FI88983B

FI88983B - Styrt csma-paketfoermedlingssystem

Info

Publication number: FI88983B
Application number: FI884957A
Authority: FI
Inventors: Pierre-Jacques Franco Courtois; Guy Francois Jules Scheys; Pierre Nicolaas Willy Semal
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1987-10-30
Filing date: 1988-10-27
Publication date: 1993-04-15
Also published as: DK596688D0; FI884957A; FI884957A0; CN1013542B; FI88983C; EP0314217A2; DK170321B1; CN1038385A; DE3888624T2; JPH01152837A; DE3888624D1; EP0314217A3; DK596688A; GB2212032A; GB8725487D0; EP0314217B1; CA1319409C; US4979168A

Description

1 88983

Ohjattu CSMA-paketinvälitysjärjestelmä

Esillä oleva keksintö liittyy ohjattuun CSMA-pake-tinvälitysjärjestelmään, jossa informaatiopaketit multi-5 pleksoidaan CSMA- (Carrier Sense Multiple Access, kantoaallon ilmaisuun perustuva monipääsyn valvonta) protokollan mukaan, erityisesti ei-pysyvään CSMA-protokollaan.

Esillä oleva keksintö liittyy myös menetelmään tällaisen ohjatun CSMA-paketinvälitysjärjestelmän käyttä-10 miseksi ja siinä käytettävään asemaan.

Artikkelissa "Packet Switching in Radio Channels Part 1 - Carrier Sense Multriple - Access Modes and Their Throughput - Delay Characteristics" by L. Kleinrock and F.A. tobagi in IEEE Transactions on Communications, Vol.

15 COM-23, No. 12 December 1975 pages 1 400 - 1 416 esi tetään kaksi CSMA-protokollaa ja verrataan niitä ALOHA-hajasaantitoimintoihin. Esitetyt kaksi CSMA-protokollaa ovat ei-pysyvä CSMA ja p-pysyvä CSMA. Yksinkertaisesti 20 ilmaistuna CSMA on tekniikka, jossa kahden tai useamman aseman oleellisesti samanaikaisesti lähettämien informaatiopakettien törmäämistodennäköisyyttä vähennetään kuuntelemalla (eli ilmaisemalla) ensin signaalikanavalta toisen käyttäjän lähetyksen kantoaaltoa. CSMA-tekniikassa 25 olevat muunnelmat keskittyvät toimintaan, johon käyttäjä ryhtyy kanavan kuuntelun jälkeen.

Ei-pysyvän CSMA-protokollan mukainen asema, jolla on informaatiopaketti valmiina lähetettäväksi, toimii seuraavasti: 30 1) jos kanava havaitaan vapaaksi, paketti lähe tetään.

2) jos kanava havaitaan varatuksi, asema ajoittaa paketin uudelleen lähetyksen myöhempään ajankohtaan ilmaisuviivejakautuman mukaan. Tässä uudessa ajankohdas-35 sa asema kuuntelee kanavaa ja toistaa kuvatun algoritmin.

2 88983

Suurinta suoritustehoa yksi ei mahdollisesti saavuteta käytettäessä ei-pysyvää CSMA-protokollaa, koska kultakin asemalta kuluu äärellinen aika, a, kytkeytyä vastaanottotoiminnosta lähetystoimintoon ja tämän aika-5 välin kuluessa toinen asema, joka kuuntelee kanavaa, havaitsee sen vapaaksi ja myös valmistautuu oman informaa-tiopakettinsa lähettämiseen. Tätä aikaväliä kutsutaan usein haavoittuvuusjaksoksi.

P-pysyvää CSMA-protokollaa käytettäessä lähetys-10 valmis asema toimii seuraavalla tavalla: 1) Jos kanava havaitaan vapaaksi, asema lähettää paketin todennäköisyydellä p. Jos asema pidättyy lähettämästä, odottaa se haavoittuvuusjakson pituisen aikavälin a ja kuuntelee kanavaa jälleen. Jos tässä uudessa 15 ajankohdassa kanava todetaan edelleen vapaaksi, asema toistaa kuvatun proseduurin. Muussa tapauksessa asema uudelleen ajoittaa paketin lähetyksen myöhempään ajankohtaan uudelleenilmaisuviivejakauman mukaan.

2) Jos kanava todetaan varatuksi, asema odottaa 20 kunnes kanava vapautuu ja toimii sitten edellä kuvatulla tavalla.

Ei-pysyvässä CSMA:ssa sopivan uudelleenlähetysvii-vejakauman määrittäminen edellyttää muun muassa tietoa kanavan keskimääräisestä kuormasta. Koska kanavan keski-25 määräinen kuorma muodostuu ainoastaan kuunteluista, ei sitä pystytä mittaamaan. Efektiivinen pakettiliikenne kanavalla liittyy kuitenkin suoraan kuuntelutaajuuteen. Tämän liikenteen mitta voi näin ollen antaa arvion kuormasta kuuntelujen lukumääränä.

30 Artikkelissa "Packet Switching in a Multiaccess

Broadcast Channel: Dynamic Control Procedures", IEEE Transactions on Communications, Vol. COM-23, No. 9 September 1975 pages 890 to 904, L. Kleinrock ja S. Lam ehdottavat rako-ALOHA-protokollan mukaan toimivan kana-35 van keskimääräisen kuorman G ohjaamista mittaamalla kanavan vapaan raon todennäköisyys P . Tässä protokollas- 3 88983 sa aika-akseli on jaettu rakoihin, jotka ovat yhtä suuria kuin paketin lähetysaika ja aseina, jolla on informaatiopaketti valmiina lähetettäväksi, odottaa seuraavan raon alkamista ja lähettää sitten paketin. Ei-pysyvässä CSMA-5 protokollassa samanlaisen strategian toteuttaminen on paljon vaikeampaa. Ensinnäkin kanavan vapaana olemisen todennäköisyyden määrittäminen edellyttää arviota varattujen ja vapaiden jaksojen keskimääräisestä pituudesta. Toiseksi, ei ole kaavaa, jolla G saadaan suoraan PQ:sta.

10 M.S. Hazell ja B.H. Davies artikkelissa "A Fully

Distributed Approach to the Design of a 16 Kbits/sec VHF Packet Radio Network", Proceeding of IEEE MILCOM 83, Washington, 1983 pages 645 to 649, ehdottavat keskimääräisen kuorman G arvion johtamista yhteentörmäyssuhtees-15 ta, eli niiden lähetysten prosenttiosuudesta, jotka epäonnistuvat, koska kaksi tai useampi informaatiopaketti lähetetään oleellisesti samanaikaisesti. Vaikka artikkeli antaakin kuvan menetelmän elinvoimaisuudesta, voitaneen lisäparannusta informaatiopakettien suoritustehossa 20 saada toisella lähestymistavalla, joka ei perustu yhteen-törmäyssuhteen mittaamiseen, jolla joka tapauksessa on haittana se että se antaa liian suuren keskihajonnan.

Esillä olevan keksinnön erään piirteen mukaan ohjattu CSMA-, carrier sense multiple access, kantoaallon 25 ilmaisuun perustuva monipääsyn valvonta, paketinvälitys-järjestelmä sisältää ainakin kaksi asemaa, kun kullakin asemalla on välineen kommunikaatiokanavan kuuntelemiseksi halutessaan lähettää informaatiopaketin ja välineet, joilla informaatiopaketti lähetetään, kun kanava havai-30 taan vapaaksi, tunnettu siitä, että tapauksessa, jossa kanava havaitaan varatuksi, uusi kuuntelukohta ajoitetaan sattumanvaraisesti dynaamisesti määrättävälle aikavälille TSn, missä G , 35 TSn = min(TSu, max(TS1, TSn_1. ) o 4 88983 missä TS^ on ajoitusaikaväli, joka maksimoi odotetun suoritustehon kun kaikki asemat kilpailevat pääsystä kanavalle, TS^ on ajoitusaikaväli, joka maksimoi odotetun suoritustehon kun kaksi asemaa kilpailee pääsystä kana-5 valle, TS , on edellisellä (n-l):llä havaintovälillä määritetty ajoitusaikaväli, Gn_^ on keksimääräinen kuorma (n-l):llä havaintovälillä ja G on nimellinen keski- o määräinen kuorma.

Esillä olevan keksinnön toteutuksessa arvio 10 (n-l):nnen välin keskimäärisestä kuormasta G , saadaan n-l keskimääräisen vapaan jakson pituuden arviosta, missä Gn_2 = (E/l(l)_7-a) missä E A (I )_7on keskimääräisen vapaan jakson estimaattori ja a on aseman kytkeytymisaika. Optimaalista ohjausta voidaan käsittääksemme ylläpitää, 15 mikäli käytettävissä on arvio keskimääräisestä vapaan jakson pituudesta.

