DE69932325T2

DE69932325T2 - Verfahren zur aufforderung und zuteilung von reservierungen über ein übertragungsmedium

Info

Publication number: DE69932325T2
Application number: DE69932325T
Authority: DE
Inventors: Marouane Berrada; Americo Brajal
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Pendragon Wireless LLC
Priority date: 1999-01-06
Filing date: 1999-12-24
Publication date: 2007-07-19
Anticipated expiration: 2019-12-25
Also published as: TW518848B; JP4502513B2; WO2000041361A1; FR2788178A1; EP1060599B1; CN1292187A; CA2322886A1; EP1060599A1; DE69932325D1; CN1139224C; JP2002534906A; AU2539500A; AU761086B2; US6731616B1; ES2267312T3

Description

Die Erfindung betrifft ein Kommunikationssystem, welches eine Hauptstation, ein Übertragungsmedium und Endgeräte umfasst, wobei die Endgeräte Folgendes umfassen:

– Mittel zum Übertragen von Anforderungen an die Hauptstation, welche eine Anzahl Reservierungen angeben, welche dem Endgerät über das Übertragungsmedium gewährt werden müssen,
– einen Anforderungszähler zum Zählen der Reservierungen, welche von dem Endgerät angefordert wurden und welche noch nicht gewährt wurden,
– Mittel zum Berechnen der Anzahl Reservierungen, welche angefordert werden müssen, wobei der Wert des Anforderungszählers berücksichtigt wird,

