz
von freien Minischlitzen nicht größer als ein erster Idle-Schwellwert ist 1251,
die Anzahl von Minischlitzen unverändert gelassen. Wenn jedoch
der Prozentsatz freier Minischlitze größer als der erste Idle- Schwellwert ist 1251 und
die Anzahl von Minischlitzen größer als eine
zulässige
Mindestzahl von Minischlitzen ist 1252, dann wird die Anzahl
von Minischlitzen im Rahmen um 2k erniedrigt 1253 und die
Anzahl von Datenschlitzen im Rahmen wird um 2 erhöht. Wenn
die gesamte Aufwärtswarteschlangenlänge nicht
größer als
der erste hohe Schwellwert ist 1250, dann wird, wenn die
gesamte Aufwärtswarteschlangenlänge größer als
ein zweiter hoher Schwellwert ist 1254 und der Prozentsatz
freier Minischlitze nicht größer als
der erste Idle-Schwellwert
ist 1255, die Anzahl von Minischlitzen unverändert gelassen.
Wenn jedoch der Prozentsatz freier Minischlitze größer als
der erste Idle-Schwellwert
ist 1255 und die Anzahl von Minischlitzen größer als
die zulässige
Mindestzahl von Minischlitzen ist 1256, dann wird die Anzahl von
Minischlitzen im Rahmen um k erniedrigt 1257 und die Anzahl
von Datenschlitzen im Rahmen wird um 1 erhöht.
-
Im
Verfahren der 12D wird, wenn die gesamte
Aufwärtswarteschlangenlänge nicht
größer als
der erste hohe Schwellwert 1250 und der zweite hohe Schwellwert 1254 ist,
aber auch nicht niedriger als sowohl ein erster 1258 als
auch ein zweiter 1262 niedriger Schwellwert ist, die Anzahl
von Minischlitzen unverändert gelassen.
Wenn jedoch die gesamte Aufwärtswarteschlangenlänge nicht
größer als
der zweite hohe Schwellwert ist 1254, nicht niedriger als
der erste niedrige Schwellwert 1258 ist, aber niedriger
als der zweite niedrige Schwellwert 1262 ist, dann wird,
wenn der Prozentsatz freier Minischlitze weniger als ein zweiter
Idle-Schwellwert ist 1263 und die Anzahl von Minischlitzen
weniger als die zulässige
Höchstzahl
ist 1264, die Anzahl von Minischlitzen im Rahmen um k erhöht 1265 und
die Anzahl von Datenschlitzen im Rahmen wird um 1 erniedrigt.
-
Wenn
die gesamte Aufwärtswarteschlangenlänge nicht
größer als
der zweite hohe Schwellwert ist 1254 und niedriger als
der erste niedrige Schwellwert ist 1258, dann wird, wenn
der Prozentsatz freier Minischlitze geringer als der zweite Idle-Schwellwert
ist 1259 und die Anzahl von Minischlitzen geringer als
die zulässige
Höchstzahl
ist 1260, die Anzahl von Minischlitzen im Rahmen um 2k
erhöht 1261 und
die Anzahl von Datenschlitzen im Rahmen wird um 2 verringert.
-
Die
Rolle des AP bei der Beantwortung von Aufwärtsbandbreitenanforderungen
von Modems, ob sie in reinen Reservierungsminischlitzen oder in
Huckepackform ankommen, besteht in der Steuerung von Aufwärtsübertragungen
zum Erreichen eines Gleichgewichts zwischen hohem Bandbreitenwirkungsgrad
und ausgezeichneter Dienstgüte-(QoS-)Verwaltung.
Während
QoS-Erfordernisse für
CBR-Verkehr (Constant Bit Rate – konstante
Bitrate) äußerst wichtig
und streng sind, sind sie relativ freizügig für herkömmlichen Datenverkehr. Ein
Ziel des Bandbreitenzuteilungsverfahrens im AP besteht daher darin,
aus diesen verschiedenen QoS-Erfordernissen Nutzen zu ziehen, um
einen hohen Grad statistischen Multiplexens zu erreichen. Um zu
bestimmen, wie der AP Abwärtsverkehr
aus verschiedenen Verbindungen übertragen
sollte, erfordert der AP ein Abwärts-Ablaufplanungssystem.
Auf ähnliche
Weise erfordert der AP zum Koordinieren der Aufwärtsübertragungen von zugehörigen drahtlosen
Modems ein System zur Ablaufplanung der Aufwärtsübertragungsgelegenheit jedes
drahtlosen Modems. Die Ablaufplanungssysteme können so einfach wie zyklische
Abarbeitung, strikte Priorität
oder ein Algorithmus mit Abfragegerechtigkeit sein oder können als
Alternative komplexer sein, wie beispielsweise ein Algorithmus der
gerechten Warteschlangenbildung. Wie schon besprochen ist eine Anzahl
von Zeitplansteuerungen vorgeschlagen worden, die alle Variationen
der gerechten Warteschlangenbildung sind.
-
Das
Aufwärts-Ablaufplanungssystem
muß nicht
das gleiche wie das Abwärts-Ablaufplanungssystem sein,
jedoch kann man für
eine einfache Ausführungsform
entscheiden, daß sie
die gleichen sein sollen. Es ist klar, daß ein Ablaufplanungssystem
gewünscht
wird, das Dienstgüte
für Endbenutzer
bereitstellt. Wie bei ATM-Netzen können unterschiedliche Dienstklassen
definiert werden, um verschiedenartige QoS-Bedürfnisse unterschiedlicher Anwendungen
zu berücksichtigen.
Die möglichen
Dienstklassen umfassen: konstante Bitrat (CBR – Constant Bit Rate), in Echtzeit
und nicht in Echtzeit variable Bitrate (RT VBR, NRT VBR – Real-Time Variable
Bit Rate, Non-Real-Time Variable Bit Rate), nichtspezifizierte Bitrate
(UBR – Unspecified
Bit Rate), und verfügbare
Bitrate (ABR – Available
Bit Rate). Um den QoS-Erfordernissen unterschiedlicher Dienstklassen
zu entsprechen, muß es
ein Verfahren zur Zuteilung von Bandbreite und Pufferressourcen
geben, das keine statistische Priorisierung des einen gegenüber dem
anderen erfordert.
-
Damit
der AP Abwärts-
und Aufwärts-Ablaufplanung
in dem Fall durchführt,
wo die drahtlosen Modems geographisch verteilt sind, wird ein Mechanismus
benötigt,
damit die drahtlosen Modems entsprechende Informationen zur Basisstation
weitergeben, die der einzige Ort ist, der eine vollständige Übersicht
aller Übertragungswarteschlangen
besitzt (d. h. Übertragungswarteschlangen
für sowohl
drahtgebundene als auch drahtlose Hosts). Es gibt mindestens zwei
alternative Weisen zur Berechnung der Dienstetiketten für alle dem
Zugangspunkt zugeordneten Hosts. Bei diesen Verfahren wird angenommen,
daß die
drahtgebundenen Hosts, mit denen die zugehörigen drahtlosen Modems kommunizieren,
permanent dem Zugangspunkt zugeordnet sind. Bei einem Verfahren
kann die Basisstation die virtuelle Systemzeit und die zugewiesenen
Anteile von Dienstklassen zu jedem der drahtlosen Modems rundsenden.