Optimaalisen ohjauksen aikaansaamiseksi keskimääräisen kuorman arvo Gq, joka maksimoi kanavan odotetun suoritustehon, määritetään ja ajoitusaikaväli TSn pyri-20 tään asettamaan niin, että kanavan keskimääräinen kuorma pysyy nimellisessä arvossa Gq.

Keksimääräistä vapaan jakson pituutta voidaan arvioida keskiarvoistamalla havaintojaksonaikana esiintyvien vapaiden jaksojen pituudet, toisin sanoen, keski-25 määräisen vapaan jakson pituuden estimaattori E/l (1)7 = SI/NI, missä SI on vapaiden jaksojen pituuksien summa ja NI vapaiden jaksojen lukumäärä.

Kukin asema voi sisältää estimointivälineet keskimääräisen vapaan jakson arvioimiseksi tapauksessa, 30 että varatulla jaksolla toimiva lähetin ei pysty havaitsemaan edeltävän vapaan jakson loppua ja seuraavan vapaan jakson alkua.

Esillä olevan keksinnön yhdessä toteutuksessa estimointivälineet hylkäävät tämän hetkisestä arviostaan 35 vapaat jaksot, jotka ovat varatun jakson, jolla sen asema lähettää, vieressä ja perustaa arvionsa täysin havaittuihin vapaisiin jaksoihin.

5 88983

Esillä olevan keksinnön toisessa toteutuksessa es-timointivälineet yhdistävät arvioonsa aseman lähettämää varattua jaksoa välittömästi edeltävien ja seuraavien vapaiden jaksojen aika-alueessa olevan yhdistetyn pituuden 5 aproksimaation, kun aproksimaatio perustuu edellisen vapaan jakson alun (t^(Im)) määrittämiseen ja seuraavan va-paan jakson päättymisen (t (Im+1)) määrittämiseen ja väliin jäävän varatun jakson pituuden ylärajan asettamiseen (1+a):han ja t^(Im):n ja (l+a):n vähentämiseen 1° te(Im+1):stä.

Esillä olevan keksinnön kolmannessa toteutuksessa estimointivälineet yhdistävät arvioonsa aseman lähettämää varattua jaksoa välittömästi edeltävien ja seuraavien vapaiden jaksojen aika-alueessa olevan yhdistetyn pituuden 15 aproksimaation, kun aproksimaatio perustuu edellisen vapaan jakson alun (t^(I )) määrittämiseen ja seuraavan jakson päättymisen (t (Im+^)) määrittämiseen ja väliin jäävän varatun jakson Ε/ϊ(B) , jolla asema lähettää pi tuuden arvioimiseen, ja t^(Im):n ja E/lfBJ^jn vähentä- 20 miseen te(I ,.):stä.

m+1

Esillä olevan keksinnön neljännessä toteutuksessa estimointivälineet yhdistävät arvioonsa aproksimaation edellisen vapaan jakson pituudesta estimoimalla edellisen vapaan jakson lopun ja vähentämällä edellisen vapaan 25 jakson esiintymisajän, ja aproksimaation välittömästi seuraavan vapaan jakson pituudesta vähentämällä välittömästi seuraavan vapaanjakson alun seuraavan aikajakson päättymisen ajankohdasta.

Neljännen toteutuksen etu kolmanteen toteutukseen 30 nähden on, että kaikki asemat (lähettävät tai vastaanottavat) saavat varmasti arvion keskimääräisetä vapaan jakson pituudesta, mikäli ainakin yksi täydellinen vapaa jakso esiintyi havaintovälillä. Näin ei ole kolmannen toteutuksen tapauksessa erityisesti kun asema ottaa osaa 35 kahteen tai useampaan varattuun jaksoon peräkkäin. Kolmannessa toteutuksessa aseman on odotettava kunnes se 6 88983 on havainnut vapaan jakson lopun, toisin sanoen varatun jakson alun, jolle se ei osallistu, ennen kuin se voi tehdä aproksimaationsa väliin jäävistä vapaista jaksoista. Näin ei ole neljännen toteutuksen tapauksessa.

5 Neljännen toteutuksen estimointivälineet arvioi vat edellisen vapaan jakson lopun olevan S sekuntia myöhemmin kuin ajanhetki (t2), jolloin asema, jolla oli lähetettävä paketti, havaitsi kanavan vapaaksi, toisin sanoen ajanhetkellä + missä 6 sisältää vapaan jakson 10 korjauksen ja on ,1 .. —aG.

a + -= (1 - e ) S = -2- 2 missä a aseman vastaanotosta lähettämiseen siirtymisai-15 ka ja G kanavan kuorma. Seuraavan jakson alkuja arvioidaan olevan t^+l+Za-6 , missä 1 on informaatiopaketin lähetysaika (aikayksikkö).

Havaintovälin koon ei tulisi olla liian pitkä, jolloin aiheutuu liian suurta keskihajontaa, mutta toi-20 saalta havaittujen vapaitten jaksojen lukumäärän tulisi olla sellainen, että G . voidaan arvioida suurella luo- n—l tettavuudella. Keksinnön neljännessä toteutuksessa ha-vaintoväli määrätään dynaamisesti pohjautuen 25 U = max (2 x TS:U^) missä TS on ohjausmuuttuja.

Esillä oleva keksintö liittyy myös menetelmään ei-pysyvän tyyppisen ohjatun CSMA-, carrier sense multiple 30 access, kantoaallon ilmaisuun perustuva monipääsyn valvonta, paketinvälitysjärjestelmän käyttämiseksi, kun järjestelmä sisältää ainakin kaksi ainakin yhdellä kommunikaatiokanavalla toimivaa asemaa, tunnettu siitä, että tapauksessa, jossa asema havaitsee kanavan tai kanavat 35 varatuksi, uusi kuuntelukohta ajoitetaan sattumanvaraisesti dynaamisesti määrättävälle aikavälille TSn, missä i 7 88983 G η TSn = min(TSu, max(TS1, TSn_1--) missä TSu on ajoitusaikaväli, joka maksimoi odotetun suoritustehon kun kaikki asemat kilpailevat pääsystä kanaval-5 le, on ajoitusaikaväli, joka maksimoi odotetun suori tustehon kun kaksi asemaa kilpailee pääsystä kanavalle, TSn_^ on edellisellä (n-l):llä havaintovälillä määritetty ajoitusaikaväli, GR_^ on keskimääräinen kuorma (n-l):llä havaintovälillä ja G on nimellinen keskimääräinen kuorma.

o 10 Esillä oleva keksintöliittyy myös ei-pysyvän tyyp pisessä ohjatussa CSMA-, carrier sense multiple access, kantoaallon ilmaisuun perustuva monipääsyn valvonta, pake-tinvälitysjärjestelmässä käytettävään asemaan, joka sisältää vastaanottimen, lähettimen, kytkentävälineet, joilla 15 kytketään joko lähetin tai vastaanotin kommunikaatiokanavalle, kun vastaanottimessa on kuunteluvälineet, joilla todetaan kommunikaatiokanavan varattu/vapaa -tila ja käynnistetään kytkentävälineet kytkemään vastaanottimesta lähettimelle tapauksessa, että asemalla on informaatiopa-20 ketti valmiina lähetettäväksi ja kanava todetaan vapaaksi, tunnettu siitä, että tapauksessa, että asemalla on informaatiopaketti valmiina ja kanava havaitaan varatuksi, uusi kuuntelukohta ajoitetaan sattumanvaraisesti dynaamisesti määrättävälle aikavälille TS , missä n 25 TSn = min(TSu, maxITSj, TS j. —§—=) >

O

missä TSu on ajoitusaikaväli, joka maksimoi odotetun suoritustehon kun kaikki asemat kilpailevat pääsystä kana-30 valle, TS^ on ajoitusaikaväli, joka maksimoi odotetun suoritustehon kun kaksi asemaa kilpailee pääsystä kanavalle, TSn_^ on edellisellä (n-l):llä havaintovälillä määritetty ajoitusaikaväli, Gn_^ on keskimääräinen kuorma (n-l):llä havaintovälillä ja G on nimellinen keski- o 35 määräinen kuorma.

8 88983

Esillä oleva keksintö kuvataan nyt esimerkinomaisesti viitaten oheisiin piirroksiin, joissa:

Kuvio 1 esittää CSMA-paketinvälitysjärjestelmää, joka muodostuu neljästä asemasta, jotka kommunikoivat 5 yhden radiokanavan välityksellä, kuviossa 2 on esimerkki radiokanavan käyttäytymismalleista, kuvio 3 on taulukkoyhteenveto lukumäärästä n havaittuja vapaita jaksoja ja todennäköisyydestä, että ai-10 nakin yhdeksänkymmenen prosentin suoritusteho suurimmasta mahdollisesta suoritustehosta saavutetaan seuraavan jakson aikana haavoittuvuusjaksolle a = 0,15 ja kuviot 4-7 muodostavat kaavamaisen lohkokaavion kanavaohjaimesta ja sen toiminnan piirteisiin liittyvistä 15 vuokaavioista.