Die Erfindung findet Anwendung beispielsweise in interaktiven Kommunikationssystemen über Satellit oder über Funkwellen.
Ein derartiges System ist insbesondere in dem Artikel „Combined Free/Demand Assignment Multiple Access (CFDAMA) protocols for packet satellite communications" von Tho Le-Ngoc und Jahangir Mohammed, herausgegeben in den Proceedings of the 2^nd IEEE International Conference on Universal Personal Communications, Ottawa, Kanada, 12. bis 15. Oktober 1993, Bd. 2, Seiten 825 bis 828, beschrieben.
Das Anforderungsverfahren, welches in diesem Artikel beschrieben ist, besteht darin, dass die Anzahl Reservierungen, welche von dem Endgerät angefordert und diesem Endgerät noch nicht gewährt wurden, überwacht wird, um die Anzahl Reservierungen zu berechnen, welche angefordert werden müssen. Dieses Verfahren ist vorteilhaft, weil es ermöglicht, eine wiederholte Umformulierung der gleichen Anforderung zu vermeiden, wenn die anfängliche Anforderung noch nicht gewährt wurde. Es wird folglich vermieden, dass Reservierungen unnötigerweise angefordert werden, welche nachfolgend von dem Endgerät nicht verwendet werden. Dies ermöglicht, die gemeinsame Verwendung der Betriebsmittel durch die verschiedenen Endgeräte zu optimieren. Dies ist insbesondere in dem Fall wichtig, bei welchem das Übertragungsmedium ein Satellitenkanal ist, weil dieser Typ des Übertragungsmediums besonders kostspielig ist.
Dieses Verfahren bezieht die Annahme ein, dass die Anforderungen, welche bereits gesendet wurden und für welche noch keine Zuteilung empfangen wurde, tatsächlich gerade behandelt werden und schließlich akzeptiert werden. Es ist dementsprechend höchst anfällig hinsichtlich Datenverlust, welcher aufgrund schlechter Übertragungsbedingungen entstehen kann. Bei diesem Verfahren verbleiben die verloren gegangenen Anforderungen tatsächlich durch den Anforderungszähler gezählt, und die entsprechende Anzahl Reservierungen wird dementsprechend für alle nachfolgenden Anforderungen berücksichtigt. Die Anzahl Reservierungen, welche von dem Endgerät nach einem derartigen Vorfall angefordert werden, ist dementsprechend dauerhaft geringer, als der tatsächliche Bedarf des Endgeräts. Dies führt zu dem Ergebnis, dass die durchschnittliche Wartezeit für Daten vor einer Übertragung unwiderruflich erhöht wird.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, den oben stehend beschriebenen Nachteil zu beheben. Diese Aufgabe wird mittels eines Kommunikationssystems gelöst, wie in der Beschreibungseinleitung beschrieben, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Endgeräte Rücksetzmittel zum Zurücksetzen ihrer Anforderungszähler und zum Übertragen eines Anzeigers zum Zurücksetzen des Zuteilungszählers umfassen, welcher dem relevanten Endgerät zugeordnet ist. Ein derartiges Zurücksetzen dient zum Vermeiden, dass das Endgerät dauerhaft Reservierungen zählt, welche nicht akzeptiert wurden. Dies kann beispielsweise ein periodisches Zurücksetzen betreffen.
Bei einer vorteilhafteren Ausführungsform umfassen die Endgeräte Anomalienerkennungsmittel und Aktivierungsmittel zum Aktivieren des Rücksetzmittels, wenn eine Anomalie erkannt wird. Diese Ausführungsform ist vorteilhafter, weil sie zum Reduzieren der Anzahl nutzloser Rücksetzoperationen dient, welche jede zu einem Effizienzabfall beim Gewähren der Reservierungen über das Übertragungsmedium führen.
Die Anomalienerkennungsmittel umfassen beispielsweise Vergleichsmittel, welche den Wert des Anforderungszählers mit einem voreingestellten Wert vergleichen. Bei einem anderen Beispiel umfassen sie Vergleichsmittel zum Vergleichen des Werts des Anforderungszählers zu einem Zeitpunkt t mit der Summe der Anforderungen, welche zwischen dem Zeitpunkt t und einem früheren Zeitpunkt t – P übertragen wurden, wobei P eine Zeitdauer (Wiederherstellungszeitdauer genannt) ist, welche für die Reservierungen ausreichend lang ist, welche vor dem Zeitpunkt t – P angefordert wurden, um bei Abwesenheit einer Anomalie zu dem Zeitpunkt t gewährt zu werden. Falls der Wert des Anforderungszählers zu einem Zeitpunkt t größer als die Summe der Anforderungen ist, welche zwischen t – P und t übertragen wurden, bedeutet dies, dass irgendetwas Irreguläres aufgetreten ist, beispielsweise dass Anforderungen verloren gegangen sind.
Die Erfindung wird besser verstanden, und weitere Einzelheiten werden aus der folgenden Beschreibung offenkundig, welche unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen gegeben wird, welche auf dem Weg nicht einschränkender Beispiele vorgestellt werden und bei welchen:
1 ein Beispiel eines Kommunikationssystems gemäß der Erfindung schematisch zeigt,
2 ein Beispiel eines Satellitenkommunikationssystems gemäß der Erfindung zeigt,
3 ein Beispiel einer Anforderungsverfahrensweise gemäß der Erfindung zeigt,
4 ein Verfahren gemäß der Erfindung zum Zurücksetzen von Zuteilungszählern durch die Hauptstation zeigt,
5, 6 und 7 Schaubilder sind, welche Ergebnisse, welche mittels des Verfahrens gemäß der Erfindung erhalten wurden, im Vergleich mit Ergebnissen darstellen, welche mittels des Verfahrens nach dem Stand der Technik erhalten wurden.
1 zeigt ein Beispiel eines Kommunikationssystems, welches eine Hauptstation 1 und mehrere interaktive Endgeräte 2 umfasst, welche über ein Übertragungsmedium 3 kommunizieren. Dieses Übertragungsmedium kann von verschiedener Art sein. Beispielsweise kann es ein Kabelnetzwerk, ein Funkwellen-Übertragungsmedium oder eine Satellitenverbindung sein.
In 2 wurde eine Wahl getroffen, ein Satellitenkommunikationssystem beispielhaft zu zeigen, weil es bei diesem Systemtyp so ist, dass das Risiko schlechter Übertragungsbedingungen am höchsten ist: Schlechte Übertragungsbedingungen können ein spezifisches Endgerät eines Satellitenkommunikationssystems beispielsweise dank lokaler Wetterbedingungen beeinflussen. Die Erfindung ist jedoch auch auf andere Übertragungsmedien anwendbar. Die Endgeräte 2 übertragen Daten und Anforderungen über einen ersten Satelliten 4 unter Verwendung eines ersten Frequenzbands Ka an die Hauptstation 1, und die Hauptstation 1 verteilt Daten und Steuerungsinformationen über einen zweiten Satelliten 5 unter Verwendung eines zweiten Frequenzbands Ku an die Endgeräte 2.
Bei dem zu beschreibenden Beispiel greifen die interaktiven Endgeräte 1 durch einen so genannten Vielfachzugriffsmechanismus im Zeitmultiplex (TDMA) auf das Übertragungsmedium 3 zu. Die Zeit ist zu diesem Zweck in Zeitintervalle unterteilt, und den Endgeräten werden bei Anforderungen von den Endgeräten Zeitintervalle dynamisch von der Hauptstation gewährt. Bei dieser Ausführungsform werden die Reservierungen auf dem Übertragungsmedium, welche von den Endgeräten angefordert und von der Hauptstation gewährt werden, dementsprechend durch Zeitintervalle gebildet.
Jedes Endgerät 2 umfasst einen Speicher 10, welcher eine Übertragungswarteliste ist und in welchem das Endgerät die Daten, welche übertragen werden sollen, in der Form von Paketen speichert. Wenn ein Endgerät i eine Anforderung mit dem Ziel formuliert, eine bestimmte Anzahl Zeitintervalle gewährt zu bekommen, berücksichtigt es die Anzahl MEM(i, t) Pakete, welche zu dem relevanten Zeitpunkt t in dem Übertragungsspeicher gespeichert sind.
Es wurden verschiedene Anforderungsmechanismen vorgeschlagen. Die Mechanismen vom Typ, wie in dem Artikel beschrieben, welcher in der Einleitung zitiert wird, sind insbesondere hinsichtlich der Optimierung bei der gemeinsamen Benutzung von Betriebsmitteln durch die Endgeräte des Kommunikationssystems wirksam. Sie bestehen darin, dass die Anzahl Reservierungen, welche bereits angefordert sind und noch akzeptiert werden müssen, für jedes Endgerät gezählt werden. Jedes Endgerät wird mit einem Zähler COUNT(i) bereitgestellt, welcher als Anforderungszähler bezeichnet wird und welcher jedes Mal mit eins inkrementiert wird, wenn eine Reservierung angefordert wird, und jedes Mal mit eins dekrementiert wird, wenn eine Zuteilung empfangen wird. Jede Anforderung, welche von einem Endgerät i übertragen wird, bezeichnet die Differenz zwischen den Inhalten MEM(i, t) seines Übertragungsspeichers und dem Wert COUNT(i) seines Anforderungszählers zu einem gegebenen Zeitpunkt t. Auf der Ebene der Hauptstation wird jede neue Anforderung, welche für ein Endgerät empfangen wird, zu der Vorhergehenden hinzugefügt: Die Anzahl Reservierungen, welche jedem Endgerät gewährt werden müssen, wird in einem Zähler ALLOC(i) gespeichert, welcher dem relevanten Endgerät zugeordnet ist, wobei der Zähler inkrementiert wird, wann immer eine Anforderung für eine Reservierung von der Hauptstation empfangen wird, und dekrementiert wird, wann immer dem Endgerät Reservierungen gewährt werden.
Ein derartiger Mechanismus weist den Nachteil auf, dass er besonders anfällig für Datenverluste ist, welche aus schlechten Übertragungsbedingungen resultieren können. Die Erfindung besteht insbesondere in einer Verbesserung bei diesem Typ des Anforderungsmechanismus, um seine Fähigkeit zu verbessern, mit Datenverlusten umzugehen.
3 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Anforderungsmechanismus gemäß der Erfindung. Dieser Mechanismus wird von einem Endgerät ausgeführt, wenn es bereit ist, eine Anforderung an die Hauptstation zu übertragen. Der Zeitpunkt, wenn dieser Mechanismus von dem Endgerät i in Betrieb genommen wird, wird als t bezeichnet.