Dann wird von jedem drahtlosen Modem sein eigenes Dienstetikett
berechnet und die Basisstation darüber über ein Zugangsanforderungspaket
oder durch Huckepackübertragung
auf der Datenübertragung
informiert. Als Alternative kann das drahtlose Modem einfach die
Basisstation (wiederum über
ein Zugangsanforderungspaket oder durch Huckepackübertragung
auf der Datenübertragung) über seine
Wartschlangengröße informieren
und die Basisstation kann das Dienstetikett für jedes drahtlose Modem wie
auch für
die drahtgebundenen Hosts berechnen. Das zweite Verfahren ist hinsichtlich
der Abwärts-Bandbreitennutzung
wirkungsvoller, da die Basisstation nicht die zugewiesenen Dienstanteile
(die dynamisch veränderlich
sein können)
zu jedem drahtlosen Modem übertragen
muß.
-
Eine
Ausführungsform
des ersten Verfahrens ist in der 15A dargestellt.
Von der Basisstation wird eine virtuelle Systemzeit 1510 zu
den entfernten Hosts rundgesendet. Von jedem entfernten Host wird
ein Dienstetikettwert 1515 für jedes seiner neu angekommenen
Pakete berechnet, und dann der kleinste Etikettwert zur Basisstation übertragen 1520.
Sendeerlaubnisse werden dann an der Basisstation auf Grundlage der von
den entfernten Host empfangenen Dienstetikettwertes und der verfügbaren Datenschlitze
zugewiesen 1530. Die Sendeerlaubnisse werden zu den entfernten
Hosts rundgesendet 1540 und dann werden von den entfernten
Hosts Pakete in der durch die Sendeerlaubnisse angegebenen Reihenfolge
empfangen 1540. Wenn ein Paket verloren geht oder mit Fehlern
empfangen wird 1545, wird der sendende entfernte Host entweder
durch den AP oder durch Nichtempfang einer ACK vom AP als Antwort über dieses
Problem in Kenntnis gesetzt. Vom sendenden entfernten Host werden
dann die Dienstetikettwerte aller seiner in Wartschlange aufgereihten
Pakete einschließlich
des Pakets, dessen Übertragung
fehlgeschlagen ist, neu berechnet 1550.
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Dieses
Verfahren geht so lange weiter, bis alle geplanten Pakete untersucht
worden sind 1555, wonach das System wiederum die aktuelle
virtuelle Zeit rundsendet 1510.
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In
der 15B ist eine Ausführungsform
des zweiten Verfahrens dargestellt. Eine Paketzählung wird von jedem entfernten
Host zur Basisstation übertragen 1560,
wobei jede Paketzählung
entweder die Anzahl von Paketen fester Größe oder die Länge eines
vom entfernten Host zur Basisstation zu übertragenden Pakets mit veränderlicher
Länge darstellt.
Von der Basisstation werden die Dienstetikettwerte für jeden
entfernten Host berechnet 1565; Sendeerlaubnisse auf Grundlage
der Dienstetikette der entfernten Hosts und der verfügbaren Datenschlitze
zugewiesen 1530 und die Sendeerlaubnisse zu den entfernten
Hosts rundgesendet 1535. Pakete werden von den entfernten
Hosts in der durch die Sendeerlaubnis angegebenen Reihenfolge empfangen 1540.
Wenn ein Paket verloren geht oder mit Fehlern empfangen wird 1545 werden
vom AP die Dienstetikettwerte für
diesen entfernten Host neu berechnet 1570. Dieses Verfahren
wird so lange fortgesetzt, bis alle geplanten Pakete untersucht
worden sind 1555, wonach die entfernten Hosts ihre Paketzählungen
wieder zur Basisstation übertragen 1560.
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Sollten
in den Verfahren der 15A und 15B übertragene
Pakete verloren gehen, werden von der Basisstation (Zugangspunkt)
oder dem drahtlosen Modem neue Dienstetikettwerte für alle in
einer Warteschlange aufgereihten Pakete auf Grundlage der gegenwärtigen virtuellen
Systemzeit neu berechnet. In einer alternativen Ausführungsform
werden vom AP oder dem drahtlosen Knoten eine Paketwarteschlange
und ein Warteschlangenkopfetikett unterhalten. Wenn in diesem Verfahren
ein Paket verloren geht, muß nur
das Warteschlangenkopfetikett geändert
werden. Sobald das Warteschlangenkopfpaket erfolgreich übertragen
worden ist, wird der Rest der in Warteschlange aufgereihten Pakete
automatisch das richtige Etikett (das neu berechnete Warteschlangenkopfetikett
zuzüglich
entsprechender Erhöhungen)
empfangen. Diese alternative Ausführungsform besitzt den Vorteil
der Benutzung geringerer Prozessorkapazität. Wiederholung in einem Abfragesystem
wird allgemein in R. Kautz „A
Distributed Self-Clocked Fair Queuing Architecture For Wireless
ATM Networks" (eine
verteilte selbstgetaktete Architektur der gerechten Warteschlangenbildung
für drahtlose ATM-Netze), 1997 International
Symposium an Personal Indoor and Mobile Radio Communications besprochen.
Von Kautz wird jedoch nicht das Verfahren der vorliegenden Erfindung
zur Neuberechnung von Etikettwerten bei verlorengegangenen Paketen
besprochen.
-
Ein
Verfahren zur Neuberechnung von Dienstetiketten nach Verlust eines
Pakets ist eindeutig von großer
Bedeutsamkeit in einem drahtlosen System, wo solche Verluste täglich sind.
Für den
Halbduplexfall werden sowohl die Aufwärts- als auch Abwärtswarteschlangen
an den Zugangspunkten so verwaltet, als wenn sie gemeinsam die gleiche
Bandbreite benutzen, d. h. als wenn es nur eine virtuelle Systemzeit
gäbe. Für den Vollduplexfall
können
getrennte virtuelle Systemzeiten für den Aufwärts- und Abwärtsverkehr
benutzt werden. Es könnte
auch wünschenswert
sein, entfernte Hosts für
Zwecke der Abwärtsübertragung
in eine oder mehrere getrennte Gruppen aufzuteilen, wobei jede Gruppe
eine unterschiedliche Priorität
aufweist und eine unterschiedliche virtuelle Systemzeit empfängt. Sobald
ein Modem eine Bestätigung
seiner anfänglichen
Zugangsanforderung empfängt,
wartet es, bis es eine Sendeerlaubnis vom AP empfängt. Jedesmal
wenn das Modem ein Paket überträgt, zeigt
es auch an, ob es weitere Pakete in seinem Puffer aufweist. Diese
Huckepackübertragung
dient dann als wettberwerbsfreie Bandbreitenreservierungsanforderung
für das
Modem.
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In
der 16 ist die Berechnung von Dienstetiketten
dargestellt. Zuerst wird vom AP der Dienstetikettschritt für jeden
entfernten Knoten auf Grundlage des jedem Knoten zugewiesenen Dienstanteils
berechnet 1610. Den Paketen jedes Knoten werden dann Dienstetikette
gemäß dem anwendbaren
Algorithmus der gerechten Warteschlangenbildung zugewiesen 1612.
