WO2012016756A1 - Verfahren zur paketvermittelten datenübertragung - Google Patents

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WO2012016756A1
WO2012016756A1 PCT/EP2011/060490 EP2011060490W WO2012016756A1 WO 2012016756 A1 WO2012016756 A1 WO 2012016756A1 EP 2011060490 W EP2011060490 W EP 2011060490W WO 2012016756 A1 WO2012016756 A1 WO 2012016756A1
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WO
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data
coding
data stream
transmission
packets
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/060490
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Ziller
Christian SCHWINGENSCHLÖGL
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/004—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using forward error control
    • H04L1/0041—Arrangements at the transmitter end
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M13/00—Coding, decoding or code conversion, for error detection or error correction; Coding theory basic assumptions; Coding bounds; Error probability evaluation methods; Channel models; Simulation or testing of codes
    • H03M13/37—Decoding methods or techniques, not specific to the particular type of coding provided for in groups H03M13/03 - H03M13/35
    • H03M13/3761—Decoding methods or techniques, not specific to the particular type of coding provided for in groups H03M13/03 - H03M13/35 using code combining, i.e. using combining of codeword portions which may have been transmitted separately, e.g. Digital Fountain codes, Raptor codes or Luby Transform [LT] codes
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M13/00—Coding, decoding or code conversion, for error detection or error correction; Coding theory basic assumptions; Coding bounds; Error probability evaluation methods; Channel models; Simulation or testing of codes
    • H03M13/63—Joint error correction and other techniques
    • H03M13/6306—Error control coding in combination with Automatic Repeat reQuest [ARQ] and diversity transmission, e.g. coding schemes for the multiple transmission of the same information or the transmission of incremental redundancy
    • H—ELECTRICITY
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    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
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    • H03M13/65—Purpose and implementation aspects
    • H03M13/6522—Intended application, e.g. transmission or communication standard
    • H03M13/6527—IEEE 802.11 [WLAN]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04L1/00—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received
    • H04L1/004—Arrangements for detecting or preventing errors in the information received by using forward error control
    • H04L1/0076—Distributed coding, e.g. network coding, involving channel coding

Definitions

  • the invention relates to a method for packet-switched data transmission, in particular between a means of transport and an infrastructure communicating with the means of transport, as well as a transmitting device and a receiving device for use in this method.
  • communication links are often used which only conditionally reliable transmission links, such as e.g.
  • the object of the invention is therefore to provide a method for packet-switched data transmission, in which a high reliability and timeliness of the transmitted data is guaranteed.
  • a data stream to be transmitted is encoded with a plurality of data packets by means of a coding, which adds redundancy to the data stream.
  • the coding method is designed to ⁇ particular such that for a group of n Since ⁇ tendigiten a coded group of n + k data packets is generated, a decoding is always possible when k coded by n + data packets any number of n data packets Will be received.
  • the resulting encoded data stream is multiplexed into a plurality of parallel sub-streams by a multiplexer and transmitted over a plurality of paths, with a respective sub-stream transmitted on a path from the plurality of paths.
  • the inventive method is characterized by a combination of an encoding of the data stream with a multiple-xen of the data stream from, the reliability of data transmission is increased by the transmission of partial data streams on multiple paths, since failure of a Kochtra ⁇ supply via a path further Data packets can be received on other paths that can usually be decoded again due to the redundancy contained in the encoded data stream. It is unimportant about which of the paths the data packets used for decoding receive. were. That is, packets lost on a path may be replaced for decoding by packets received over a path.
  • the paths of the individual partial data streams are largely independent of one another in a particularly preferred variant of the invention, so that a failure of data packets on one path has little or no effect on the partial data streams on other paths. Due to the transmission of the coded data stream over disjoint sub-data streams is further ensured that new Informatio ⁇ NEN the data stream are received in each partial data stream, so that the probability decreases that the original data stream can not be reconstructed at a packet loss on multiple paths.
  • the method according to the invention is used for packet-switched data transmission on the L3 layer.
  • the payload of the corresponding L3 data packets which are in particular IP data packets, is encoded.
  • the encoded payload and Co ⁇ commanding parameter concerning the encoded data packets are übermit ⁇ telt in a temperature above the L3 layer layer, in particular in an intermediate layer between the L3 layer and the L4 layer according to the OSI reference model.
  • the coding parameters which in particular include the encoding vectors described below, are transmitted in the context of a header of the intermediate layer, which is then followed by the corresponding coded payload.
  • WLAN Wireless Local Area Network
  • each path is a different frequency transmission and / or a different spatial transmission path (for example, via different access points of the wireless part ⁇ tee) for transmission over the assigned at least a wireless portion.
  • a coded data packet contains entries for each uncoded data packet of the data packet group, so that a coding vector, a weighted sum of the payload of the data packets of the data packet group and thereby the coded payload of a coded data packet is formed.
  • the sequence of data packets in the uncoded or coded data stream is determined by the successive data packets or the consecutive coding vectors. Data packets and coding vectors are thus numbered according to the appropriate order.
  • a particularly simple coding based on the above ge ⁇ called Codiervektoren is achieved in a preferred embodiment in that the set of Codiervektoren DER art configured is that corresponding to j ⁇ n, where n is the number of data packets of a data packet group, the j-th co ⁇ diervektor is linearly independent of the first to the (jl) -th coding vector.
  • a method for generating such linearly independent coding vectors is given in the detailed description.
  • the set of coding vectors is designed such that for i> n, where n of the number of data packets corresponds to a data packet group, the i-th coding vector is at least partially formed from random entries, wherein ei ⁇ ner preferred variant, the items are selected from 0 to 1.
  • the set of coding vectors is designed such that at least i ⁇ n and in particular i ⁇ m, where n is the number of uncoded data packets of a data packet group and m is the number from the data packet group ⁇ outgoing encoded data packets, the (i + l) -th entry and all major entries of the ith coding vector consist of zeros.