Piirroksissa samoja viitenumeroja on käytetty ilmaisemaan vastaavia osia.

Kuviossa 1 esitetty CSMA-paketinvälitysjärjestelmä muodostuu neljästä asemasta 10, 12, 14, 16, jotka pysty-20 vät kommunikoimaan toistensa kanssa yksikanavaisen radioyhteyden välityksellä. Kukin asema muodostuu lähetin-vastaanottimesta, jonka muodostaa vastaanotin 18 ja lähetin 20. Kuhunkin asemista 10 - 16 kuuluu informaatiolähde (ei kuviossa), kuten tietokone, joka aika ajoin haluaa 25 välittää informaatiota toiselle tietokoneelle toisella asemalla. Informaatio lähetetään paketteina, jotka ovat pituudeltaan vakioita tai vaihtelevia. Kun joku asema, kuten asema 16, haluaa lähettää informaatiopaketin esimerkiksi asemalle 14, sen vastaanotin kuuntelee kanavaa 30 ja mikäli kanava on vapaa, kytkin 22 siirtyy vastaanottotoiminnasta lähetystoimintaan ja lähettää informaatiopaketin. Jos kanava kuitenkin on varattu tai informaatiopaketti turmeltuu törmäyksessä toisen informaatiopaketin, joka lähetetään oleellisesti samanaikaisesti, kans-35 sa, sanotaan aseman olevan tukossa ja ei-pysyvää CSMA-protokollaa käytettäessä tehdään toinen yritys jonain 9 88983 myöhempänä ajankohtana ilmaisuviivejakauman mukaan. Kuten johdannossa mainittiin, informaatiopakettien törmäys voi tapahtua kun toinen asema kuuntelee radiokanavaa ja havaitsee sen vapaaksi aikajakson aikana, jota kutsutaan 5 haavoittuvuusjaksoksi, jona toinen asema on siirtymässä vastaanotosta lähetykseen. Voidaan mainita, että tätä CSMA:ta voidaan soveltaa muihin kommunikaatiokanava muotoihin, kuten langat ja optiset kuidut. Tämän lisäksi protokolla voidaan mukauttaa kahdelle tai useammalle kom-10 munikaatiokanavalle.

Kuvio 2 esittää eri tilanteita, joita voi esiintyä signaalikanavalla aika-alueella. Signaalikanava sisältää vuorotellen varattuja (B) ja vapaita (I) jaksoja. Aloitetaan tarkastelu kuvion 2 vasemmasta reunasta, vallitsee 15 vapaa jakso ja mielivaltaisella ajanhetkellä t jo ku asema, esimerkiksi asema 10, haluaa lähettää informaatiopaketin ja se kuuntelee kanavaa todetakseen, onko kanavalla toisen aseman lähettämä kantoaalto. Havaitessaan kanavan vapaaksi se siirtyy vastaanotosta lähetyk-20 seen ja ajanhetkellä t (I lähettää informaatiopake tin 24. Tämä informaatiopaketti 24 voi olla vasta generoitu paketti, jossa tapauksessa kanavan kuuntelua ja välittömästi tapahtuvaa paketin lähetystä kutsutaan välittömäksi ensimmäiseksi lähetykseksi, Immediate First 25 Transmission (IFT), tai se on saattanut olla tukkeutunut informaatiopaketti, jota kanavan varattuna olemisen vuoksi tai kanavalla tapahtuneen pakettien törmäyksen vuoksi ei lähetetty tai lähetys ei onnistunut silloin kun paket- ti generoitiin. Paketin 24 lähetys päättyi hetkellä t (I ) 6 ~ 30 ja varatun jakson B . pituus on/t(I)-t(I ,)/. Vapaa jakso I seuraa tätä varattua jaksoa. Ajan D jälkeen joku asema, esimerkiksi asema 12, haluaa lähettää informaatiopaketin, joten hetkellä t^ se kuuntelee kanavaa ja todetessaan sen vapaaksi, asema siirtyy vastaanotosta lä-35 hetykseen, joka operaatio vie a sekuntia a:n ollessa lyhyempi kuin tyypillinen informaatiopaketti, jonka pituus 10 88983 otetaan yksiköksi, eli se on 1. Ajanhetkellä te(Im) asema 12 aloittaa paketin 26 lähetyksen ja varattu jakso Bm alkaa. Aikavälin a, joka siis on esimerkiksi aseman 12 siirtymisaika, kuluessa kaksi muuta asemaa, esimerkiksi 5 asemat 14 ja 16, haluavat lähettää paketteja ja kuuntele-vat kanavaa hetkillä ja t^. Havaitessaan kanavan vapaaksi asemat 14 ja 16 siirtyvät vastaanotosta lähetykseen ja lähettävät vastaavat pakettinsa 28 ja 30. Kun paketit 26, 28 ja 30 esiintyvät samanaikaisesti kanavalle,

10 ne törmäävät ja informaatio turmeltuu. Varattu jakso B

b m päättyy ajanhetkellä tD(Im+^) = t^+a+l, kun asema 16 on päättänyt paketin 30 lähetyksen.

Ei-pysyvän ohjatun CSMA-protokollan mukaan paketit 26, 28, 30 ovat tukkineet vastaavat asemansa 12, 14, 16, 15 jotka yrittävät lähettää niitä myöhemmin kuuntelemalla kanavaa aseman antamalla hetkellä t + O', if on satunanis-muuttaja, joka on tasan jakautunut aikavälille (O, TS), jota kutsutaan ajoitusaikaväliksi, scheduling time interval (STI). Asemien 10, 12, 14 ja 16 käyttämä ajoi-20 tus pyrkii maksimoimaan kanavan menestyksellisen käytön. Näin ollen vähäisen liikenteen vallitessa aikaväli TS on verraten lyhyt kun taas runsaan liikenteen vallitessa TS on verrattain pitkä. Näin ollen virittämällä TS:ää asemat voivat ohjata kanavan kuormaa G (kuunteluina aikayk-25 sikössä). TS:ää viritettäessä on otettava huomioon vastaanotosta lähetykseen aika a, paketin pituus (tai sen jakauma, mikäli se ei ole kiinteä) ja toivottu järjestelmän suorituskyky niin, että nimellinen kuorma Gq (optimaalinen) voidaan määrittää.

30 Esillä olevan keksinnön mukaan TSn:n arvo, jolla pyritään saamaan nimellinen kuorma Gq seuraavalla aikavälillä on G_ - TSn = TSn . -JM- (1) n n-i G_ 35 11 88983 missä TSn_^:ä käytettiin STI-pituutena viimeisen havain-tovälin ((n-l):s havaintoväli) aikana ja Gn_^ on saman aikavälin aikana mitattu keskimääräinen kuorma.

Mikäli stabiiliussyistä on käytettävä tasoitus- 5 kerrointa oi, tulee yhtälöstä (1) G .

TS„ = (l-et) x TSn . + a x TS„ - (2)

n n-I n-i G

o

Stabiiliussyistä TS:n arvoa ei päivitetä jokaisen 10 varatun jakson jälkeen vaan sen jälkeen kun kanavaa on havainnoitu aikaväli U, joka muodostuu joukosta varattuja ja vapaita jaksoja. Havaintoväli U vastaa myös aikaväliä kahden peräkkäisen ohjausmuuttujan TS päivityksen välillä.

15 Yhtälöt (1) ja (2) perustuvat kahdelle oletta mukselle: ensiksikin liikenteen oletetaan oleellisesti muodostuvan tukkeutuneitten asemien generoimista kuunteluista (vasta generoidun paketin aiheuttama ensimmäinen kuuntelu jätetään ottamatta huomioon) ja, toiseksi, 20 viimeisen havaintovälin aikana tukossa olleiden asemien lukumäärä b pysyy suunnilleen samana seuraavalla välillä. Näillä olettamuksilla lauseke (1) yksinkertaiseksi ilmaisee, että mikäli TSn_^:lla toimineet b asema generoivat keskimääräisen kuorman G . viimeisen haviantovä- n—1 25 Iin U aikana, niin tällöin samat b asemaa TSn:llä generoivat keksimääräisen kuorman G .

o (l):n tai (2):n päivityksen toteutus näin ollen edellyttää viimeisen havaintovälin aikaisen keskimääräisen kuorman G , arviota. Koska tämä keksimääräinen kuor-n-1 30 ma muodostuu ainoastaan kuunteluista, sitä ei voi mitata. Efektiivinen pakettiliikenne kanavalla on kuitenkin suoraan verrannollinen kuuntelutaajuuteen. Tämän liikenteen mitta voi näin ollen antaa arvion keskimääräisestä kuormasta kuuntelujen lukumääränä.