Pakete werden dann entsprechend der Reihenfolge der zugewiesenen
Dienstetikette abgefertigt 1614. Wenn Pakete von einem
Knoten ankommen, der vorher eine leere Warteschlange aufwies 1516,
werden den Paketen des neu übertragenden
Knotens Dienstetikette beginnend mit dem Etikett des gegenwärtig bedienten
Pakets zusätzlich
des Dienstetikettschritts dieses Knotens zugewiesen 1618.
Wenn ein Fehler in der Übertragung
eines Pakets vorkommt 1620, dann wird das Dienstetikett dieses
Pakets neu als das aktuelle Etikett zuzüglich des Dienstetikettschritts
für diesen
Knoten zugewiesen 1622. Die übrigen
Pakete für
diesen Knoten werden dann neue Dienstetikette erhalten 1622,
die das vorhergehende Dienstetikett zuzüglich des Dienstetikettschritts
des Knotens sein werden. Dies kann entweder durch unmittelbare Neuberechnung
aller Dienstetikette für
diesen Knoten oder durch Neuberechnung des Warteschlangenkopfetiketts,
sofern vorhanden, durchgeführt
werden. Im Fall des Warteschlangenkopfetiketts wird, sobald das
Warteschlangenkopfpaket erfolgreich übertragen ist, der Rest der
in Warteschlange aufgereihten Pakete für diesen Knoten automatisch
das richtige Etikett erhalten. Man beachte, daß die Dienstetikette für alle anderen
Knoten durch die Neuübertragung
eines Pakets für
diesen Knoten unbeeinflußt
bleiben, was bedeutet, daß die
von den anderen Knoten erfahrene QoS nicht leidet.
-
In
der bevorzugten Ausführungsformen
eines Aspekts der Erfindung beruht die Reihenfolge, in der der Zugangspunkt
Sendeerlaubnisse an alle zugehörigen drahtlosen
Modems sendet, auf dem oben beschriebenen selbstgetakteten Algorithmus
der gerechten Warteschlangenbildung. Die Reihenfolge, in der der
Zugangspunkt die verschiedenen Abwärtsverbindungen bedient, beruht
ebenfalls auf dem Algorithmus der selbstgetakteten gerechten Warteschlangenbildung.
Beispielsweise kann ein System eine Kapazität von 16 Einheiten und 3 Sitzungen
mit Sitzungs-Kennungen 1, 2, 3 und Sitzungsanteilen r
1 =
1, r
2 = 2 bzw. r
3 =
3 aufweisen. Wenn der Einfachheit der Berechnung halber die Länge der
Pakete einer beliebigen Sitzung stets L = 8 ist, wird jedes Paket
0,5 Zeiteinheiten zu seiner Übertragung
erfordern. Der Dienstetikettschritt:
beträgt dann 8, 4 und 2 für Sitzungen
1, 2 bzw. 3. Wenn zur Zeit t die Sitzung 1 4 Pakete aufweist, die
Sitzung 2 8 Pakete aufweist und die Sitzung 3 bis t = 3 nicht in
Rückstand
gerät,
dann erhalten die Pakete der Sitzung 1 entsprechend der Gleichung
(1) die Dienstetikette 8, 16, 24 und 32. Auf ähnliche Weise erhalten die
Pakete der Sitzung 2 die Dienstetikette 4, 8, 12, 16, 20, 24, 28
und 32.
-
9A zeigt die Dienstetikette der Pakete in diesem
Beispiel zur Zeit t = 0. Die Pakete der Sitzung 1 mit Dienstetikett
8 902, Dienstetikett 16 904, Dienstetikett 24 906 und
Dienstetikett 32 908 sind mit Paketen 912, 914, 916, 918, 920, 922 und 924 aus
Sitzung 2 verschachtelt. Das Paket 910 aus Sitzung 2 mit
dem Dienstetikett 4 ist gegenwärtig
in Bearbeitung.
-
9B zeigt die Dienstetikette der übrigen in
Warteschlange aufgereihten Pakete zur Zeit t = 3 kurz vor Ankunft
der Pakete aus Sitzung 3. Paket 918 aus Sitzung 2 mit Dienstetikett
20 ist gegenwärtig
in Bearbeitung. 9C zeigt die Dienstetikette
der Pakete zur Zeit t = 3 kurz nach Ankunft der neun Pakete 930, 932, 934, 936, 938, 940, 942, 944 und 946 aus
Sitzung 3. Man beachte, daß das
Dienstetikett für
das erste Paket 930 der Sitzung 3 bei 22 beginnt, da bei
Ankunft der Pakete das Dienstetikett des gegenwärtig bearbeiteten Pakets 20
war. So wird das erste Paket 930 aus Sitzung 3 für einen
Dienstetikettschritt von 2 das Dienstetikett 22 erhalten. Nachfolgende
Pakete aus Sitzung 3 weisen dann Dienstetikette von 24, 26, 28 usw.
auf.
-
9D zeigt die Dienstetikette der übrigen in
Warteschlange aufgereihten Pakete zur Zeit t = 4,5. Die Übertragung
des Pakets 906 mit Dienstetikett 24 aus Sitzung 1 weist
Fehler auf. Vom Zugangspunkt wird daher ein neues Dienstetikett
von 32 für
dieses Paket 950 neu berechnet, das wiederholt werden muß. Vom Zugangspunkt
werden auch die Dienstetikette der übrigen Pakete aus Sitzung 1
neu berechnet, was im vorliegenden Fall nur ein weiteres Paket 952 (908 in
der 9C) betrifft, das ein neues
Dienstetikett von 40 erhält. Auf
diese Weise wird durch die Wiederholung eines Pakets aus einer bestimmten
Sitzung die Dienstgüte
anderer Sitzungen nicht beeinflußt.
-
Wenn
der PC des entfernten Host Datendienste wünscht, sendet er eine Verbindungsnachricht
zum drahtlosen Modem. Bei Empfang dieser Nachricht wird vom drahtlosen
Modem der rundgesendete Rahmen überwacht,
der fortlaufend vom AP gesendet wird. Die Bakennachricht ist ein
Teil dieses rundgesendeten Rahmens und stellt Zeitinformationen,
die ESS-ID des Netzes, die BSS-ID des APs, Informationen über Wettbewerbsschlitze,
die Belastungsmetrik des AP usw. bereit. Vom drahtlosen Modem wird
dann der AP gewählt, mit
dem es sich assoziieren möchte,
und ein Assoziationsanforderungsrahmen auf MAC-Schicht gesendet.
Da Assoziationsanforderungsrahmen im Wettbewerbsbetrieb gesendet
werden, können
Kollisionen vorkommen. Ein drahtloses Modem muß den Assoziationsanforderungsrahmen
wiederholen, wenn es keinen Assoziationsantwortrahmen vom AP empfängt. Nach
einer Höchstzahl
von wiederholten Versuchen wird vom drahtlosen Modem eine Verbindungsfehlschlagnachricht
zum PC des entfernten Host gesendet, die anzeigt, daß sich das drahtlose
Modem zur gegenwärtigen
Zeit nicht mit einem AP assoziieren kann.
-
Bei
Empfang eines Assoziationsanforderungsrahmens von einem drahtlosen
Modem wird vom AP, nachdem er das drahtlose Modem erfolgreich authentifiziert
hat, ein Assoziationsantwortrahmen mit einem Zustandscode „erfolgreich" zum Modem gesendet.