  • a data stream can also be coded or decoded before the reading in of all data packets of a data packet group, whereby a delay in the data transmission caused by the coding or decoding is avoided.
  • the respective partial data streams in the transmission path along the respective one or more times to be re co ⁇ diert, wherein a coded sub-stream re-encoding for each redundancy is added.
  • the new coding can be carried out analogously to the variants of the coding described above. According to this embodiment, reliable data transmission is achieved even in the case of multiple unreliable transmission links.
  • the inventive method can be used in the context of a unicast transmission, in which the data stream to a single recipient, in particular to a single Trans ⁇ port means transmitted. Additionally or alternatively, be ⁇ is also the possibility that the data transmission is a multicast transmission, wherein the data stream is transmitted to a plurality of receivers, especially to a plurality of transport means.
  • control data and / or data of a passenger information Transfer systems to the means of transport and / or infrastructure.
  • the control data are in particular data relating to the control of the drive of the means of transport.
  • Ge ⁇ if appropriate the means of transport can be ordered automatically without driver on the control data.
  • the data of the passenger information system include employee ⁇ re data with which the passengers information made available during the trip. For example, these data may comprise a video stream which is shown on a corresponding display device to the passengers in the means of transport.
  • a data transmission between a transport is medium in the form of a rail vehicle and an Infra ⁇ structure for the railway vehicle performed using wireless transmitting and / or receiving units are provided along the track of the rail vehicle, which for data transmission with one or more wireless transmitting and / or receiving units of the rail vehicle communicate.
  • the transmitting and / or receiving units work preferably based on the WLAN protocol family IEEE 802.11.
  • the data transmission includes the Reset factory ⁇ development of the originally generated data packets from the encoded data packets.
  • the parallel component data streams of at least one receiving and processing means are received, ⁇ gene, wherein bringing together the sub-data streams to the original encoded data stream, since ⁇ and decodes this at least one receiving and processing means.
  • the invention further relates to a transmitting device for transmitting data for use in the method according to the invention.
  • the transmitting device comprises an encoding device for coding a data stream to be transmitted with a plurality of data packets by means of a coding, which adds redundancy to the data stream.
  • the transmission a multiplexer for dividing the coded data stream into a plurality of parallel partial data streams and a transmitting means for transmitting the parallel partial data streams over a plurality of paths, wherein a respective partial data stream is transmitted on a path of the plurality of paths.
  • the invention further relates to a receiving device for receiving data which can be used in the method according to the invention.
  • the receiving device comprises a receiving and processing means, which is keptstal ⁇ tet such that it receives the parallel partial data streams during operation and merges them into the original coded data stream and decodes this coded data stream.
  • the invention further relates to a transmission system comprising the above-described transmitting device and the receiving device described above.
  • a transmission system comprising the above-described transmitting device and the receiving device described above.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a network structure of a train-communication system in which an embodiment of the method according to the invention is carried out
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an implementation of the method according to the invention in a train communication system according to FIG. 1;
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an implementation of the method according to the invention in a train communication system according to FIG. 1;
  • Fig. 3 is a schematic representation of another implementation of the method according to the invention in the train communication system of Fig. 1; and Fig. 4 is a schematic diagram which illustrates the processing performed in the coding process OF INVENTION ⁇ to the invention a data stream.
  • the embodiments of the inventive method described below enable reliable, effi ⁇ cient and fast communication between communication endpoints in a communication system, the communication endpoints are connected to each other via a backbone network and a wireless access network.
  • the following describes the method based on a communication in which a communication end point is on a moving object in the form of a moving train.
  • the communication is bidirectional between a sender and a receiver (unicast) or between a sender and several receivers (multicast).
  • the communication runs between the infrastructure and the train as well as in the opposite direction.
  • a data transmission from the infrastructure to the train will be described, but analogously, the reverse direction of the data transmission according to the invention can be realized.
  • Fig. 1 shows a schematic representation of the above-mentioned communication system in which the variants of the method according to the invention described below are implemented.
  • a traveling train is designated by the reference symbol T.
  • This train comprises a control unit CU in the form of a so-called on-board control unit, which in turn is connected to two so-called train units TU.
  • Each Train unit includes fully two antennas A ', which communicates wirelessly over a wireless communica tion ⁇ connection based on the WLAN IEEE 802.11 protocol family with an infrastructure I, wherein for this purpose along the rail on which the train moves, corresponds speaking WLAN access points AP with wireless antennas A vorgese ⁇ are hen.
  • the Train unit in the train operates on the L3 layer of the OSI reference model and described herein exporting ⁇ approximately embodiments of the invention are based on a packet-switched transmission in this layer.
  • the two train units TU are connected to the control unit CU, which represents a communication end point on the side of the train in the context of the communication according to the invention. Since ⁇ at a decoding point between the train units and the control unit CU is provided with the received encoded
  • the decoding point can be its own device or it can be integrated in each train unit TU. In operation, only one decode point ever works and further decode points act as substitutes if an active decode point should fail.
  • the above-mentioned railside access points AP ensure that the traveling train T can always connect to the infrastructure I wirelessly.
  • the access points are connected to a backbone network, which can be fixed and optionally also have wireless interconnections.
  • the backbone network can have, for example, a ring structure, a star structure or even a mesh topology.
  • the backbone network is connected via an access router AR with application servers AS1 and AS2.
  • This application server acting through the communication according to the invention the communication end point on the side of the infra-structure ⁇ represents and may be connected directly or optionally with the interposition of a further network with the backbone network.
  • This communication endpoints are connected via ei ⁇ nen Codierddling with the backbone network to encode a data stream that is generated by the application servers AS1 or AS2, is enrolled in more detail loading as below.
  • the application server AS1 represents a server for train control, which transmits control commands to the train within a packet-based data stream.