35 Esillä olevan keksinnön mukainen järjestelmä pe rustuu keskimääräisen vapaan jakson pituuden arvioon.

12 88983

Kanavan aikakäyttäytyminen on vuorotteleva sekvenssi varattuja (B) ja vapaita (I) jaksoja (kuvio 2). Vapaan jakson 1^ pituus 1(Im) on aika D lähetyksen päättymisajankohdan t^(I ) (joka on mielivaltainen ajankohta) ja 5 ensimmäisen seuraavan kuunteluajan t^ (joka tietenkin johtaa lähettämiseen, koska kanava on vapaa) välillä plus vastaanotosta lähetyksen siirtymisaika a: 1 (I ) = te(I ) - tb(l ) m m m , 10 = te(I ) - t, + t. - t°(I ) (3) mil m = a + D.

Keskimäärin D on aika, jonka satunnaiseen aikaan tulevan riippumattoman havainnoijan on odotettava ensimmäistä 15 kuuntelua. Koska kuuntelujen saapumisprosessin voidaan olettaa olevan Poisson-jakautunut keskiarvolla Gn_j» on aika D keskimäärin keskimääräinen saapumisten välinen aika -x-. Saadaan siis n-1 20 Ε/Τ7Ϊ77 = a + (4) n-1 = (E/l(Ii? " a)-1. (5)

Optimaalinen ohjaus voidaan näin ollen toteuttaa, 25 mikäli käytettävissä on arvio keskimääräisestä vapaan jakson pituudesta. Tällainen arvio saadaan keskiarvoista-malla havaintovälin U aikana esiintyvien vapaitten jaksojen pituudet. Käytännössä arvioprosessi muodostuu kahden muuttujan SI ja NI päivittämisestä, jotka muuttujat si-30 sältävät tämän hetkisen havaittujen vapaitten jaksojen pituuksien summan ja niiden lukumäärän: SI = SI + 1(1 ); Π* ιη NI = NI + 1; 1 ' 13 88983

Kun ohjausmuuttuja on päivitettävä, arvio keskimääräisestä vapaasta jakson pituudesta saadaan Ε/Ϊ (1)7 = SI/NI; (7) 5 ja muuttujat SI ja NI asetetaan nollaksi.

Aseman tulee näin ollen kyetä havaitsemaan, ainakin suurinpiirtein, kunkin vapaan jakson alku ja loppu. Tämä ei aiheuta ongelmia asemalle, joka pysyy vastaanotto-tilas-10 sa, eli ei siirry lähetystoimintaan koko havaintovälin aikana.

Toisaalta, asema, joka ottaa osaa varattuun jaksoon B , ei kykene havaitsemaan ennen ja jälkeen Bm:n θ b olevia vapaitten jaksojen loppua t (1^) ja alkua t (Im+^). 15 Itse asiassa, oletetaan, että tälle asemalle on ajoitettu kuuntelukohta hetkellä t2 ja että kanava on havaittu vapaaksi tällä hetkellä (kuvio 2). Tällöin tämä asema siirtyy lähetystoimintamuotoon (toimintamuoto, joka saavutetaan hetkellä t2 + a), ja lähettää pakettinsa aikavälillä 20 (t2 + a, t2 + a + 1) ja siirtyy takaisin vastaanottotoi- mintamuotoon (johon päästään hetkellä (t2+2a+l). Lähettävä asema on näin ollen kyvytön havainnoimaan kanavaa 2a+l:n pituisen jakson aikana, jota kutsutaan lähetysso- fceaksi jaksoksi. Olemalla kykenemätön havaitsemaan ajan-6 b 25 kohtia t (Im) ja t (Im+^)· jotka osuvat lähetyssokeaan jaksoon, tämä asema ei voi automaattisesti ja tarkasti yhdistää pituuksia 1(1^) ja arvioonsa (6) keski määräisestä vapaan jakson pituudesta. Kolmea erilaista strategiaa voidaan noudattaa tästä ongelmasta selviämisek-30 si.

Ensimmäisen näistä kolmesta strategiasta mukaan asema voi yksinkertaisesti hylätä tämän hetkisestä arviostaan vapaat jaksot I ja Im+1, jotka rajaavat varattua jaksoa, jonka aikana se lähettää. Tämä merkitsee, 35 että ainoastaan niiden vapaiden jaksojen pituudet, jotka voidaan täysin havaita, otetaan huomioon Ε/ϊ(Ι)_7:η ar- 14 88983 viointiprosessissa (7). Tämä strategia voidaan toteuttaa melko helposti, mutta se voidaan hyväksyä ainoastaan, mikäli täysin havaittavien vapaitten jaksojen lukumäärä on riittävä antamaan kohtuullisen arvion niiden keskimääräi-5 sestä pituudesta. Itse asiassa tämä strategia jättää ottamatta huomioon I :n ja I ,,:n osat, jotka on efektiini J m+ 1 visesti havaittu, eli jaksojen /tb(Im),t27 ja /t2+l+2a,te(Im+1).7. (8) 10 pituudet. Tämän lisäksi yhtään informaatiota ei jäisi jäljelle E/l(I)_/:n arvioimiseksi, mikäli asema ottaa osaa jokaiselle muulle varatulle jaksolle.

Ensimmäisen strategian muunnelma muodostuu va-15 päitten jaksojen Im ja Im+1 yhdistetyn pituuden aproksi-maation (mitä merkitsee käsitteen yläpuolelle vedetty viiva) yhdistämisestä Ε/Ϊ(1)1:hin: SI = SI+l<Im)+l(Im+1); (9) 20 NI = NI + 2; h 0

Koska ajankohdat t (I ) ja t (I ,,) voidaan havaita lä- m m+l hettävältä asemalta, näiden kahden vapaan jakson pituuksien summa on 25 1(V * 11W - ‘‘'W - tb,V - (1°» missä 1(B) on varatun jakson B pituus. Tämä kumuloi-m m tunut summa voidaan hajoittaa 30 11V + KVl» - - <V1+2al + «U> (l+2a) - l(Bm) + ^ - tb,v ' 35 mikä osoittaa, että efektiivisesti havaittujen vapaitten jaksojen osat (8) tulevat huomioon otetuiksi. Suu- is 88983 re 1(Bm) ei kuitenkaan ole lähettävän aseman käytössä, joten sille täytyy asettaa rajat tai se täytyy aproksi-moida. Määritelmän mukaan tämä pituus vaihtelee arvosta 1 (mikäli paketti on yksin ja se lähetetään onnistunees-5 ti) arvoon 1 + a (koska a on suurin aikaväli, joka voi erottaa mitkä tahansa kaksi kuuntelua, jotka johtavat lähetykseen samalla varatulla jaksolla) 1 < 1(Bm) < 1+a. (12) 10

Mikäli käytetään ylärajaa 1+a, tulee kokonaispituus (10) aliarvioiduksi samoin kuin Ε/Ϊ(Ι]_7· Yhtälössä (5) keskimääräinen kuorma Gn_^ tulee yliarvioiduksi ja tämä aiheuttaa suorituskyvyn heikkenemistä. Onneksi tämä heikkenemi-15 nen on suuremman stabiiliuden suuntaan, koska ohjauspro-seduuri pyrkii keskimääräiseen kuormaan, joka on pienempi kuin optimaalinen kuorma. Tällainen heikkeneminen voidaan osittain välttää käyttämällä l(Bm):n odotusarvoa ylärajan sijasta: 20 Ε/Ϊ(B)7 = 1+G j teG(a_t)dt = 1+a - i(l-e~aG). (13)

1? G

Toinen kolmesta strategiasta on kehitetty yhtälöstä (9) käyttämällä jompaa kumpaa seuraavista aproksimaa-25 tioista: 1(Im>+llW - tai <14» 30

Sopivuuden vuoksi varatun jakson toista aproksimaatiota E/l (B)_/ käytetään tämän nimenomaisen kuvauksen loppuosassa. Ensimmäiseen strategiaan verrattuna toinen strategia ottaa huomioon informaation, joka on käytettävissä I :n 35 ja I j^in pituuksista (vapaan jakson osasta, joka efek-tiivisesti on havaittu) mutta aiheuttaa virheen £, joka ie 88983 on korkeintaan a/2 käytettäessä ylärajaa ja joka on pienempi kun käytetään odotusarvoa (13) . Kun asema ottaa osaa k:hon peräkkäiseen varattuun jaksoon, (k+1):n peräkkäisen vapaan jakson kokonaispituuden aproksimaatio yh-5 distyy E/l(I)^/:n arvioon: SI = SI + 1 (Ij) ; (15) NI = NI + k + 1; 10 missä j=m+k 15 E 1 j* = ^»rn+k+i» - tb|V' k x EiT<Bl7· (16) j=m Tämä strategia ottaa implisiittisesti huomioon (k+1) efek-tiivisesti mitattua vapaan jakson osaa mutta edellyttää 2 0 ajan t havainnoimista ennen kuin ne voidaan yh distää. Tämä merkitsee, että jos I , kuului edelliseen m-l havaintoväliin, ei TS:n päivitystä voida suorittaa ennen kuin vapaan jakson loppu te(Im+k+1) on efektiivisestä havaittu, koska arviota ei ole saatavissa ennen tuota ajan-25 kohtaa.