Authentifizierung wird auf der Netzschicht durchgeführt. Wenn ein
Benutzer eine Verbindung über
das drahtlose Modem anfordert, wird die Verbindungsanforderung vom
Zugangspunkt zum drahtlosen Hub weitergeleitet. Vom drahtlosen Hub
wird dann der Benutzer authentifiziert. Wenn der Benutzer erfolgreich
authentifiziert ist, wird durch das drahtlose Hub ein einmaliges
Verbindungs-Cookie
für den
Zugangspunkt bereitgestellt. Wenn es wünschenswert ist, für unterschiedliche
Verbindungen vom gleichen Benutzer unterschiedliche QoS bereitzustellen,
dann werden dem gleichen Benutzer unterschiedliche Verbindungs-Cookies
zugewiesen; auf ähnliche
Weise wird, wenn es wünschenswert
ist, unterschiedlichen Benutzern unterschiedliche QoS bereitzustellen
(obwohl möglicherweise
vom gleichen drahtlosen Modem), dann wird jedem Benutzer eine unterschiedliche
Verbindungsidentität
gegeben.
-
Wenn
das drahtlose Modem nicht erfolgreich authentifiziert werden kann,
dann wird ein Assoziationsantwortrahmen mit einem entsprechenden
Ursachencode gesendet. Unterschiedliche Ursachencodes können definiert
werden, um jede der möglichen
unterschiedlichen Ursachen für
die Nichtassoziierung abzudecken. Wenn es wünschenswert ist, die Registrierung
auf MAC-Schicht mit der Netzschichtregistrierung zu kombinieren,
sollte der Assoziationsanforderungsrahmen ausreichende Einbuchungsinformationen
enthalten, damit der AP ein Netzschichtregistrierungspaket zum anfordernden
drahtlosen Hub senden kann. In diesem Fall wird vom AP der Assoziationsantwortrahmen
so lange nicht gesendet, bis er eine weitere Antwort vom drahtlosen Hub
empfängt.
-
Wenn
die Registrierung auf MAC-Schicht nicht mit der Netzschichtregistrierung
kombiniert wird, dann kann der AP die Registrierung auf MAC-Schicht
vor Senden des Assoziationsantwortrahmens zum drahtlosen Hub weiterleiten.
Die Trennung der Registrierung auf MAC-Schicht und der Netzschichtregistrierung
ist nützlich,
wenn gewünscht
wird, daß die
Netzsoftware für
andere physikalische Implementierungen weiter verwendbar sein soll.
Auch muß,
wenn unterschiedliche Benutzer das gleiche drahtlose Modem für unterschiedliche Verbindungsanforderungen
benutzen, das drahtlose Modem möglicherweise
nur eine Registrierung auf MAC-Schicht durchführen, aber möglicherweise
immer noch mehrere Netzschichtregistrierungen durchführen. Wenn
es nur einen Benutzer für
jedes drahtlose Modem gibt, dann trägt die Kombination der MAC-Schicht
mit Netzschichtregistrierung zur Verringerung der Anzahl von Luftstreckenrahmen
während
des Registrierungsverfahrens bei.
-
Bei
Empfang einer Wiederverbindungsnachricht vom PC des entfernten Host
assoziiert sich ein drahtloses Modem von neuem mit einem Zugangspunkt über das
folgende Verfahren:
- 1. Das drahtlose Modem überträgt einen
Neuassoziierungsanforderungsrahmen zum Zugangspunkt;
- 2. Wenn der Neuassoziierungsantwortrahmen mit einem Zustandscode „erfolgreich" empfangen wird, überträgt das drahtlose
Modem eine Wiederverbindungserfolgnachricht zum PC;
- 3. Wenn der Neuassoziierungsantwortrahmen mit einem anderen
Zustandscode als „erfolgreich" empfangen wird, überträgt das drahtlose
Modem eine Wiederverbindungsfehlschlagnachricht zum PC.
-
Zur
Unterstützung
der Neuassoziierung von Stationen arbeitet der Zugangspunkt wie
folgt:
- 1. Jedesmal, wenn ein Neuassoziierungsanforderungsrahmen
von einer Station empfangen wird und die Station authentifiziert
ist, überträgt der Zugangspunkt
eine Neuassoziierungsanforderung mit einem „erfolgreich" anzeigenden Zustandswert;
- 2. Wenn der Zustandswert „erfolgreich" ist, wird das der
Station zugewiesene Verbindungs-Cookie in die Antwort eingeschlossen;
- 3. Wenn die Neuassoziierung erfolgreich ist, wird vom Zugangspunkt
seine MAC-Filtertabelle entsprechend aktualisiert. Auch informiert
der Zugangspunkt das drahtlose Hub über diese Neuassoziierung;
- 4. Wenn die Neuassoziierungsanforderung nicht erfolgreich ist,
wird vom Zugangspunkt eine Neuassoziierungsanforderung mit einem
entsprechenden Ursachencode zum drahtlosen Modem übertragen.
-
Wenn
sich entweder der PC oder der Zugangspunkt aus irgendeinem Grund
voneinander loslösen
will, wird ein Abtrennungsanforderungsrahmen gesendet. Vom PC wird
eine Abtrennungsnachricht zum drahtlosen Modem gesendet, die das
drahtlose Modem veranlaßt,
einen Abtrennungsanforderungsrahmen zum Zugangspunkt zu senden.
Der Zugangspunkt antwortet mit einem Abtrennungsantwortrahmen, der
den Erfolg oder das Fehlschlagen der durch den PC eingeleiteten
Abtrennungsbemühung
anzeigt. Vom drahtlosen Modem wird dann diese Antwort über eine
Abtrennungsantwortnachricht zum PC zurückgeleitet.
-
Unter
einigen Bedingungen, wie beispielsweise Überlastung oder wenn anderen
Benutzern eine höhere
Priorität
erteilt wird, muß ein
Zugangspunkt möglicherweise
ein bestimmtes drahtloses Modem loslösen, das vorher mit diesem
Zugangspunkt assoziiert war. In diesem Fall sendet der Zugangspunkt
eine Loslösungsanforderungsnachricht
zum drahtlosen Modem. Das drahtlose Modem antwortet dem Zugangspunkt
mit einem Loslösungsantwortrahmen
und leitet dann die Loslösungsnachricht
zu allen an das drahtlose Modem angeschalteten PC weiter. Ein Zugangspunkt
kann auch eine bestimmte Verbindung unter Verwendung einer Abtrennungsanforderungsnachricht
abtrennen, die zum PC über
das drahtlose Modem weitergeleitet wird. Für drahtlose Modems, die mehr
als einen PC unterstützen,
wird eine Loslösungsanforderungsnachricht
dann benutzt, wenn gewünscht
wird, das gesamte drahtlose Modem zu sperren.
-
Auf
Grundlage einer Liste von Zugangspunkten, mit denen das drahtlose
Modem kommunizieren kann, entscheidet das Modem, mit welchem AP
es sich assoziieren will, indem es den AP wählt, der den nachfolgenden
Kriterien am besten entspricht (in Reihenfolge abnehmender Priorität):
- 1. bestes Signal-Interferenz-Verhältnis RSSI
und SNR.
- 2. am wenigsten belastet (d. h. mit der geringsten Anzahl äquivalenter
assoziierter Benutzer).
- 3. erfordert die geringste Leistung zum Kommunizieren mit ihm.