  • the Application server AS2 a PIS system, with the information in the form of a packet-based data stream for the passengers of the train T are generated. This information can, for example, be a video stream which is reproduced via a corresponding display device in the passenger compartment of the train.
  • a robust and reliable communi- cation is based on a packet-based data transmission on the L3 layer reached.
  • the process is completely transparent to the underlying MAC layer and the physical layer.
  • a network coding for the L3 data packets is used, which can be implemented as an intermediate layer (English: "shim layer") between the L3 layer and the L4 transport layer.
  • a set of n original L3 data packets are transformed into a larger set of m coded data packets, thereby adding redundancy to the data stream.
  • FEC Forward Error Correction
  • coding erasure coding.
  • the m coded data packets are transmitted between the coding point and the decoding point.
  • ARQ ARQ requests
  • Fig. 2 shows a schematic representation of an inventive data transmission system using the example of unicast traffic between a sender and a receiver.
  • the source of the Da is tenstroms here denoted by SO and may include a Applika ⁇ tion server AS1 or AS2 shown in Fig. 1 represent.
  • the source generates the original data packet stream D. This flows logically between the SO source and the destination denoted DE in FIG.
  • This goal is a unit on the train T and in particular the control unit CU according to FIG. 1.
  • the coding operation is performed by a coding point CP and the decoding operation by a decoding point DP.
  • the coding point CP which converts the data stream D into a coded data stream CD, may correspond to the unit which generates the original data stream.
  • the coding point CP is followed by a multiplexer M, which constitutes a further element of the invention. Via the multi-plexer ⁇ M multiplexing or dividing the encoded packet stream into a plurality of CD encoded data substreams is enabled ⁇ light, wherein two sub-data streams Dl and D2 are shown by way of example in Fig. 2.
  • These sub-streams are transmitted under Zvi ⁇ rule circuit of a network N which comprises the backbone network and the wireless transmission link according to Fig. 1, so-called via separate paths PA1 and PA2 in.
  • the individual reception points RP1 and RP2 can represent corresponding antennas A 'of a single train unit TU according to FIG.
  • a tunnel is set up between the multiplexer M and each receiving point.
  • paths between multiplexers and different reception points are also referred to as parallel paths.
  • the source SO and the target EN through corresponding IP addresses is clearly zcopy spe ⁇ .
  • the coding point CP also uses these addresses from the original data stream for the coded data stream.
  • the multiplexer M translates the addresses of the encoded data stream into appropriate addresses of respective receive ⁇ points, thereby achieving a division of the flows in sub-data streams and a transmission of these sub-data streams via different paths.
  • a table can be used which maps destination addresses to corresponding reception points.
  • the embodiment of FIG. 3 shows a so-called multicast communication in which the originally generated data stream D is not transmitted to a single train T but to a plurality of trains Tl to Tn, wherein Fig. 3 exemplified trains Tl and Tn are shown.
  • a multicast transmission is considered in a scenario in which the same PIS system is used by the respective trains in order, for example, to receive a video from a PIS application server.
  • the structure of the communication system of FIG. 3 corresponds to the infrastructure of the communication system of FIG. 2.
  • the multiplexer M now uses multicast addresses for the distribution of the coded data packet stream no single receiving point, but a multicast group of receiving points is addressed.
  • a multicast group is formed by all Emp ⁇ fang knot RPL of trains Tl to Tn and another multicast group by all receiving nodes RP2 of the trains Tl to Tn overall.
  • the multiplexed via the multiplexer M partial data streams Dl and D2 are each addressed via a path to all recipients of a multicast group, so that a path PA1 for the partial data flow Dl to all receivers RPl and a path PA2 for the partial data stream D2 to all receivers RP2 the trains Tl to Tn leads.
  • each parallel path is directed to a different multicast group.
  • the train here has so many reception points as there are pa ⁇ rallele paths.
  • meh ⁇ eral parallel paths to the same reception points may optionally end.
  • each receive point is assigned exactly one multicast group. Further, each receive point in the same train is assigned to another multicast group.
  • an additional robustness of the data stream to packet losses is achieved by multiplexing the encoded packet stream on multiple parallel paths Zvi ⁇ rule of the source and the destination in addition to the network coding.
  • the parallel paths are preferably chosen such that they are independent of one another, ie the cause for a quality of service degradation on the one path must have no effect on the quality of service of the other parallel path.
  • the kriti ⁇ specific portion of a path is the wireless connection between the infrastructure I and the train T. Therefore, in a particularly preferred variant, two parallel paths on the wireless transmission link in the spatial or in the frequency domain are separated from each other. The different paths do not transmit the same packet streams, but partial data streams of the coded packet stream. Thus can not be a case that the same data ⁇ packet is lost on multiple packet streams and must be transmitted clearly again.
  • the paths described above represent the path of the corresponding L3 packet in the L3 layer. They are determined by the destination address of the L3 packet. Preferably, a path passes through another access point AP and another WLAN frequency to a train than any other parallel path. In particular, two packages run at different Adres ⁇ sen, but belonging to the same encoded data stream over different paths, which are in the spatial and / or frequency domain, in particular via the wireless links, separated. In the case of multicast transmission, each path is identified by its own multicast address. In the case of IP, a multicast address is an address between 224.0.0.0 and 239.255.255.255. Since a multicast transmission implies multiple receivers, a path in a multicast transmission is not tied to a particular physical route.
  • the just-defined definition of a path is analogously applicable to a unicast transmission.
  • the multiplexing described above is understood to mean a method in which a packet stream is split into sub-streams, which are transmitted on different paths.
  • the packets of the data stream can be divided into partial data streams using methods known per se, for example based on a round robin method.
  • the trackside access points AP transmit only multicast or unicast packets if a receiver is connected to the respective access point is associated.
  • a resource reservation protocol such as IGMP, may be used to establish a multicast tree.