– In Kasten 50 führt das Endgerät i eine Prüfung zum Erkennen einer möglichen Anomalie aus. Zu diesem Zweck vergleicht es den Wert des Anforderungszählers COUNT(i) mit der Summe
der Anforderungen, welche zwischen dem betrachteten Zeitpunkt t und einem früheren Zeitpunkt t – P übertragen wurden, wobei P eine Wiederherstellungszeitdauer ist, welche lang genug ist, so dass die Reservierungen, welche vor dem Zeitpunkt t – P angefordert wurden, bei Abwesenheit einer Anomalie zu dem Zeitpunkt t gewährt worden sind.
– Falls der Wert des Anforderungszählers COUNT(i) zu diesem Zeitpunkt t größer als die Summe der Anforderungen ist, welche zwischen t – P und t übertragen wurden (Pfeil N in der Figur), bedeutet dies, dass irgendetwas Irreguläres aufgetreten ist, beispielsweise dass Anforderungen verloren gegangen sind. Das Endgerät setzt dann seinen Anforderungszähler COUNT(i) im Kasten 51N zurück (COUNT(i) = 0), und es setzt den Wert eines Rücksetzanzeigers F(i) auf eins (dieser Rücksetzanzeiger wird, in Kasten 55, zusammen mit der Anforderung von dem Endgerät an die Hauptstation übertragen). Dann setzt es seinen Betrieb mit Kasten 52 fort.
– Falls nicht (Pfeil Y in der Figur), wurde keine Anomalie erkannt. Der Wert des Rücksetzanzeigers F(i) wird in Kasten 51Y auf null gesetzt, worauf der Betrieb mit Kasten 52 fortfährt.
– In Kasten 52 berechnet das Endgerät die Anzahl Reservierungen RESA(i, t), welche angefordert werden müssen: diese Anzahl Reservierungen ist gleich der Anzahl Pakete MEM(i, t), welche in dem Übertragungsspeicher des Endgeräts i zu dem Zeitpunkt t enthalten sind, welche aus dem Wert COUNT(i) des Anforderungszählers des Endgeräts i zu dem Zeitpunkt t abgeleitet wird: RESA(i, t) = MEM(i, t) – COUNT(i).
– In Kasten 53 speichert das Endgerät dann den erhaltenen Wert RESA(i, t) in einem FIFO-Speicher („First In First Out") mit einer Länge P.
– In Kasten 54 aktualisiert das Endgerät nun den Wert seines Anforderungszählers: COUNT(i) = COUNT(i) + RESA(i, t).
– In Kasten 55 überträgt es dann seine Anforderung R{RESA(i, t); i; F(i)} in einem Zeitintervall, welches ihm gewährt wurde, gefolgt von einem Nutzdatenbereich.