-
Das
Verhältnis
der Aufwärts-/Abwärts-Übertragungszeit
kann dynamisch einstellbar sein. Eine Weise, dieses zu implementieren,
benutzt ein Bit „mehr" oder Aufwärts-Warteschlangengrößeninformationen,
die im Huckepack auf der Aufwärtsdatenübertragung übertragen
werden. Der Zugangspunkt wird dann bei Empfang dieser Informationen
von allen gegenwärtig
in der Zelle/dem Sektor aktiven entfernten Knoten vollständig Informationen über die
gesamte Aufwärts-/Abwärts-Warteschlangengröße besitzen
und kann diese Informationen zur dynamischen Einstellung des Aufwärts-/Abwärts-Verhältnisses
auf Grundlage der gesamten Aufwärts-/Abwärts-Warteschlangengrößeninformationen
benutzen. Eine einfache Weise, dies durchzuführen, ist die Verwendung eines
Schwellwert basierenden Verfahrens: wenn das Gesamtverhältnis der
Aufwärts-/Abwärts-Warteschlangengröße unter
k1 abfällt,
wird vom Zugangspunkt das Aufwärts-/Abwärts-Verhältnis auf
s1 eingestellt; wenn das Gesamtverhältnis der Aufwärts-/Abwärts-Warteschlangengröße über k2 ansteigt
(k2 > k1), wird vom
Zugangspunkt das Aufwärts-/Abwärts-Verhältnis auf
s2 eingestellt (s2 > s1).
Zur gegenwärtigen Zeit
scheint die Verkehrscharakterisierung anzudeuten, daß ein Verhältnis von
4:1 zutreffend ist.
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Wie
aus 10 ersichtlich weist der Rahmen 1010 vier
Reservierungsminischlitze 1012, zwei Aufwärtsschlitze 1020,
drei Abwärtsschlitze 1030 und
Bakennachricht 1040 auf. Die Bakennachricht 1040 enthält Informationen,
die die Gesamtzahl von Schlitzen und die Anzahl von Abwärtsschlitzen
angeben, die im nächsten
Rahmen 1050 vorhanden sein werden. Vom Rahmen 1050 werden
diese Informationen widergespiegelt, indem er die gleiche Anzahl
von Reservierungsminischlitzen 1012 (4) aufweist, aber
drei Aufwärtsschlitze 1020 und
zwei Abwärtsschlitze 1030 zuzüglich einer
neuen Bakennachricht 1060, die das Aufwärts-/Abwärts-Übertragungszeitverhältnis für den nächsten Rahmen
angibt, usw.
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Zur
Ablaufsteuerung des PC werden vom drahtlosen Modem hohe und niedrige
Pufferbelegungsschwellwerte für
jede Richtung (Aufwärtsstrecke/Abwärtsstrecke)
gesetzt und die Pufferbelegung überwacht. Wenn
die Pufferbelegung für
den Aufwärtsverkehr
auf den hohen Schwellwert trifft, wird vom drahtlosen Modem ein
Ablaufsteuerungssignal (Xaus) zum PC gesendet. Wenn die Pufferbelegung
für den
Aufwärtsverkehr unter
den niedrigen Schwellwert abfällt
(nachdem es vorher den hohen Schwellwert überschritten hat), sendet das
drahtlose Modem ein Signal „Xan" zum PC. Wenn die
Pufferbelegung für
den Abwärtsverkehr
auf den hohen Schwellwert trifft, wird vom drahtlosen Modem das
Xan/Xaus-Bit im Rahmenkontrollfeld zu der Zeit, wenn es eine Nachricht
zum Zugangspunkt sendet, auf „an" gesetzt. Wenn es
keinen zu sendenden Aufwärtsrahmen gibt,
wird eine Nachricht mit Länge
Null gesendet. Ein solcher Rahmen wird als Kontrollrahmen hoher
Priorität angesehen.
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Für die Halbduplex-Frequenzmultiplexversion
wird sowohl vom drahtlosen Modem als auch dem Zugangspunkt ein Speicher
zum Puffern von sowohl Aufwärts-
als auch Abwärtsnachrichten
unterhalten. Für
die Vollduplex-Frequenzmultiplexversion
wird vom AP ein Puffer für
sowohl Aufwärts-
als auch Abwärtsnachrichten
unterhalten. Typische Puffergrößen wären 100
kByte sowohl am Modem als auch am AP für FDHD und 200 kByte am AP
für FDFD.
Die Puffer des drahtlosen Modems sind typischerweise in ein Verhältnis von
k1:1 zwischen dem Abwärts- und Aufwärtsverkehr
aufgeteilt.
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Auch
sind die Zugangspunktpuffer in ein Verhältnis k2:1
von Abwärts-
zu Aufwärtsverkehr
aufgeteilt. Verkehrscharakterisierung scheint wiederum anzudeuten,
daß ein
Verhältnis
von 4:1 (wobei Abwärtskapazität viermal
größer als
Aufwärtskapazität ist) zutreffend
ist. Wenn die Abwärtspufferbelegung
auf den hohen Schwellwert trifft, sendet der Zugangspunkt eine Nachricht „Xaus" zum drahtlosen Hub.
Wenn die Abwärtspufferbelegung
auf den niedrigen Schwellwert trifft (nachdem sie vorher den hohen
Schwellwert überschritten hat),
sendet er eine Nachricht „Xan" zum drahtlosen Hub.
Wenn die Aufwärtspufferbelegung
auf den hohen Schwellwert trifft, wird vom Zugangspunkt zu der Zeit,
wenn er den nächsten
Rundsenderahmen zu allen zugehörigen
drahtlosen Modems sendet, das Bit „Xan" im Rahmenkontrollfeld gesetzt. Wenn
die Aufwärtspufferbelegung
auf den niedrigen Schwellwert trifft (nachdem sie vorher den hohen
Schwellwert überschritten
hat), wird vom Zugangspunkt das Bit „Xaus" im Rahmenkontrollfeld zur Zeit, wenn
er den nächsten
Rundsenderahmen sendet, gelöscht.
Zusätzlich
wird vom Zugangspunkt ein ausgeklügelteres Ablaufsteuerungsverfahren benutzt,
um die Pufferbelegung jedes drahtlosen Modems (in beiden Richtungen)
zu verfolgen und einen MAC-Rahmen Xan/Xaus zu einem bestimmten drahtlosen
Modem für
eine Verletzung eines hohen Aufwärts-Pufferschwellwerts
zu senden oder das drahtlose Hub mit der zutreffenden Verbindungs-ID über eine Verletzung
des hohen Abwärts-Pufferschwellwerts
zu informieren.
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Ein
Aspekt der Erfindung ist der Unterstützung von Zulassungssteuerung
fähig.
Wenn ein PC-Benutzer eine Verbindungsanforderung über das
drahtlose Modem einreicht, wird die Verbindungsanforderung in eine
Vermittlungsschicht-Registrierungsnachricht umgewandelt, die über die
Luftstrecke zum AP übertragen wird.
Der AP muß eine
Entscheidung treffen, ob er diese neue Verbindungsanforderung zulassen
kann. Das Zulassungssteuerungsverfahren kann einfach sein, wie beispielsweise
Zulassen jeder neuen Verbindungsanforderung, wenn die Gesamtzahl
zugelassener Verbindungen unter einer Höchstzahl liegt. Ein einfaches
Zulassungssteuerungsverfahren kann jedoch nicht allen zugelassenen
Benutzern Dienstgüte
garantieren und ergibt möglicherweise
keine hohe Bandbreitennutzung.