  • An access point along the rail can use IGMP if it is an L3 device. If the access point is an L2 device, it can use so-called IGMP snooping.
  • each path between a rail-side access point AP and a train unit TU via another channel is ⁇ set to achieve diversity in the frequency domain.
  • a path is a transmission frequency zugeord ⁇ net, which is a channel in the case of WLAN protocol family.
  • a rail-side access point AP which is set to a particular channel, so only forward a package ⁇ stream, if it belongs to a specific path, which is assigned to the same channel as the wayside access point AP. This can be achieved by a selective owskifilte ⁇ tion. All packets that arrive at the rail-side access point are discarded if their
  • a Train-Unit TU can be a particular multicast group over a Subskriptionsmechanismus zugeord ⁇ net. Since a multicast address is associated with a frequency channel, the Train-Unit TU is also associated with this Fre ⁇ quenzkanal. Therefore, the train unit associates only with those railside access points set on the frequency channel according to the multicast group. In a further embodiment of the invention, the assignment to a multicast group and to a frequency channel for the train unit is flexible.
  • the applica tions ⁇ server AS2 in the context of a passenger information system, a video stream ready to be provided by multicast transmission of a plurality of trains, which have two train units TU, which each connect to rail-side access points.
  • the PIS server AS2 represents the source and the coding point CP for the video stream.
  • the train units TU are corresponding receiving points RP1 and RP2, respectively. They receive the encoded packet stream over several of the paths described above, and pass the encoded packets to the control unit CU, which represents the decoding point DP for the video stream.
  • the PIS server generates the video stream, the entspre ⁇ sponding network coding applies to this stream and multiplexes the encoded data packets to two fixed multicast groups which may have 239.0.0.1 and 239.0.0.2 for example, the IP addresses.
  • the multicast address 239.0.0.1 is linked to the channel 1 of the wireless transmission between infrastructure and train, whereas the multicast address 239.0.0.2 is linked to the channel 6 of the wireless transmission.
  • the rail-side access points are set to switch between the channel 1 and the channel 6, and therefore are alternately assigned to the two multicast addresses.
  • the respective multicast address is the destination address of the IP packets on the respective paths. Filter trackside access points out those multicast packets wel ⁇ che do not match their channel.
  • a train unit TU connects to a rail-side access point AP, sub ⁇ they skribiert back to the multicast group to produce the multicast tree again. Therefore, it sends an IGMP message to the root of the multicast group.
  • the packets received in the respective train units are forwarded by both train units to the control unit CU, where they are finally decoded.
  • the encoding parameters of the network encoding are set to generate twelve encoded packets from eight original packets by the encoding. It is believed that a third of the packets is lost and the encoded packet stream is multiplexed to moving ⁇ chen parts on two paths. During the Transmission of six packets over each path will result in the loss of two packets so that each train unit receives four packets. Since a total of eight packets are received over both paths, the decoding point DP of the control unit CU can decode the original packets from the received coded packets and restore the original video stream.
  • the network coding describes the coding between a coding point CP and a decoding point DP. It comprises a coding function, which is applied to the original packet stream D by the coding point CP, and a decoding function, which is applied from the decoding point DP to the encoded data stream CD.
  • Both the encoded and the decoded data stream are logically divided generations or groups, which each describe a set of n on ⁇ consecutive data packets into the original data stream.
  • the packets of one group are preferably disjoint to the packets of another group. Each packet preferably belongs exactly to a specific group.
  • a generation or group can thus be understood to mean a set of original data packets which are coded together with a set of coding vectors, with a coding vector also being referred to below as EV.
  • the encoding point CP repeatedly applies an encoding operation to a group of n original packets with corresponding coding vectors as additional input parameters to generate a total of n + k coded data packets.
  • FIG. 1 G shows the original data stream D, which consists of individual data packets in the L3 layer, which are only partially denoted by reference symbol P for reasons of clarity.
  • ⁇ respective groups of successive data packets are encoded together with the encoding operation, such a group is indicated in FIG. 1 G.
  • the on it 4 is coded CO in FIG. 4 and, using the set of coding vectors EV, converts the group G into a group CG of coded data packets CPA, with redundancy added to this coded group.
  • the encoded group CG contains a higher At ⁇ number of (coded) data packets as the original group G.
  • the encoded group CG includes n + k pake ⁇ te, wherein the number k can be suitably adjusted depending on the application in the coding operation.
  • CPA coded data packets
  • CD reference character
  • the encoding described below interprets each byte as a polynomial from the finite Galois field GF (2 S ), where s is 8, but may take on a different value in other variants.
  • the dimension of a coding vector EV is n and corresponds to the number of data packets in the group to be coded.
  • the elements of the coding vector are also from the finite Galois field GF (2 S ).
  • ⁇ S> is a multiplicative operation and ⁇ an additive operation.
  • ⁇ S> and ⁇ correspond to the XOR function.
  • Modulo is the usual modulo operation.
  • axb is the typical multiplication of two polynomials a and b.
  • r is an irrede zable polynomial from the Galois field GF (2).
  • r 1 + X + X 3 + X 4 + X 8 .
  • M is a matrix of the original packets of a group;
  • M 1 is the ith original packet in a group;
  • X is the matrix of encoded packets of a coded group
  • X I is the ith coded packet of a coded group
  • V is a set of (n + k) consecutive coding vectors used to code a group
  • V- is the ith element in the jth coding vector
  • n is the size of the group to be coded
  • m is the width of M and corresponds to the number of bytes of payload in a data packet of a group
  • M denotes the element in the i-th row and the t-th column corresponding to the t-th byte of the i-th ur ⁇ sprün Republic data packet of a group.
  • X denotes the element in the jth row and t-th
  • the encoding point CP determines (n + k) coded packets byte by byte for each [1, n + k] and te [1, m] by the following equation:
  • random values are used for the entries of the corresponding coding vector.