Die Auswahl des Werts der Wiederherstellungszeitdauer P ist wichtig. Im Allgemeinen sollte der Wert von P derartig ausgewählt werden, dass er die Übertragungszeit hin und zurück über das fragliche Übertragungsmedium plus der Ausführungszeit aufweist, welche von der Hauptstation erfordert wird, welche von dem Belegungsgrad des Übertragungsmediums und von der Anzahl Endgeräte abhängt, welche mit dem Kommunikationssystem verbunden sind. Zum Vermeiden zu häufiger Rücksetzoperationen und folglich Effizienzabfällen bei der gemeinsamen Benutzung der Betriebsmittel sollte der Wert von P etwas auf der höheren Seite abgeschätzt werden.
4 zeigt ein Beispiel, wie Zuteilungszähler ALLOC(i), welche in der Hauptstation gespeichert werden, aktualisiert werden. In Kasten 60 empfängt die Hauptstation eine Anforderung R{RESA(i, t); i; F(i)}, welche aus dem Endgerät i stammt. In Kasten 61 prüft sie den Wert des Rücksetzanzeigers F(i). Falls F(i) positiv ist (F(i) = 1), fährt der Betrieb mit Kasten 62 fort. Falls nicht, geht er zu Kasten 63. In Kasten 62 wird der Zuteilungszähler ALLOC(i) zurückgesetzt (ALLOC(i) = 0). Der Betrieb fährt dann mit Kasten 63 fort. In Kasten 63 wird der Zuteilungszähler mit der Anzahl Reservierungen inkrementiert, welche in der Anforderung R angegeben sind: ALLOC(i) = ALLOC(i) + RESA(i, t).
5, 6 und 7 zeigen die Ergebnisse, welche mit der Erfindung in einem Kommunikationssystem, wie in 2 gezeigt, erhalten wurden und welche die folgenden Eigenschaften aufweisen:

– das Kommunikationssystem umfasst 10 Stationen, welche einen Verkehr entsprechend einer Belegungsrate von 75% der Übertragungsmedien in einer homogenen Weise erzeugen,
– die Übertragungszeit hin und zurück liegt in der Größenordnung von 0,5 Sekunden,
– es taucht eine Verschlechterung der Übertragungsbedingungen zu dem Zeitpunkt t = 300 s auf, welche während 6 s einen Datenverlust nur für das Endgerät i = K bewirkt,
– P ist auf 10 s eingestellt.

5 zeigt den Einfluss des Datenverlusts auf die durchschnittliche Wartezeit in dem Übertragungsspeicher D_A (ausgedrückt in Sekunden) mit einem Anforderungsmechanismus gemäß dem Stand der Technik für das Endgerät i = K (Kurve 1) und für die anderen Endgeräte i ≠ K (Kurve 2). Die irreversible Erhöhung der durchschnittlichen Wartezeit in dem Übertragungsspeicher für das Endgerät, welches den Datenverlust erlitten hat, ist offenkundig.
6 zeigt die Werte der Variablen COUNT(i) und
als eine Funktion der Zeit für P = 10 s. Es wird eine einzelne Erkennung einer Anomalie und dementsprechend ein einzelnes Rücksetzen der Anforderungs- und Zuteilungszähler zu dem Zeitpunkt t = 320 s gefunden.
7 zeigt die durchschnittliche Wartezeit in dem Übertragungsspeicher D_INV (ausgedrückt in Sekunden) mit einem Anforderungsmechanismus gemäß der Erfindung für das Endgerät i = K (Kurve 1) und für die anderen Endgeräte i ≠ K (Kurve 2) mit P = 10 s. Diese durchschnittliche Verzögerung erhöht sich für eine kurze Zeitdauer für das Endgerät i = K und kehrt dann auf ihren normalen Wert zurück.