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Andere
Zulassungssteuerungsverfahren können
daher besser als das einfache Verfahren sein. Ein besonderes Zulassungssteuerungsprogramm
kann sogar eine Kombination mehrerer Verfahren nutzen. Beispielsweise
könnte,
wo jede Verbindungsanforderung ein Verzögerungserfordernis, ein Bandbreitenerfordernis
und einen Verkehrsdeskriptor angibt, der AP zuerst verschiedene
Leistungsmetriken berechnen (z. B. insgesamt verbrauchte Bandbreite,
durchschnittliche Verzögerung),
um zu bestimmen, ob Zulassung der neuen Verbindung eine Nichterfüllung der
Dienstgüte
dieser zugelassenen Verbindungen verursachen könnte. Wenn die Dienstgüte aller
zugelassenen Verbindungen bei Zulassen der neuen Verbindung unterhalten
werden kann, wird die neue Verbindung zugelassen. Ansonsten wird
die neue Verbindungsanforderung verweigert. Das äquivalente auf Bandbreite basierende,
von K.M. Rege in „Equivalent
Bandwidth and Related Admission Criteria for ATM Systems- A Performance
Study" (Äquivalente
Bandbreiten- und
verwandte Zulassungskriterien für
ATM-Systeme – eine
Leistungsuntersuchung), International Journal of Communication Systems,
Band 2, Seiten 181–197
(1994) beschriebene Zulassungsverfahren kann mit geringen Abänderungen
zur Behandlung dieses Problems in einer drahtlosen Umgebung benutzt
werden. Beispielsweise wird von Rege angenommen, daß es nur
ein Bandbreitenerfordernis und eine Menge von QoS-Erfordernissen gibt.
In diesem Fall wird das Verfahren von Rege zur Unterstützung mehrfacher
Bandbreitenerfordernisse und unterschiedlicher QoS- Erfordernisse für Aufwärtsstrecke-/Abwärtsstrecke
erweitert. Auch wird eine Einstellung des Bandbreitenerfordernisses
auf Grundlage der Funkentfernung (und daher des möglichen
FER, das erfahren werden könnte)
zwischen dem drahtlosen Modem und dem AP unterstützt.
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In
einem weiteren Beispiel gibt jede Verbindungsanforderung die erforderliche
durchschnittliche Bitrate und einen Verkehrs-Bursthaftigkeitsfaktor an. Vom AP werden
Informationen über
die Anzahl von durch jede Verbindung in beiden Richtungen für eine gewisse
Zeitdauer gesendeten Byte eingesammelt. Auch mißt der AP einen Bursthaftigkeitsfaktor
für den
Verbindungsverkehr in beiden Richtungen. Auf Grundlage dieser gemessenen
Informationen kann der AP die mögliche
durchschnittliche Verbindungsbitrate in beiden Richtungen (Aufwärtsstrecke/Abwärtsstrecke)
und den Bursthaftigkeitsfaktor jeder Verbindung bestimmen. Vom AP
wird dann eine äquivalente
Anzahl zugelassener Verbindungen berechnet. Bei Ankunft einer neuen
Verbindungsanforderung wird vom AP berechnet, ob die neue äquivalente
Anzahl zugelassener Verbindungen einen angegebenen Schwellwert überschreitet.
Wenn der Schwellwert überschritten
wird, wird die Verbindungsanforderung verweigert. Ansonsten wird
sie angenommen.
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Die
gemessenen Größen können verschiedene
Metriken bezüglich
Interferenz sein. Wenn dies ein interferenzbegrenztes System anstatt
eines bandbreitenbegrenzten Systems ist, dann wird vom AP, um zu
erfahren, ob die neue Verbindung zugelassen werden sollte, eine
FER-Metrik (Frame Error Rate – Rahmenfehlerrate)
für jeden
entfernten Host auf Grundlage der gemessenen Interferenz fortlaufend
gemessen. In 20 ist eine Implementierung
dieses Verfahrens zum Zulassen neuer Verbindungen auf Grundlage
gemessener Größen in einem
drahtlosen Netz dargestellt. An der Basisstation werden für jeden
entfernten Host eine Aufwärts-Rahmenfehlerrate,
eine durchschnittliche Aufwärts-Bitrate,
ein Bursthaftigkeitsfaktor für
den Aufwärtsverkehr
und eine Paketverlustrate gemessen 2010. An jedem zugelassenen
entfernten Host werden eine Abwärts-Rahmenfehlerrate,
eine durchschnittliche Abwärts-Bitrate,
ein Bursthaftigkeitsfaktor des Abwärtsverkehrs und eine Paketverlustrate
gemessen 2015 und dann wird die Abwärts-FER zur Basisstation gesendet 2020.
Dieses Verfahren ist fortlaufend 2025 und erlaubt allen
gegenwärtig
zugelassenen entfernten Hosts, ihre gemessene FER zur Basisstation
zu senden. Der Meldevorgang kann entweder periodisch oder ausgelöst sein.
In einer alternativen Ausführungsform
sendet jeder entfernte Host auch die gemessene durchschnittliche Abwärts-Bitrate,
den Verkehrs-Bursthaftigkeitsfaktor
und die Paketverlustrate zur Basisstation.
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An
der Basisstation wird für
jeden entfernten Host wird eine äquivalente
Bandbreite auf Grundlage von Durchschnitts- und Spitzenbitraten
der Verbindungen, des Bursthaftigkeitsfaktors des Verkehrs und der
Paketverlustrate jeder Verbindung berechnet 2030. Diese
Berechnungen werden fortlaufend aus von den entfernten Hosts empfangenen
neuen Informationen aktualisiert und werden von der Basisstation
zur Berechnung einer äquivalenten
Anzahl von bereits zugelassenen Verbindungen benutzt 2040.
Wenn eine neue Verbindung angefordert wird 2045, werden
von der Basisstation die Auswirkungen der von der angeforderten
Verbindung angeforderten Durchschnittsrate und Paketverlustrate
in Betracht gezogen und auf Grundlage der äquivalenten Bandbreite berechnet 2050,
ob Dienstgüte
aller zugelassenen Verbindungen selbst bei Zulassung der neuen Verbindung
unterhalten werden kann. Wenn QoS unterhaltbar ist 2055,
wird die neue Verbindung zugelassen 2060; wenn nicht, dann
wird der neuen Verbindung Zulassung verweigert 2065.
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Auch
kann ein strenges Nutzungsprioritätszulassungskriterium implementiert
werden. Wenn es beispielsweise zwei Benutzerprioritätsklassen
gibt, Klasse 1 und Klasse 2, könnte
das System höchstens
K1 Benutzer der niedrigeren Prioritätsklasse
2 und eine Gesamtzahl von Benutzern M (M ≥ K1)
zulassen. Wenn ein AP recieves eine Verbindungsbitte von einem neuen
Verbraucher von Klasse 1, macht es ein auf Entscheidung die basiert
ist auf der jetzigen gesamten Zahl verbundener Verbraucher, km. Wenn km ≤ M, Es gibt
den neuen Verbraucher von Klasse 1 zu. Sonst prüft es, wenn es irgendeinen
Klasse 2 Verbraucher abschalten kann. Wenn es kann, dann schaltet
es einen Klasse 2 Verbraucher ab und gibt der neuen Klasse 1 Verbraucher
zu.