Kolmaskolmesta strategiasta pyrkii selviytymään tästä toisen strategian haitasta aproksimoimalla jokaisen epätäydellisestä havaitun vapaan jakson pituutta toisista riippumatta: 30 SI = SI + 1(IJ ; (17) NI = NI + 1;

Toisessa strategiassa varatun jakson, jolle asema 35 ottaa osaa, pituus 1(Bm> voidaan aproksimoida. Asema voi sitten olettaa, että tämä varattu jakson keskikohta on sen i 17 88983 oman lähetyksen kohdalla. Tämä merkitsee, että jos aseman lähetyssokeajakso on (t2, t2+2a+l), asema aproksimoi edellisen vapaan jakson päättymiskohdan 5 = t2 + 6 (18) ja seuraavan vapaan jakson alkamiskohdan tb(Im+1) = t2+l+2a-8 , (19) 10 missä ,1 .a G. a + -pr (1-e ) 8 = -<2- (20) 2 15 Käytännössä asema joka siirtyy vastaanottotoiminnasta lähetystoiminta suorittaa korjauksen 6 tämän hetkiseen vapaan jakson pituuteen: 20 _ _ 1(Im> = - tb(Im> * *2 ' ‘"'V + 6· ,21)

Kääntäen sama korjaus 6 tehdään seuraavaan vapaaseen jaksoon I

25 _ _ 1(Im+l' = ^«W - ^'W * tb(1^)-(^1+23)+8 (22)

Mikäli asema pystyy havaitsemaan vapaan jakson Im+^ lopun (toisin sanoen, mikäli se ei osallistu (m+l):nnele 30 varatulle jaksolle) ei toisen ja kolmannen strategian välillä jää mitään eroa. Itse asiassa, käyttämällä yhtälöitä (21) ja (22) kahden viimeisen vapaan jakson pituuksien summa on 35 1(1 )+1(1..) = te(I ..) - tb(I ) - (tb(I ..) - te(I ) m m+1 m+1 . m m+1 m = te(Im+1) - tD(Im) - /l+2a+2_7 (23) = 1(1 ) + 1(1 . . ) . m m+1 ie 88983 Tämä kolmas strategia käyttäytyy täten kuten toinen strategia paitsi kun asema ottaa osaa kahteen tai useampaan (k) varattuun jaksoon peräkkäin. Toista strategiaa noudatettaessa aseman olisi pitänyt odottaa kunnes se on p 5 havainnut vapaan jakson lopun t (t toisin sanoen varatun jakson alun, jolle se ei osallistu. Kolmannessa strategiassa kaikki asemat (lähettävät tai vastaanottavat) saavat varmasti arvion keskimääräisestä vapaan jakson pituudesta mikäli ainakin yksi täydellinen vapaa 10 jakso esiintyi havaintovälillä.

Yhtälöitten (1) ja (2) määrittelemissä ohjausmuut-tujan TS päivityksissä on haittana, ett TS voi saada minkä tahansa ei-negatiivisen arvon. Tästä esimerkiksi seuraa, että TS asetetaan nollaksi, mikäli kanava on täysin 15 hiljainen yhden arviointijakson aikana. Ohjausmuuttujaa käytetään ainoastaan ajoittamaan kuunteluaikoja kun esiintyy kiistaa kanavalle pääsystä. Tämän vuoksi vaaditaan, että TS aina pysyy suurempana tai yhtä suurena kuin arvo TS^, joka maksimoi odotetun kanavan suoritustehon sil- 20 loin kun vain kaksi käyttäjää kilpailee kanavalle pääsystä. Samalla tavoin TS:n arvo ei koskaan saa olla suurempi kuin arvo TSu, joka maksimoi suoritustehon kun kaikki asemat kilpailevat pääsystä kanavalle. TS:n päivitys suoritetaan siten joko 25 G \ TSn = min(TSu, max(TS1, TSn_1. -^) ) (24) o tai G λ 30 TS = min (TS , max(TS., (1-ä) x TS„ . + et x TS (25) n ui n-i n~ i (j o

Yhtälöissä (24) ja (25) tapahtuvat ohjausmuuttu-jan TS päivitykset edellyttävät arviota kanavan keskimääräisestä kuormasta viimeisen TS:n päivityksen jälkeen.

35 Havaintoväli, pituudeltaan U, voi näin ollen alkaa ainoastaan tällä hetkellä. Aloittamalla havaintoväli viimeisellä is 88983 päivityskerralla merkitsee U myös aikaväliä ohjausmuuttu-jan TS kahden peräkkäisen päivityksen välillä.

Edellä kuvattu hajoitettu strategia sallii jokaisen aseman dynaamisesti arvioida G:tä keskimääräisen va-5 paan jakson pituuden perusteella (katso (5)). Tilanteen, jossa tämä estimaattori aiheuttaa liian suuren keskihajonnan, välttämiseksi täytyy havaintovälin pituudelle asettaa alaraja . Tämän minimaalisen pituuden tulee taata, että minimaalinen lukumäärä vapaita jaksoja havaitaan 10 peräkkäisten päivitysten välillä niin, että G voidaan arvioida suurella luotettavuudella.

Esillä olevan keksinnön mukaan tehdyssä järjestelmässä U^-arvon valinta tapahtuu seuraavien tarkastelujen perusteella. Annetulle haavoittuvuusjaksolle a, CSMA-ka-15 navan odotettu suoritusteho saadaan

γ·ο—aG

S (a,G) = -—-(26) G(l+2a)+e-£Ua 20 Asettamalla (26):n derivaatta nollaksi kuuntelutaajuus GQ(a), joka maksimoi S:n, voidaan saada helposti ja kuuntelutaa juuksien väli, joka johtaa ainakin yhdeksäänkymme-neen prosenttiin suurimmasta mahdollisesta suoritustehosta voidaan helposti määrittää. Tätä väliä ^»^(a), «^(a)/, 25 joka toteuttaa V » £ /ä1(a) ,a2(a)7:S(a,*GoIa))>0,9S(a,Go(a)) , (27) kutsutaan yhdeksänkymmenen prosentin suoritustehoväliksi. 30 Mikäli G:n tarkan arvon sijasta on mittausprose- duurista saatu virheellinen keskimääräinen kuuntelutaa-juus G = G/Ot, on ohjausmuuttujan TS päivitys (katso (1)) sellainen, että keskimääräinen kuuntelutaajuus otGQ(a) säilyy seuraavalla jaksolla. Mikä tahansa α-arvo yhdek-35 sänkymmenen prosentin suoritustehovälin sisällä on täten tyydyttävä ja mittausproseduurin ei tarvitse olla 20 88983 tarkempi kuin mitä tarvitaan suurella luotettavuustasol-la takaamaan, että G on aina välillä (a)G,oi2 (a)Ö7 . (28) 5

Bayesin analyysin avulla voidaan osoittaa, että todennäköisyys sille, että tarkka keskimääräinen kuuntelutaa-juus G on välillä (28) , on aproksimatiivisesti: 10 Prob/Totj (a) G)£G£(a2 (a) G)_7 ~ n /"(n+Da. (a)J n /(n+l)ei,(a)7 -(η+1)α,(3) £ -j-j- -(n+l)ot2(a) £-- e i k=Q κι e δ k=Q k.

(29) 15 mikäli odotetun kuuntelutaajuuden G estrimaattori G on G = <J - a)-1 (30) missä n on havaittujen vapaitten jaksojen lukumäärä ja 20 s niiden kumuloitunut pituus. Yhtälö (29) käytetään johtamaan pienen määrä nm(a) havaittavia vapaita jaksoja sen takaamiseksi suurella luotettavuustasolla, että G on välillä (28). Kuviossa 3 on taulukkoyhteenveto tämän todennäköisyyden arvoista eri n:n arvoille ja haavoittuvuus-25 jaksoille a = 0,15, jolle (a) = 0,5208 ja = 1,8090. Tästä taulukosta voidaan päätellä, että 18 vapaan jakson havaitseminen on riittävä takaamaan, että G on yh-deksänkymmenen prosentin suoritustehovälillä 99 prosentin todennäköisyydellä.