Claims

Kommunikationssystem, umfassend eine Hauptstation (1), ein Übertragungsmedium (3, 4, 5) und Endgeräte (2), die Endgeräte umfassend: – Mittel zum Übertragen von Anforderungen an die Hauptstation (R), welche eine Anzahl Reservierungen angeben, welche dem Endgerät auf dem Übertragungsmedium gewährt werden müssen (RESA(i, t)), – einen Anforderungszähler (COUNT(i, t)) zum Zählen der Reservierungen, welche von dem Endgerät angefordert wurden und welche noch nicht gewährt wurden, – Mittel zum Berechnen der Anzahl Reservierungen (RESA(i, t)), welche angefordert werden müssen, wobei der Wert des Anforderungszählers (COUNT(i, t)) berücksichtigt wird, während die Hauptstation einen Satz Zuteilungszähler (ALLOC(i)), welcher jeder einem Endgerät zugeordnet ist, zum Zählen der Reservierungen umfasst, welche dem relevanten Endgerät gewährt werden müssen, dadurch gekennzeichnet, dass die Endgeräte Rücksetzmittel zum Zurücksetzen ihrer Anforderungszähler und zum Übertragen an die Hauptstation einen Rücksetzanzeiger (F(i)) zum Zurücksetzen des Zuteilungszählers umfassen, welcher dem relevanten Endgerät zugeordnet ist.
Kommunikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Endgeräte Anomalienerkennungsmittel (50) und Aktivierungsmittel (51N) zum Aktivieren des Rücksetzmittels umfassen, wenn eine Anomalie erkannt wird.
Kommunikationssystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Anomalienerkennungsmittel Vergleichsmittel zum Vergleichen des Werts des Anforderungszählers zu einem Zeitpunkt t mit der Summe der Anforderungen umfasst, welche zwischen dem Zeitpunkt t und einem früheren Zeitpunkt t – P übertragen wurden, wobei P eine Zeitdauer ist, welche ausreichend lang für die Reservierungen ist, welche vor dem Zeitpunkt t – P angefordert wurden, um bei Abwesenheit einer Anomalie zu dem Zeitpunkt t gewährt zu werden.
Endgerät (2), welches zur Verwendung in einem Kommunikationssystem entworfen ist, umfassend ein Übertragungsmedium (3, 4, 5) und eine Hauptstation (1), wobei das Endgerät Folgendes umfasst: – Mittel zum Übertragen von Anforderungen an die Hauptstation, welche eine Anzahl Reservierungen angeben, welche dem Endgerät auf dem Übertragungsmedium gewährt werden müssen (RESA(i, t)), – einen Anforderungszähler (COUNT(i)) zum Zählen der Reservierungen, welche von dem Endgerät angefordert wurden und welche noch nicht gewährt wurden, – Berechnungsmittel zum Berechnen der Anzahl Reservierungen, welche angefordert werden müssen, wobei der Wert des Anforderungszählers berücksichtigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass es weiterhin Rücksetzmittel (51N) zum Zurücksetzen des Anforderungszählers und einen Rücksetzanzeiger (F(i)) eines Zuteilungszählers (ALLOC(i)) zum Übertragen an die Hauptstation umfasst, welcher in der Hauptstation (1) gespeichert wird und welcher die Reservierungen zählt, welche dem Endgerät gewährt werden müssen.
Endgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass es Anomalienerkennungsmittel (50) und Aktivierungsmittel (51N) zum Aktivieren des Rücksetzmittels umfasst, wenn eine Anomalie erkannt wird.
Endgerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Anomalienerkennungsmittel Vergleichsmittel zum Vergleichen des Werts des Anforderungszählers zu einem Zeitpunkt t mit der Summe der Anforderungen umfasst, welche zwischen dem Zeitpunkt t und einem früheren Zeitpunkt t – P übertragen wurden, wobei der Wert von P ausreichend hoch ist, so dass die Reservierungen, welche vor dem Zeitpunkt t – P angefordert wurden, bei Abwesenheit einer Anomalie zu dem Zeitpunkt t gewährt worden sind.
Anforderungsverfahren, welches es einem Endgerät (2) ermöglicht, dass ihm von einer Hauptstation (1) eine bestimmte Anzahl Reservierungen auf einem Übertragungsmedium (3) gewährt werden, das Verfahren insbesondere umfassend: – Aktualisieren eines Anforderungszählers (COUNT(i)), welcher die Anzahl bereits angeforderter Reservierungen bezeichnet, welche noch nicht gewährt wurden, – Berechnen der Anzahl Reservierungen (RESA(i, t)), welche angefordert werden müssen, wobei der Wert des Anforderungszählers berücksichtigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen Rücksetzschritt zum Zurücksetzen des Werts des Anforderungszählers (51N) und zum Übertragen (55) eines Rücksetzanzeigers (F(i)) eines Zuteilungszählers (ALLOC(i)) an die Hauptstation umfasst, welcher in der Hauptstation gespeichert wird und welcher die Reservierungen zählt, welche dem Endgerät gewährt werden müssen.
Anforderungsverfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Anomalienerkennungsschritt (50) umfasst, und dadurch, dass der Rücksetzschritt (51N) ausgeführt wird, wann immer eine Anomalie erkannt wird.
Anforderungsverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Anomalienerkennungsschritt einen Vergleichsschritt umfasst, welcher den Wert des Anforderungszählers zu einem Zeitpunkt t mit der Summe der Anforderungen vergleicht, welche zwischen diesem Zeitpunkt t und einem früheren Zeitpunkt t – P übertragen wurden, wobei der Wert von P ausreichend hoch ist, so dass die Reservierungen, welche vor dem Zeitpunkt t – P angefordert wurden, bei Abwesenheit einer Anomalie zu dem Zeitpunkt t gewährt worden sind.