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In
diesem Brauchprioritäteintrittschema
gibt es zwei Wege, unter Prioritäten
Benutzer zuzugeben. Wenn die Systemleistungsbedingung solch ist,
dass es passend ist, unter Prioritäten Benutzer, nachdem sie zugegeben
sind, dann die unter Prioritäten
Benutzer sind zugegeben abzuschalten ebenso lang als die gesamte
Zahl verbundener Verbraucher ist weniger als M. Jedoch, wenn eine
neue Klasse 1 Verbraucher erscheint, wird der AP ein abschaltet
Nachricht zu einer 2 usrs von den zugegebenen Klassen schicken,
um zuzugeben, der neuen Klasse 1 Verbraucher. In einer Verkörperung
ein „wenigst
kürzlich
benutzt" wird Verfahren
benutzt, den zugegebenen Klasse 2 Verbraucher zu identifizieren,
die der AP abschalten wird.
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Wenn
die Systemleistungsbedingung solch ist, dass es ungeeignet ist,
unter Prioritäten
Benutzer abzuschalten, nachdem sie zugegeben sind, dann gibt der
AP Klasse 2 Verbraucher in der Folgenden Weise zu: Wenn km < M
Und der neue Verbraucher ist von Klasse 2, bestimmt dann der AP
wenn die Anzahl verbundener Verbraucher von Klasse 2, Im,
ist solch das Im < K2. Wenn Im < K2, dann wird der neue Verbraucher von Klasse 2
zugegeben werden. Sonst wird der neue Verbraucher von Klasse 2 nicht
zugegeben werden. Diese Annäherung
kann zu mehrfachen Prioritätenklassen
ausgedehnt werden.
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19 ist ein Ablaufdiagramm, das diese Verkörperung
von einer Methode für
Steuerung des Eintritts von entfernten Gastgebern gemäß einem
Aspekt von der anwesenden Erfindung illustriert. Das Netz von der Verkörperung
von 19 Stützen wenigstens zwei Prioritätenklassen
entfernter Gastgeber, und hat sowohl eine maximale gesamte Zahl
zugegebener entfernter Gastgeber, als eine maximale Zahl der remotes
von zugegebener unter Priorität.
Wenn die Basisstation 1910 eine Verbindungsbitte von einem
unadmitted entfernten Gastgeber empfängt, bestimmt es 1915,
ob der Gastgeber der höheren
Prioritätklasse
gehört.
Wenn doch dann wenn die gesamte Zahl zugegebener entfernter Gastgeber
weniger als die maximale gesamte Zahl entfernter Gastgeber 1920 ist,
wird der unadmitted höhere
Prioritätgastgeber 1925 zugegeben
werden. Wenn die gesamte Zahl zugegebener entfernter Gastgeber nicht
weniger als die maximale gesamte Zahl entfernter Gastgeber 1920 ist,
dann wenn keiner von den schon zugegebenen entfernten Gastgebern
von der unter Prioritätklasse 1930 ist,
wird der Ersuchengastgeber Eintritt 1935 abgelehnt werden.
Wenn einer der schon zugegebenen Gastgeber von der unter Prioritätklasse 1930 ist,
und es hat zu der Zeit angezeigt, dass es zugegeben wurde, dass
es 1940, die unter Priorität entfernte Klasse abgeschaltet
werden darf, 1945, damit der Ersuchen entfernten Gastgeber
von der höheren
Prioritätklasse 1925 zugegeben
werden darf, wird abgeschaltet werden. In einer Verkörperung,
dem wenigsten kürzlich
benutzten entfernten Gastgeber von der unter Prioritätklasse,
wird das ein sein, das bevorzugt abgeschaltet wird. Wenn die Verbindung
Bitte recieved an der Basis 1910 stationiert, ist von einem
unadmitted entfernten Gastgeber gehörend einer unter Prioritätklasse 1915, dann
wenn die gesamte Zahl zugegebener entfernter Gastgeber weniger als
die maximale zulässige 1950 ist, und
die Ersuchen unter Priorität
entfernter Gastgeber zeigt an, dass es verfrüht 1955 abgeschaltet
werden kann, wird der unter Prioritätgastgeber 1925 zugegeben
werden. Wenn die gesamte Zahl zugegebener entfernter Gastgeber weniger
als das Maximum 1950 ist, und die unadmitted unter Priorität entfernte
Gastgeber zeigt an, dass jene verfrühte Trennung ungeeignet 1955 ist,
dann hat der unter Priorität
entfernter Gastgeberwille nur 1925, wenn die Anzahl von
schon zugegegebenet unter Prioritätengastgebern weniger als eine Schwelle 1960 ist,
sonst das Ersuchen unter Prioritätgastgeber
Eintritt 1935, der zugegegebenet worden ist, genauso wie
wenn die gesamte Zahl von zugegeben wird abgelehnt werden Zugegebene
Verbraucher war die maximale zulässige 1950 nicht
weniger als.
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In
einer alternativen Ausführungsform
des vorliegenden Zulassungssteuerungsverfahrens werden Benutzer
einer niedrigeren Prioritätsklasse
(z. B. Benutzer der Klasse 2) zugelassen, wenn die Gesamtzahl gegenwärtig assoziierter
Benutzer aller Klassen geringer als ein zweiter Schwellwert, normalerweise
niedriger als der Schwellwert für
Benutzer höherer
Priorität
ist, anstatt teilweise (als zweiter Schwellwert) auf der Anzahl
gegenwärtig
assoziierter Benutzer dieser niedrigeren Prioritätsklasse basiert zu sein. In
dieser Ausführungsform wird,
wenn die Gesamtzahl gegenwärtig
assoziierter Benutzer weniger als Qi ist
(wobei Qi+i < Qi und Qi = M), der neue Benutzer aus Prioritätsklasse
i zugelassen.
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In
einer Ausführungsform
werden vom AP die folgenden Informationen für jede Verbindung gesammelt:
(i) die benutzte Durchschnittsrate, (ii) das letztemal, als die Verbindung
das Netz benutzte, (iii) Rahmenfehlerrate und (iv) Paketverlustrate.
Mit Überlaststeuerungsverfahren
kann dieser AP dann Benutzer einer niedrigeren Priorität während eines
Staus abtrennen. Anstatt Benutzer einer niedrigeren Priorität abzutrennen, können sie
als Alternative zu anderen in der Nähe gelegenen APs umgeleitet
werden, die eine niedrigere Last aufweisen.
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Wenn
die Abwärts-/Aufwärts-Pufferbelegung
den hohen Schwellwert überschritten
hat, wird vom Zugangspunkt in einer bevorzugten Ausführungsform
bestimmt, ob dies durch eine bestimmte Verbindung oder eine Gruppe
von Verbindungen verursacht wird. Wenn es durch eine bestimmte Verbindung
verursacht wird, wird vom Zugangspunkt ein Ablaufsteuerungssignal
zur Verbindung gesendet, um zu vermeiden, daß sie mehr Daten sendet. Zusätzlich könnte der
Zugangspunkt die Bandbreitenanteile verringern, die allen Benutzern
zugeteilt werden, die während
des Verbindungsaufbaus angezeigt haben, daß sie eine veränderliche
zugeteilte Bandbreite tolerieren können.