  • the generated random coding vectors have the property of being as independent as possible of a maximum group of generated coding vectors for a particular group to be coded. In the following, corresponding pseudo-code for generating the entries of the coding vectors is given.
  • the generated random coding vectors may have the properties of being linearly independent of any previously generated coding vector of a group.
  • V (l, 4) [1,0,0,0]
  • V (2,4) [1,1,0,0]
  • V (3,4) [1,1,1,0]
  • V (4,4) [1,1,1,1].
  • Packets are encapsulated in an intermediate layer which contains those Codiervektor a co ⁇ dieres data packet as a coding parameter in the header that was used to generate the encoded packet.
  • the decoding of a received co-founded packet stream on the side of the decoding point proceeds in the manner known per se and is based on the solution of a line ⁇ arene system of equations for each group according to equation (1).
  • n received coded data packets are selected which belong to the same group whose coding vectors are independent of one another.
  • M is determined based on the coding vectors and the matrix X, the coding vectors being from the headers of the data packets of the Intermediate layer are removed and the matrix X represents the coded payload of the coded packets.
  • M is the matrix containing the original packets of a particular group
  • V is the matrix containing as lines the coding vectors for a group
  • n is the size of a group to be coded
  • k is zero or a positive integer value
  • X [i] encodeXiGF2 (M, V [i], n, m); ⁇
  • the function encodeGF2CompleteX determines a matrix X with (n + k) coded packets per group.
  • the encodeXiGF2 function is used by the encodeGF2CompleteX function to determine X 1 .
  • VM [j] [k] xor (VM [j] [k], VM [i] [k]); ⁇
  • VM [j] [n + k] xor (VM [j] [n + k], VM [i] [n + k]);
  • VM [j] [k] xor (VM [j] [k], VM [i] [k]);
  • VM [j] [n + k] xor (VM [j] [n + k], VM [i] [n + k]) ⁇
  • a delay occurs in that the encoding or decoding operation of a packet is performed only when all the packets of a group have been read. This leads to a delay in data transmission. In a modification of the coding according to the invention, this delay is avoided.
  • Coded packets can already be generated and transmitted, even if not all packets have one Group were read in the coding point.
  • a specific type of coding vector is used. It must be si ⁇ cher tripod here is that the Codiervektoren zeros have for those items which relate to packages that are not yet available. This has the advantage that Pa ⁇ kete, which are not yet available at the decoding point, are not required for decoding and no delay occurs.
  • the coding operation with a coding vector EV for generating the third coded data packet may be as follows:
  • the co ⁇ commanding point can encode and transmit new packets using already Products Available ⁇ ren packages without waiting for all data packets of a group to be coded to be read. The decode point is then able to immediately decode received encoded packets of a group without having to wait for all the encoded data packets of a group to be received.
  • the decoding point After receiving a data encoded packet while the decoding point determines a linear system of equations based on the already received co-founded ⁇ data packets and the newly received data packet. For this purpose, the decoding point must have all encoded data packets of a group at least until the time when the group has been completely decoded.
  • the dimension of the linear sliding ⁇ surveillance system has to un ⁇ equal to zero corresponds to the maximum position of an entry in each Codiervektor the respective group.
  • the dimension of the equation system can be determined based on the following pseudo-code: int [] dimLes (int [] [] V)
  • wel ⁇ che particular is used when the data packets between source and destination over a plurality of successive unreliable channels with high failures are transmitted (for example, a large number of wireless hops).
  • further coding points are used to improve reliability.
  • the originally coded data stream is coded one or more times along the transmission in further coding points.
  • the coding operation is applied again to the coded packets, whereby, depending on the embodiment, the coding can start immediately upon receipt of a data packet (corresponds to the variant of the invention just described) or only starts when all coded data packets of a group have been received. According to this repeated coding, a modification has to be made in the determination of the coding vectors, which reads as follows:
  • a coding point selects any suitable coding vector w 1 for the ith re-coded data packet q 1 .
  • the coding point recodes a new packet q 1 with the coding vector z 1 from the coded packets and transmits it.
  • the coding operation corresponds to the coding operation described above.
  • the decoder decodes the incoming point repeatedly co-founded ⁇ data packets similar to the above description.
  • Codie ⁇ tion shim layer is an intermediate layer between the L3 and L4 layer in the form of a so. Realized.
  • the package format for such a shim layer hereafter referred to as NetworkCondingShimLayer, is as follows:
  • the data transfer from an infrastructure to one or more trains has been described.
  • the data transfer in the reverse direction runs from there in such a way that the control unit CU of a train generates the original Pa ⁇ ketstrom and determines the encoded packet stream with a corresponding network coding.
  • the packet stream is again multiplexed over a plurality of logical paths, the paths running over the train units TU.
  • the processing of the coded packets in the infrastructure proceeds in the same way as in the case of the transmission in the opposite direction from the infrastructure to the train.
  • n and k of the network encoding used determine the size of a data packet group to be coded and the number of coded data packets belonging to a group, n and k are preferably determined depending on the error rate of the channel.
  • the semi ⁇ is transmitted in a preferred embodiment, at regular or irregular intervals by the decoding issues a reception report to the Codieryak where ⁇ in this report contains information about the packet error rate in the channel. This information may include, for example, the average number or minimum number of received coded data packets per group.
  • the coding point can then suitably set the parameters n and k.
  • a default value for n and k is used at the beginning of the data transfer.
  • the embodiments of the method according to the invention described above have a number of advantages.
  • the reliability of the data transmission due to network coding and the transmission over several paths in the case of unreliable transmission ⁇ channels is increased.
  • the mechanisms of the invention can be implemented in an existing communication system based on a layer above the L3 layer.
  • the gain in reliability is achieved in addition to existing to ⁇ ver artkeitsmechanismen on other layers so that the inventive method in addition to other mechanisms can coexist.