30 Koska yläraja keskimääräiselle syklin (vapaa plus varattu jakso) pituudelle on 1 + 2a + - <31> 35 havaintovälin pienen pituus valitaan 2i 88983

Uj = nm(a)(l + 2a+ 5^7) · (32)

Pienimmän mahdollisen arvon käyttö havaintovälin pituutena aiheutuu myös viiveestä ohjausmuuttujän päivi-5 tyshetken ja hetken, jolloin uusi arvo alkaa vaikuttaa, välillä. Jos, esimerkiksi, asema kuuntelee kanavaa hetkellä t ja toteaa sen varatuksi, ajoittaa se tällöin uuden kuunteluajankohdan hetkeen t + Θ käyttämällä TS:n voimassa olevaa arvoa. Tämä TS:n arvo pysyy vaikuttavana 10 ajan hetkeen t + Θ saakka vaikka TS:n päivitys voi tapahtua aikaisemmin, hetkellä t + η, η < Θ. Välillä /t + q,t + §7 tapahtuviin mittauksiin sisältyy täten dataa, joka vielä liittyy edelliseen TS:n (joka on jo päivitetty) arvoon. Koska aseman kuuntelujen väli keskimää-15 rin on TS/2 aikayksikköä, /t + ij,t + §7 aikavälin keskimääräinen pituus on TS/4. Havaintovälin TS/4 ensimmäistä aikayksikköä liittyvät siis edelleen edelliseen TS:n arvoon. Tämä osoittaa, että jos käytetään liian pientä ha-vaintoväliä (U _< TS/4) , ohjausmuuttujän viimeisen päivi-20 tyksen vaikutusta ei havaita.

Nämä kaksi argumenttia puoltavat pitkää havainto-väliä U. Toisaalta päivitysten tulee tapahtua niin usein kuin mahdollista vastatakseen järjestelmän dynaamiseen käyttäytymiseen. Seuraava kompromissin on havaittu an- 25 tavan ,:n arvion suurella luotettavuudella n-l U = max (2TS, υχ); (33) missä

Ui = nmla).(l+2a+ _L_) 30 °

Suurilla TS:n arvoilla verrannollisuus TS:n takaa, että arviointiprosessi ottaa viimeisen TS:n päivityksen huomioon ja pienillä TS:n arvoilla U takaa, että havainto-väli on riittävän pitkä antamaan tarkan arvion keskimää-35 räisestä vapaan jakson pituudesta.

22 88983 Tämä strategian hyödyllinen piirre on, että se pakottaa ahneet asemat, ts. ne joilla on pienet TS arvot, päivittämään useammin TS-arvonsa. Mikäli keskimääräistä kuormaa on pienennettävä, useimpien ahneiden asemien täy-5 tyy pienentää vaikutustaan (kasvattamalla TS-arvoaan) ja tämä johtaa tiettyyn TS-arvojen yhdenmukaisuuteen. Toisaalta, mikäli keskimääräistä kuormaa on kasvatettava, tämä strategia vastaa jotain prioriteettisuunnitelmaa. Pienen TS:n asemat vähentävät ohjausmuuttujaansa useammin jol-10 loin ne implisiittisesti saavat suuremman prioriteetin.

Nämä asemat todennäköisimmin jättävät ensiksi tukkeuman ja niiden lähdön jälkeen asemat, joilla on pienimmät TS-arvot, kasvattavat vuorostaan vaikutustaan keskimääräiseen kuormaan ja niin edelleen. Täten asemat eivät ole 15 tasa-arvoisessa asemassa niin kauan kuin tukkeuma ei ole tyhjä. Syntyy eräänlainen järjestys, jolla mahdollisesti on hyödyllisenä vaikutuksena törmäyksien lukumäärän pieneneminen. Järjestys tietenkin katoaa järjestelmän tyhjentyessä, koska kaikki asemat saavuttavat pienimmän TS-20 arvonsa.

Aseman toiminta kuvataan nyt viitaten kuvioihin 4-7, jotka muodostavat lohkokaavion kanavaohjaimesta ja vuokaaviot keskimääräisen vapaan jakson pituuden Ε/Ϊ (l)_7 arvioimisen kolmannen strategian toteuttamises-25 ta. Käytettyjen muuttujien määrittelyt ovat seuraavat:

Ohj ausparametrit: TS: sisältää ajoitusaikavälin (STI) pituuden (kel-lopulsseina)

Tulosignaali: 30 IN = 0 kun asema on vastaanottotoimintamuodossa ja kanava on vapaa; 1 kun asema on vastaanottotoiminta-muodossa ja kanava on varattu, ja 2 kun asema on lähetys-toimintamuodossa.

Sisäiset rekisterit 35 P : sisältää tulosignaalin IN arvon edellisellä kellopulssilla, 23 88983 E : sisältävää viimeisen TS:n päivityksen jälkeen tulleiden kellopulssien lukumäärän, U : sisältää (kellopulsseina) havaintoaikavälin pituuden, 5 NI: sisältää E:n viimeisen aikayksikön aikana päät- tyneitten kanavan vapaitten jaksojen lukumäärän, SI: sisältää (kellopulsseina) NI:n viimeisen vapaan jakson pituuksien summan, CI: sisältää (kellopulsseina) voimassa olevan va-10 paan jakson pituuden, 5 : sisältää vapaajaksokorjauksen (kellopulsseina). Järjestelmäparametrit:

Gq: sisältää nimellisen kuuntelutaajuuden per kel-lopulssi, 15 U^: sisältää U:n alarajan, TS^: sisältää TS:n alarajan, TS^: sisältää TS:n ylärajan Kanavaparametrit: A : on vastaanotosta lähetykseen siirtymisajän 20 pituus (kellopulsseina) (A>1) LA: on paketin lähetysajan pituus (kellopulsseina) (LA/A>1) M : suurin mahdollinen tukkeuman koko. Käynnistettäessä tai kun kanavaparametrit nolla-25 taan, ohjausparametrit ja sisäisille rekistereille annetaan seuraavat alkuarvot: TS = M/Gc o P = 1 E = 0 30 U = 2 x U, NI = 0 CI = 0 6 = A/2

Kuvio 4 esittää kanavaohjainlaitetta 32 lohkokaa-35 viomuodossa. Kanavaohjainlaite 32 muodostuu aikalasku-rista 34, arviointilaitteesta 36 ja päivityslaitteesta ,. 88983 24 38, joidenka kunkin toiminta kuvataan yksityiskohtaisemmin viitaten vastaavasti kuvioihin 5, 6 ja 7.

Kanavaohjainlaite 32 sijaitsee kullakin lähetin/ vastaanotin-asemalla. Laitetta 32 liipaisee tuloon 40 5 tuotava kellosignaali. Kellosignaalilla on jakso, joka oleellisesti pienempi kuin vastaanotosta lähetyksen aika a. Mitä pienempi kellojakso, sitä tarkempi on ohjaus. Laite 32 sisältää tulon (ei kuviossa 4) signaalille IN ja aritmeettis-loogisen yksikön (ALU) prosessorin, jossa on 10 seitsemän sisäistä rekisteriä parametreille P, E, U, NI, SI, CI ja 6, ja muisti, joka pystyy tallettamaan neljän järjestelmäparametrin G^, U^, TS^ ja TSu ja kolmen ka-navaparametrin A, LA ja M arvot. Toimiessaan laite 32 laskee arvon ohjausparametrille TS, jota käyttää asemal-15 la oleva lähetinlaite.

Kuviossa 5 esitetyssä aikalaskurissa 34 lasketaan kellopulssit, jotka ovat tulleet sitten viimeisen TS:n päivityksen.