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Wenn
ersichtlich ist, daß die
gemessenen Abwärts-Rahmenfehlerraten
für viele
Verbindungen ansteigen, dann könnte
der AP einen erhöhten
Störungspegel
von anderen Zugangspunkten erfahren. Alle zugelassenen Benutzer
können
allgemein in zwei Kategorien eingestuft werden: diejenigen, die
Dienstunterbrechungen zulassen und diejenigen, die es nicht tun.
Wenn es aufgrund eines erhöhten
Störungspegels
Blockierungen gibt, könnte
sich der Zugangspunkt entscheiden, die Klasse zugelassener Benutzer,
die Dienstunterbrechung erlauben, abzutrennen, damit den übrigen Benutzern
mehr Bandbreite zugeteilt werden kann (wobei die Verfügbarkeit
von mehr Bandbreite eine folglich größere Anzahl von Gelegenheiten
zur Wiederholung bereitstellt).
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Wenn
nur eine bestimmte Verbindung eine hohe Abwärts-Rahmenfehlerrate erfährt, dann könnte sich der Zugangspunkt
entscheiden, andere Verbindungen abzutrennen, wenn die eine schlechte
Leistung erfahrende Verbindung eine höhere Priorität aufweist.
Wenn beispielsweise eine bestimmte Verbindung hoher Priorität eine hohe
Aufwärts-Rahmenfehlerrate
erfährt,
dann könnte
der Zugangspunkt andere Benutzer abtrennen, um der Verbindung höherer Priorität mehr Bandbreite
zu erteilen. Wenn eine Mehrheit aller assoziierten Verbindungen
hohe Aufwärts-Rahmenfehlerraten
erfahren, kann der AP statt dessen ein Blockiert-Signal zu einem
drahtlosen Hub senden, das die Handlungen anderer Zugangspunkte
koordinieren kann, wie beispielsweise durch Senden von Signalen
zu diesen Zugangspunkten zum Verhindern, daß sie neue Benutzer zulassen
und zum Fallenlassen von Benutzern niedriger Priorität.
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Es
könnte
auch Gelegenheiten geben, wenn es einen plötzlichen Anstieg in kurzen
bursthaftigen Nachrichten gibt. Kurze Pakete, die so lange in einer
Warteschlange eingereiht waren, entweder in der Aufwärts- oder
Abwärtswarteschlange
am Zugangspunkt, daß sie
den ihnen zugeteilten Lebenszeitwert überschreiten, werden verworfen
und ergeben eine Erhöhung
der Paketverlustrate aufgrund des Verarbeitungsengpasses am Zugangspunkt.
In einer solchen Überlastsituation
könnte
sich der Zugangspunkt entscheiden, einige Benutzer einer niedrigeren
Priorität
zeitweilig abzutrennen. Auch wären
andere Kombinationen der besprochenen möglichen Handlungen geeignet,
wobei die genaue Kombination durch die Basisstation in Abhängigkeit
von den im Netz beobachteten bestimmten Blockierungszuständen entschieden
wird.
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Im
Flußdiagramm
der 21 ist eine bestimmte Ausführungsform
eines Verfahrens zur Überlaststeuerung
dargestellt. Wie aus 21 ersichtlich wird fortlaufend
eine Aufwärts-Rahmenfehlerrate
an der Basisstation für
jeden entfernten Host auf Grundlage einer durchschnittlichen Aufwärts-Bitrate,
eines Bursthaftigkeitsfaktors für
Aufwärts-Verkehr
und einer Paketverlustrate gemessen 2110. Auf ähnliche
Weise wird an jedem entfernten Host eine Abwärts-Rahmenfehlerrate auf Grundlage
der Durchschnitts-Abwärtsbitrate,
des Bursthaftigkeitsfaktors des Abwärts-Verkehrs und der Paketverlustrate
gemessen 2115 und dann wird jede FER. zur Basisstation
gesendet 2120. Dieses Verfahren ist fortlaufend 2125 und
ermöglicht.
allen gegenwärtig zugelassenen
entfernten Hosts, ihre FER zur Basisstation zu senden. Wenn ein Überlastzustand
besteht, werden zum Steuern des Datenflusses Flußsteuerungsnachrichten zwischen
mindestens einem der entfernten Hosts und der Basisstation gesendet 2130.
Pakete an der Basisstation mit einer einen Lebensdauerschwellwert überschreitenden
Verzögerung 2135 werden
dann verworfen 2140 und Verbindungen mit einer Rahmenfehlerrate,
die einen Rahmenfehlerratenschwellwert für eine bestimmte Zeit überschritten
hat 2145 und die angezeigt haben, daß ihre Verbindungen unterbrochen
werden können 2150,
werden abgetrennt 2155.
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Um
eine bestimmte Dienstgüte
zu erhalten, enthält
jede Verbindungsanforderung die folgenden Informationen: Bandbreitenerfordernis,
Verzögerungserfordernis,
eine Markierung „Verlust
tolerierbar/nicht tolerierbar",
eine Markierung „Dienstunterbrechung
zulässig", annehmbare Paketverlustrate
und einen Verkehrsdeskriptor, der aus Spitzendatenrate, Durchschnittsdatenrate
und einem möglichen
Bursthaftigkeitsfaktor für
jede Richtung, aufwärts
und abwärts
besteht. Beispielsweise wird bei einer Verbindung, die eine Verzögerungserfordernis
von 20 ms und „verlusttolerant" angibt, ihr Paket
verworfen, wenn die Nachricht, die sie sendet oder empfangen soll,
länger
als 20 ms in der Warteschlange am drahtlosen Modem oder dem Zugangspunkt
sitzt. Wenn der Benutzer ein Verzögerungserfordernis angibt,
sich aber als „nicht
verlusttolerant" einstuft,
dann werden für
diesen Benutzer bestimmte Pakete so lange nicht verworfen, bis es
einen Pufferüberlauf
gibt. Das Bandbreitenerfordernis, Verzögerungserfordernis, die Paketverlustrate
und der Verkehrsdeskriptor werden alle in dem Zulassungssteuerungsverfahren
benutzt.
-
Ein
Datensicherheitsmerkmal kann unter Verwendung eines beliebigen der
in der Technik bekannten Verfahren implementiert werden. Ein Beispiel
wäre die
Anpassung des dem IEEE-Standard 802.11, drahtgebundenes Ortsnetz
(LAN – Local
Area Network) äquivalenten
Ansatzes. Das WEP-Merkmal (Wired equivalent privacy – drahtgebundene äquivalente
Geheimhaltung) ist im Standard 802.11 zum Schützen berechtigter Benutzer
eines drahtlosen LAN gegen gelegentliches Abhören definiert. Nutzlastverschlüsselung
wird nur eingeschaltet, wenn die WEP-Option eingeschaltet ist. Von
jedem Dienstanbieter wird ein gemeinsam benutzter Schlüssel allen
Benutzern zugewiesen, zusätzlich
zu einem für
den Benutzer einmaligen Schlüssel.
Die Schlüssel
werden periodisch abgeändert,
wobei die Wirksamkeit des Sicherheitsmerkmals von der Länge des gewählten Schlüssels und
der Häufigkeit
der Änderung
des Schlüssels
abhängig
ist.