  • the method according to the invention provides network coding in which not all data packets of a data packet group to be coded must be read in before the coding is carried out.
  • a decoding of the coded DA is tendigitstroms already possible when the first co ⁇ ied data packet of the corresponding coded group is received, without waiting for that until the entire co ied group arrives at the receiver.
  • This has particular advantages in the transmission of control data between an infrastructure and a train, since these data must be very up-to-date and thus only valid for a limited time.
  • the method also has the property that the reliability is controlled and enforced by end points of the communication system. There are thus no requirements for intervening communication systems. The method is such adaptable on the setting of coding that a compromise between the overhead data and the reliability of data transfer can be the gefun ⁇ .
  • the method according to the invention makes it possible to increase the reliability of the data transmission also by using a plurality of paths, wherein a partial data stream is transmitted on each path.
  • a frequency or spatial diversity can be exploited.
  • no requirements have to be placed on the communication system between the endpoints.
  • Reliable data transmission can be achieved even if individual data connections fail or are disturbed.
  • a decoding of the original data content is ensured fiction ⁇ already based on only a part of received data packets. If, for example, a path fails, this does not lead to a loss of information since all the information in the data stream can usually be generated from the remaining paths.
  • the invention has particular advantages in the context of data transmission between a means of transport and an infrastructure communicating with the means of transport. Particularly advantageous is the use of the method according to the invention in the context of a train control system, in which Steuerda to be transmitted to the train with high timeliness. Since with the method according to the invention the probability decreases that a connection between the train and the ent ⁇ speaking infrastructure breaks off, also the probability is reduced that an emergency event (eg a

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur paketvermittelten Datenübertragung, insbesondere zwischen einem Transportmittel (T, T1, Tn) und einer mit dem Transportmittel (T, T1, Tn) kommunizierenden Infrastruktur (I). In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein zu übertragender Datenstrom (D) mit einer Vielzahl von Datenpaketen (P) mittels einer Codierung codiert, welche dem Datenstrom (D) Redundanz hinzufügt. Der codierte Datenstrom (CD) wird anschließend mit einem Multiplexer (M) in eine Mehrzahl von parallelen Teildatenströmen (D1, D2) aufgeteilt und über eine Mehrzahl von Pfaden (PA1, PA2) übertragen, wobei ein jeweiliger Teildatenstrom (D1, D2) auf einem Pfad (PA1, PA2) aus der Mehrzahl von Pfaden übermittelt wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zur paketvermittelten Datenübertragung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur paketvermittelten Datenübertragung, insbesondere zwischen einem Transportmittel und einer mit dem Transportmittel kommunizierenden Infra- struktur, sowie eine Sendeeinrichtung und eine Empfangseinrichtung zur Verwendung in diesem Verfahren.
In Kommunikations-Systemen und insbesondere im Rahmen der Kommunikation eines Transportmittels mit einer Infrastruktur werden oftmals Kommunikationsverbindungen eingesetzt, welche nur bedingt zuverlässige Übertragungsstrecken, wie z.B.
drahtlose Übertragungsstrecken, umfassen. Nichtsdestotrotz besteht für viele Anwendungen, insbesondere für sicherheits¬ kritische Anwendungen, die Notwendigkeit, dass Daten mit ho- her Aktualität und geringen Verlusten übertragen werden. Dies ist besonders wichtig, falls Daten zur Steuerung eines Trans¬ portmittels von einer Infrastruktur an das Transportmittel übermittelt werden. Zur Erhöhung der Zuverlässigkeit einer Datenübertragung zwischen einem Schienenfahrzeug und einer mit dem Fahrzeug kom¬ munizierenden Infrastruktur ist es aus dem Stand der Technik bekannt, dass die Datenpakete des Datenstroms redundant über separate Kanäle zwischen Infrastruktur und Schienenfahrzeug übermittelt werden. Dabei wird jedoch eine hohe Bandbreite benötigt. Ferner ist es bekannt, dass bei Datenpaketverlusten sog. automatische Repeat-Requests (englisch: ARQ = Automatic Repeat Request) zum nochmaligen Anfordern von verlorenen Datenpakete von dem Empfänger der Datenpakete an den Sender ü- bermittelt werden. Dies hat jedoch den Nachteil, dass es zu einer Verzögerung bei der Datenübertragung kommt, welche für bestimmte Anwendungen nicht tolerabel ist. Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, ein Verfahren zur paketvermittelten Datenübertragung zu schaffen, bei dem eine hohe Zuverlässigkeit und Aktualität der übertragenen Daten gewährleistet ist.
Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Patentanspruch 1 bzw. die Sendeeinrichtung gemäß Patentanspruch 15 bzw. die Empfangseinrichtung gemäß Patentanspruch 16 gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen de- finiert.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein zu übertragender Datenstrom mit einer Vielzahl von Datenpaketen mittels einer Codierung codiert, welche dem Datenstrom Redundanz hinzufügt. Dabei können z.B. an sich bekannte Codierverfahren basierend auf einer FEC-Codierung (FEC = Forward Error Correction) bzw. Erasure-Codes eingesetzt werden. Das Codierverfahren ist ins¬ besondere derart ausgestaltet, dass für eine Gruppe von n Da¬ tenpaketen eine codierte Gruppe von n+k Datenpaketen generiert wird, wobei eine Decodierung immer dann möglich ist, wenn von n+k codierten Datenpaketen eine beliebige Anzahl von n Datenpaketen empfangen wird. Nach der Codierung wird der erhaltene codierte Datenstrom mit einem Multiplexer in eine Mehrzahl von parallelen Teildatenströmen aufgeteilt und über eine Mehrzahl von Pfaden übertragen, wobei ein jeweiliger Teildatenstrom auf einem Pfad aus der Mehrzahl von Pfaden ü- bermittelt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich durch eine Kom- bination einer Codierung des Datenstroms mit einem Multiple- xen des Datenstroms aus, wobei durch die Übertragung von Teildatenströmen auf mehreren Pfaden die Verlässlichkeit der Datenübertragung erhöht wird, da bei Ausfall einer Übertra¬ gung über einen Pfad weiterhin Datenpakete auf anderen Pfaden empfangen werden können, die aufgrund der enthaltenen Redundanz im codierten Datenstrom in der Regel auch wieder decodiert werden können. Es ist dabei unerheblich, über welchen der Pfade die zur Decodierung verwendeten Datenpakete empfan- gen wurden. Das heißt, Pakete, die auf einem Pfad verloren gegangen sind, können für die Decodierung durch Pakete ersetzt werden, die über einen Pfad empfangen werden. Die Pfade der einzelnen Teildatenströme sind in einer besonders bevor- zugten Variante der Erfindung weitestgehend unabhängig voneinander, so dass ein Ausfall von Datenpaketen auf einem Pfad keine oder nur geringe Auswirkungen auf die Teildatenströme auf anderen Pfaden hat. Aufgrund der Übertragung des codierten Datenstroms über disjunkte Teildatenströme wird ferner sichergestellt, dass in jedem Teildatenstrom neue Informatio¬ nen des Datenstroms empfangen werden, so dass die Wahrscheinlichkeit abnimmt, dass bei einem Paketverlust auf mehreren Pfaden der ursprüngliche Datenstrom nicht wieder rekonstruiert werden kann.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird das erfindungsgemäße Verfahren zur paketvermittelten Datenübertragung auf der L3-Schicht verwendet. Dabei wird die Nutzlast der entsprechenden L3-Datenpakete, welche insbesondere IP- Datenpakete sind, codiert. Die codierte Nutzlast sowie Co¬ dierparameter betreffend die codierten Datenpakete werden dabei in einer über der L3-Schicht liegenden Schicht übermit¬ telt, insbesondere in einer Zwischenschicht zwischen der L3- Schicht und der L4-Schicht gemäß dem OSI-Referenzmodell . Die Codierparameter, welche insbesondere die weiter unten beschriebenen Codiervektoren umfassen, werden im Rahmen eines Headers der Zwischenschicht übertragen, an den sich dann die entsprechende codierte Nutzlast anschließt. In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Datenstrom über zumindest ein drahtloses Teilstück übertragen, wobei zu dieser Übertragung insbesondere WLAN (WLAN = Wireless Local Area Network) genutzt wird. Vorzugsweise ist dabei jedem Pfad eine andere Übertragungs- frequenz und/oder eine andere räumliche Übertragungsstrecke (z.B. über verschiedene Zugangspunkte des drahtlosen Teil¬ stücks) für die Übertragung über das zumindest eine drahtlose Teilstück zugeordnet. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Pfade weitestgehend unabhängig voneinander sind und sich die Datenübertragungen auf den unterschiedli¬ chen Pfaden nicht stören. In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zur Codierung des Datenstroms eine Mehrzahl von aufeinander folgenden Datenpaketen des Datenstroms zu einer Datenpaket-Gruppe zusammengefasst , wobei die Codierung einer Da¬ tenpaket-Gruppe über eine Satz von aufeinander folgenden Co- diervektoren erfolgt, wobei ein jeweiliger Codiervektor zur
Erzeugung eines codierten Datenpakets vorgesehen ist und Einträge für jedes uncodierte Datenpaket der Datenpaket-Gruppe enthält, so dass durch einen Codiervektor eine gewichtete Summe der Nutzlast der Datenpakete der Datenpaket-Gruppe und hierdurch die codierte Nutzlast eines codierten Datenpakets gebildet wird. Durch die aufeinander folgende Datenpakete bzw. die aufeinander folgenden Codiervektoren wird die Reihenfolge der Datenpakete im uncodierten bzw. codierten Datenstrom festgelegt. Datenpakete und Codiervektoren sind somit gemäß der entsprechenden Reihenfolge nummeriert.
Eine besonders einfache Codierung basierend auf den oben ge¬ nannten Codiervektoren wird in einer bevorzugten Ausführungsform dadurch erreicht, dass der Satz von Codiervektoren der- art ausgestaltet ist, dass für j < n, wobei n der Anzahl von Datenpakete einer Datenpaket-Gruppe entspricht, der j-te Co¬ diervektor linear unabhängig von dem ersten bis zum (j-l)-ten Codiervektor ist. Ein Verfahren zur Generierung solcher linear unabhängiger Codiervektoren ist in der detaillierten Be- Schreibung angegeben.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Satz von Codiervektoren derart ausgestaltet, dass für i > n, wobei n der Anzahl von Datenpaketen einer Da- tenpaket-Gruppe entspricht, der i-te Codiervektor zumindest teilweise aus zufälligen Einträgen gebildet ist, wobei in ei¬ ner bevorzugten Variante die Einträge ausgewählt sind aus 0 und 1. In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens ist der Satz von Codiervektoren derart ausgestaltet, dass zumindest für i < n und insbesondere für i < m, wobei n der Anzahl von uncodierten Datenpaketen einer Datenpaket- Gruppe und m der Anzahl von aus der Datenpaket-Gruppe hervor¬ gehenden codierten Datenpaketen entspricht, der (i+l)-te Eintrag und alle größeren Einträge des i-ten Codiervektors aus Nullen bestehen. Gemäß dieser Variante wird es ermöglicht, dass ein Datenstrom auch vor dem Einlesen aller Datenpakete einer Datenpaket-Gruppe codiert bzw. decodiert werden kann, wodurch eine durch die Codierung bzw. Decodierung hervorgerufene Verzögerung bei der Datenübertragung vermieden wird. In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die jeweiligen Teildatenströme bei der Übertragung entlang des jeweiligen Pfads ein oder mehrere Male neu co¬ diert, wobei einem codierten Teildatenstrom bei jeder Neucodierung Redundanz hinzugefügt wird. Die Neucodierung kann da- bei analog zu den oben beschriebenen Varianten der Codierung durchgeführt werden. Gemäß dieser Ausführungsform wird eine zuverlässige Datenübertragung auch im Falle von mehreren unzuverlässigen Übertragungsstrecken erreicht. Das erfindungsgemäße Verfahren kann im Rahmen einer Unicast- Übertragung eingesetzt werden, bei der der Datenstrom an einen einzelnen Empfänger, insbesondere an ein einzelnes Trans¬ portmittel, übermittelt wird. Zusätzlich oder alternativ be¬ steht auch die Möglichkeit, dass die Datenübertragung eine Multicast-Übertragung ist, bei der der Datenstrom an eine Mehrzahl von Empfängern, insbesondere an eine Mehrzahl von Transportmitteln, übermittelt wird.