Arviointilaite 36 (kuvio 6) päivittää kaksi muut-20 tujaa SI ja NI, jotka vastaavasti sisältävät voimassa olevan pituussumman (havaitun tai aproksimoidun) kanavan vapaista jaksoista TS:n viimeisen päivityksen jälkeen ja vapaitten jaksojen lukumäärän. Nämä päivitykset perustuvat P:n edelliseen arvoon ja IN:n tämän hetkiseen arvoon. 25 Arviointilaite 36 toimii seuraavalla tavalla. En simmäisessä asteessa 42 tarkistetaan, onko P = 0 vai 1 ja IN = 0, jos vastaus on myöntävä (Y), kasvatetaan asteessa 44 CI:n arvoa l:llä. Vaihtoehtoisesti, mikäli vastaus asteessa 42 tehtyyn tarkastukseen on negatiivi-30 nen (N), tehdään asteessa 46 toinen tarkistus onko P = 2 ja IN = 0, jos vastaus on Y, niin CI = 6+ 1 (aste 48). Kielteisen vastauksen (N) tapauksessa asteessa 50 suoritetaan kolmas tarkastus, onko P = 0 ja IN = 1. Vastaus Y aiheuttaa edellisen NI:n kasvattamisen l:llä uuden 35 NI:n saamiseksi, edellisen SI kasvattamisen CI:n arvolla uuden SI:n muodostamiseksi ja CI-rekisterin asetta- 25 88983 tamisen nollaki. Nämä toiminnot tapahtuvat asteessa 52. Vastaus N asteesta 50 aiheuttaa neljännen tarkistuksen suorittamisen asteessa 54, nimittäin onko P = 0 ja IN = 2. Myönteinen vastaus (Y) aiheuttaa NI:n edellisen ar-5 voin kasvattamisen yhdellä, edellisen SI:n kasvattamisen CI:n ja korjauksen S summalla sekä CI:n nollaamisen asteessa 56. Asteitten 44, 48, 52 ja 56 lähdöt ja N-lähtö asteesta 54 viedään toiminnalliseen asteeseen 58, jossa P tehdään suureksi IN:n kanssa.

10 Päivityslaite 38 (kuvio 7) aktivoidaan kunkin ha- vaintovälin (U) lopussa lähtömuuttujän TS päivittämiseksi yhtälöitten (1) ja (2) mukaan. Kunkin päivityksen jälkeen laite 38 laskee uudelleen seuraavan havaintovälin pituuden ja vapaajaksokorjauksen ja asettaa lopuksi nol-15 läksi aikalaskurin E ja mittamuuttujät SI ja NI.

Päivityslaitteen toiminnan ymmärtämisen helpottamiseksi (kuvio 7), neljää järjestelmäparametriä ja sisäisiä rekistereitä selostetaan tarkemmin.

Ensiksi järjestelmaparametn Gq, ohjausmuuttu-20 jän TS dynaaminen päivitys pyrkii pitämään odotetun kuuntelutaajuuden nimellisessä arvossa Gq. Tässä GQ:lle on valittu arvo, joka maksimoi kanavan odotetun suoritustehon .

Haavoittuvuusjakson annetulle arvolle S:n ja odo-25 tetun kuuntelutaajuuden välinen yhteys on yhtälön (26) mukainen. Mikäli tämä yhtälö derivoidaan G:n suhteen ja derivaatta asetetaan nollaksi, todetaan, että S on suurin mahdollinen G:n arvolle, joka toteuttaa: 30 e"aG = a(l+2a)G2 . (34)

Aproksimoimalla eksponentiaalitermiä Taylorin sarjan kolmella ensimmäisellä termillä saadaan 35 G = -a+X7a2+4a * (35) o 2a+3a 26 88983 tarkkana arviona nimellisestä odotetusta kuuntelutaajuu-desta per paketin lähetysaika. Käytettäessä kellojaksoa aikayksikkönä saadaan 5 G0 2LA+3A (36)

Toiseksi järjestelmäparametrit TS^ ja TSu, koska keski-10 määräinen aseman suorittamien kantoaallon kuuntelujen välinen aika on TS/2, tämän aseman vaikutus odotettuun koko-naiskuuntelutaajuuteen on 2/TS. Ajoitusaikavälin TS^ arvo, joka maksimoi kanavan odotetun suoritustehon silloin kun vain kaksi käyttäjää kilpailee kanavasta on näin ollen 15 T§7 = £o ' (37> 1 2 ja 20 TSi = ~ , (38) 1 G° o

Samalla tavoin, mikäli M on arvio järjestelmän maksimaalisesta tukkeuman koosta, ajoitusaikavälin arvo TS , 25 u joka maksimoi suoritustehon, kun kaikki asemat kilpaile vat pääsystä kanavalle, on 2 t§- = (39) u 30 ja TSU = ^ . (40)

Go 35 Lopuksi järjestelmäparametri , käyttämällä yhtälöä (29) nm(a) saadaan pienimmäksi lukumääräksi vapaita jaksoja, i 2? 88983 joiden havaitseminen takaa 99 prosentin todennäköisyydellä, että seuraavan jakson aikana saadaan suoritusteho, joka on ainakin yhdeksänkymmentä prosenttia suurimmasta mahdollisesta suoritustehosta. Tässä yhtälössä parametrit 5 ot^(a) ja 02(a)# jotka määrittelevät yhdeksänkymmenen prosentin suoritustehovälin riippuvat haavoittuvuusjaksosta a. on tällöin kellopulsseina U. = n (a)(l+2a+ ] .) x LA . (41) lm G (a) 10 0

Kun asema kytketään toimimaan, sen sisäisille rekistereille ja ohjausmuuttujalle täytyy antaa edellä annetut arvot. Näitä alkuarvoja päivittää sitten aikalaskuri 34, arvioin-tilaite 36 ja päivityslaite 38 määritelmiensä mukaan. Si-15 säiselle rekisterille S käytetty lauseke edellyttää tiettyä estimointiselostusta.

Yhtälön (18) mukaan, kun asema päättää lähettää, voimassa olevan vapaan jakson I pituutta (yksikössä paketin lähetysaika) tulee kasvattaa tekijällä 20 , l,i — aG a + 77( 1-e .

6--S-2->- , (42| missä G on odotettu kuuntelutaajuus (yksikössä paketin 25 lähetysaika), ja a on vastaanotosta lähetykseen siirty-misaika. Samalla tavoin, kun asema palaa lähetyksen jälkeen vastaanottotoimintaan, vapaan jakson Im+^ pituus täytyy initialisoida samalla suureella (katso 19).

Yhtälöä (42) voidaan aproksimoida 30 g = a(l - ψ + · (43)

Olkoon LA paketin lähetysaika ja odotettu kuuntelutaajuus

Q

35 per kellopulssi G on G/LA, niin 28 88983 ο _ A ,, AGC , (AGC)2 ,,,, 5 = LÄ 11 - — + IT- · (44>

Koska G :n tämän hetkinen arvo on tuntematon, käytetään 5 TS:n edellisessä päivityksessä saatua arviota G^-l johdettaessa 6:n tämän hetkistä arvoa

Tarkastellaan jälleen kuviota 7, päivitysprosessi alkaa asteessa 60, jossa suoritetaan tarkistus, onko viimeisen TS:n päivityksen jälkeen tulleiden kellopulssien 10 lukumäärä E suurempi tai yhtäsuuri kuin havaintovälin U

pituus kellopulsseina. Vastaus N ilmaisee, että tämän hetkinen ohjain ei ole toteuttanut päivitystä ja että arviointiprosessi (kuvio 6) jatkuu. Vastaus Y ilmaisee, että TS:n arvo on päivitettävä mikäli kanava vapaitten jaksojen luku-15 määrä NI on suurempi kuin nolla, toisin sanoen kanava ei ole ollut täysin hiljainen. Tämä toinen tarkistus suori-tetaan asteessa 62. Vastaus N merkitsee, että Gn_^ = 0, aste 64, mikä merkitsee, että TS:ää ei voi päivittää yhtälön 1 mukaan. Vastaus Y merkitsee kuitenkin, että asteessa 20 66 GC , = (SI/NI - l)”1.

n-1

Asteessa 68 TS:n päivitetty arvo lasketaan ja se tarkistetaan sen tarkistamiseksi, onko se TS:n maksimi-tai minimirajoilla. Asteessa 70 SI ja NI tehdään yhtäsuu-riksi kuin 0 ja uusi vapaajaksokorjaus S lasketaan 25 . AGC . (AGC -)2 6 - LÄ (1--Γ~ + -Π-> * (45) Tämä vuorostaan johtaa U:n modifikaatioon, aste 72, TS:n uuden arvon huomioon ottamiseksi, nimittäin U = max(2 x TS; υχ) Päivitystoiminto lakkaa asteessa 74, jossa E = 0, joten uusi havaintoväli alkaa.

35 29 88 983

Esillä olevan kuvauksen lukemisen perusteella alaa tunteville henkilöille ovat muut modifikaatiot ilmeisiä. Tällaiset modifikaatiot voivat sisältää muita piirteitä, jotka ovat jo tunnettuja paketinvälitysjärjes-5 telmien ja niiden komponenttien, joita voidaan käyttää tässä kuvattujen piirteiden sijasta tai niiden lisäksi, suunnittelussa, valmistuksessa ja käytössä. Vaikka tämän hakemuksen vaatimukset ovat muotoiltu piirteitten erityisten yhdistelmien mukaan, on ymmärrettävä, että esillä ole-10 van kuvauksen suoja-alue sisältää myös minkä tahansa uuden piirteen tai tässä suorasti tai epäsuorasti kuvattujen piirteiden uuden yhdistelmän tai niiden minkä tahansa yleistyksen, riippumatta siitä liittyykö se samaan keksintöön kuin mitä tässä esitetään missä tahansa vaatimuk-15 sessa tai siitä, ratkaiseeko se samoja teknisiä ongelmia tai samat tekniset ongelmat kuin esillä oleva keksintö. Hakijat ilmoittavat täten, että uusia vaatimuksia voidaan formuloida tällaisten piirteitten ja/tai tällaisten piirteitten yhdistelmien mukaan esillä olevan hakemuksen tai 20 sen lisähakemuksen käsittelyn aikana.

Claims

30 88983
1. Ohjattu CSMA-, carrier sense multiple access, kantoaallon ilmaisuun perustuva monipääsyn valvonta, pa- 5 ketinvälitysjärjestelmä sisältää ainakin kaksi asemaa, kun kullakin asemalla on välineet komminikaatiokanavan kuuntelemiseksi halutessaan lähettää informaatiopaketin ja välineet, joilla informaatiopaketti lähetetään, kun kanava havaitaan vapaaksi, tunnettu siitä, että tapauk-10 sessa, jossa kanava havaitaan varatuksi, uusi kuuntelukoh-ta ajoitetaan sattumanvaraisesti dynaamisesti määrättävälle aikavälille TSn, missä Gn-1 TS = min(TS. max(TS,, TS„ -)) n ui n-l q 15 o tai G , TS = min (TS, . max (TS,, (1-Of) x TS„ , + *x TS„ , -J^)) n u x π-x n-i g o missä TSu on ajoitusaikaväli, joka maksimoi odotetun suo-20 ritustehon kun kaikki asemat kilpailevat pääsystä kanavalle, TS^ on ajoitusaikaväli, joka maksimoi odotetun suoritustehon kun kaksi asemaa kilpailee pääsystä kanavalle, TS χ on edellisellä (n-l):llä havaintovälillä määritetty ajoitusaikaväli, G ^ on keskimääräinen tarjottu kuorma 25 (n-l):llä havaintovälillä, Gq on nimellinen keskimääräinen tarjottu kuorma ja qf edustaa tasoituskerrointa.
2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen järjestelmä, tunnettu siitä, että Gn_^:n arvio perustuu keskimääräisen vapaan jakson pituuteen; missä Gn_-^ = 30 (E/l(I)_7-a) ^ ja E/I(I)_7 on keskimääräinen vapaan jakson estimaattori ja a aseman kytkentäaika.
3. Menetelmä ei-pysyvän tyyppisen ohjatun CSMA-, carrier sense multiple access, kantoaallon ilmaisuun perustuva monipääsyn valvonta, paketinvälitysjärjestelmän käyttä- 35 miseksi, kun järjestelmä sisältää ainakin kaksi ainakin yhdellä kommunikaatiokanavalla toimivaa asemaa, t u n - l 3i 88 983 n e t t u siitä, että tapauksessa, jossa asema havaitsee kanavan tai kanavat varatuksi, uusi kuuntelukohta ajoitetaan sattumanvaraisesti dynaamisesti määrättävälle aikavälille TS , missä 5 0„ , TSn = min(TSu, maxfTS^ TSn_r ) ϋο tai Q
10 TS = min (TS , max (TS, , (1 -«0 x TS - + o( x TS , h~l \ \ n u l n-l n—i , ' 1 ^o missä TSu on ajoitusaikaväli, joka maksimoi odotetun suoritustehon kun kaikki asemat kilpailevat pääsystä kanavalle, TS^ on ajoitusaikaväli, joka maksimoi odotetun suo-15 ritustehon kun kaksi asemaa kilpailee pääsystä kanavalle, TSn-1 on edellisellä (n-l):llä havaintovälillä määritetty ajoitusaikaväli, Gn_^ on keskimääräinen kuorma (n-l):llä havaintovälillä, Gq on nimellinen keskimääräinen kuorma ja of edustaa tasoituskerrointa.
4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että TSn:n dynaamiseen päivitykseen sisältyy Gn_^:n arviointi, joka perustuu keskimääräiseen vapaan jakson pituuden E/1(I)7 arvioon havaintovälin aika- —-—- -1 na, missä Gn_^ = (E/l(I)y-a) ja a aseman kytkentäaika. 25 5* Ei-pysyvän tyyppisessä ohjatussa CSMA-, carrier sense multiple access, kantoaallon ilmaisuun perustuva monipääsyn valvonta, paketinvälitysjärjestelmässä käytettävä asema, joka sisältää vastaanottimen, lähettimen, kyt-kentävälineet, joilla kytketään joko lähetin tai vastaanko otin kommunikaatiokanavalle, kun vastaanottimessa on kuun-teluvälineet, joilla todetaan kommunikaatiokanavan varat-tu/vapaa -tila ja käynnistetään kytkentävälineet kytke-• : mään vastaanottimessa lähettimelle tapauksessa, että ase malla on informaatiopaketti valmiina lähetettäväksi ja 25 kanava todetaan vapaaksi, tunnettu siitä, että tapauksessa, että asemalla on informaatiopaketti valmiina 32 88983 ja kanava havaitaan varatuksi, uusi kuuntelukohta ajoitetaan sattumanvaraisesti dynaamisesti määrättävälle aikavälille TSn, missä Q
5 TS = min (TS,,, max(TS., TS^ , n-l, > n u i. n x q / / o tai G , TS = min (TS , max (TS,, (1-«V) x TS . + <Vx TS , ) n u x n-i n_X o 10. missä TSu on ajoitusaikaväli, joka maksimoi odotetun suoritustehon kun kaikki asemat kilpailevat pääsystä kanavalle, TS^ on ajoitusaikaväli, joka maksimoi odotetun suoritustehon kun kaksi asemaa kilpailee pääsystä kanavalle,
15 TSn_i on edellisellä (n-l):llä havaintovälillä määritetty ajoitusaikaväli, Gn_^ on keskimääräinen kuorma (n-l):llä havaintovälillä, Gq on nimellinen keskimääräinen kuorma ja CV edustaa tasoituskerrointa.
6. Patenttivaatimuksen 5 mukainen asema, t u n - 20. e t t u siitä, että se sisältää välineet G ,:n arvi- n-i oimiseksi perustuen keskimääräiseen vapaan jakson pituuteen, missä Gn_^ = (E/l(I)-a/ ^ ja E/1(I)_/ on keskimääräisen vapaan jakson estimaattori ja a aseman kytkentä- aika.
7. Patenttivaatimuksen 6 mukainen asema, tun nettu siitä, että välineet arvioivat keskimääräisen vapaan jakson pituuden keskiarvoistamalla havaintojakson aikana esiintyvien vapaiden jaksojen pituudet, toisin sanoen, keskimääräisen vapaan jakson pituuden estimaattori 30 Ε/Ϊ (I]_7 = SI/NI, missä SI on vapaiden jaksojen pituuksien summa ja NI on vapaiden jaksojen lukumäärä.
8. Patenttivaatimuksen 6 tai 7 mukainen asema, tunn ettu siitä, että se sisältää estimointiväli-neet keskimäärisen vapaan jakson arvioimiseksi tapauksessa, 35 että varatulla jaksolla toimiva lähetin ei pysty havaitsemaan edeltävän vapaan jakson loppua ja seuraavan vapaan jakson alkua. 33 88983
9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen asema, tunnettu siitä, että estimointivälineet hylkäävät tämän hetkisestä arviostaan vapaat jaksot, jotka ovat varatun jakson, jolla niiden asema lähettää, vieressä ja perustaa 5 arvionsa täysin havaittuihin vapaisiin jaksoihin.
10. Patenttivaatimuksen 8 mukainen asema, tunnettu siitä, että estimointivälineet yhdistävät arvioonsa aseman lähettämää varattua jaksoa välittömästi edeltävien ja seuraavien vapaiden jaksojen aika-alueessa 10 olevan yhdistetyn pituuden aproksimaation, kun aproksi-maatio perustuu edellisen vapaan jakson alun (t^*(Im)) ja seuraavan vapaan jakson päättymisen (te(Im+^)) määrittämiseen ja väliin jäävän varatun jakson E/l(Bm)_7/ jonka aikana asema lähettää, pituuden arvioimisesta ja t^(Im):n ja
15 E/I(B )7:n vähentämiseen te(I ,.):stä. - m- m+1 34 88983