Wie bereits oben erwähnt, wird das erfindungsgemäße Verfahren vorzugsweise für eine Übertragung zwischen einem Transport¬ mittel und einer entsprechenden Infrastruktur eingesetzt. Bei dieser Übertragung werden in dem Datenstrom vorzugsweise Steuerdaten und/oder Daten eines Passagier-Informations- Systems an das Transportmittel und/oder an die Infrastruktur übertragen. Die Steuerdaten sind dabei insbesondere Daten betreffend die Steuerung der Fahrt des Transportmittels. Ge¬ gebenenfalls kann über die Steuerdaten das Transportmittel vollautomatisch ohne Fahrzeugführer kommandiert werden. Die Daten des Passagier-Informations-Systems umfassen insbesonde¬ re Daten, mit denen den Passagieren Informationen während der Fahrt zur Verfügung gestellt werden. Beispielsweise können diese Daten einen Videostrom umfassen, der auf einer entspre- chenden Anzeigeeinrichtung den Passagieren im Transportmittel gezeigt wird.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird eine Datenübertragung zwischen einem Transport- mittel in der Form eines Schienenfahrzeugs und einer Infra¬ struktur für das Schienenfahrzeug durchgeführt, wobei entlang der Fahrspur des Schienenfahrzeugs drahtlose Sende- und/oder Empfangseinheiten vorgesehen sind, welche zur Datenübertragung mit einer oder mehreren drahtlosen Sende- und/oder Emp- fangseinheiten des Schienenfahrzeugs kommunizieren. Die Sende- und/oder Empfangseinheiten arbeiten dabei vorzugsweise basierend auf der WLAN-Protokollfamilie IEEE 802.11.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Ver- fahrens umfasst die Datenübertragung auch die Wiederherstel¬ lung der ursprünglich generierten Datenpakete aus den codierten Datenpaketen. Dabei werden die parallelen Teildatenströme von zumindest einem Empfangs- und Verarbeitungsmittel empfan¬ gen, wobei das zumindest eine Empfangs- und Verarbeitungsmit- tel die Teildatenströme zu dem ursprünglichen codierten Da¬ tenstrom zusammenführt und diesen decodiert.
Die Erfindung betrifft ferner eine Sendeeinrichtung zum Aussenden von Daten zur Verwendung in dem erfindungsgemäßen Ver- fahren. Die Sendeeinrichtung umfasst eine Codiereinrichtung zum Codieren eines zu übertragenden Datenstroms mit einer Vielzahl von Datenpaketen mittels einer Codierung, welche dem Datenstrom Redundanz hinzufügt. Ferner beinhaltet die Sende- einrichtung einen Multiplexer zum Aufteilen des codierten Datenstroms in eine Mehrzahl von parallelen Teildatenströmen sowie ein Sendemittel zum Aussenden der parallelen Teildatenströme über eine Mehrzahl von Pfaden, wobei ein jeweiliger Teildatenstrom auf einem Pfad aus der Mehrzahl von Pfaden ausgesendet wird.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus eine Empfangseinrichtung zum Empfangen von Daten, welche in dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendbar ist. Die Empfangseinrichtung umfasst ein Empfangs- und Verarbeitungsmittel, welches derart ausgestal¬ tet ist, dass es im Betrieb die parallelen Teildatenströme empfängt und zu dem ursprünglichen codierten Datenstrom zusammenführt und diesen codierten Datenstrom decodiert.
Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Übertragungssystem, umfassend die oben beschriebene Sendeeinrichtung und die oben beschriebene Empfangseinrichtung . Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.
Es zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Netzstruktur eines Zug-Kommunikations-Systems, in dem eine Aus¬ führungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchgeführt wird;
Fig. 2 eine schematische Darstellung einer Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Zug- Kommunikations-System gemäß Fig. 1 ;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer anderen Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens in dem Zug-Kommunikations-System der Fig. 1; und Fig. 4 eine schematische Darstellung, welche die im erfin¬ dungsgemäßen Verfahren durchgeführte Codierung eines Datenstroms verdeutlicht. Die nachfolgend beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens ermöglichen eine verlässliche, effi¬ ziente und schnelle Kommunikation zwischen Kommunikations- Endpunkten in einem Kommunikations-System, wobei die Kommunikations-Endpunkte über ein Backbone-Netz und ein drahtloses Zugangsnetz miteinander verbunden sind. Im Folgenden wird das Verfahren basierend auf einer Kommunikation beschrieben, bei der sich ein Kommunikations-Endpunkt auf einem sich bewegenden Objekt in der Form eines fahrenden Zugs befindet. Die Kommunikation ist dabei bidirektional zwischen einem Sender und einem Empfänger (Unicast) oder zwischen einem Sender und mehreren Empfängern (Multicast) . Dabei werden in den hier beschriebenen Ausführungsformen ein Zug-Kontroll-Dienst sowie PIS-Dienste (PIS = Passenger Information System) zwischen dem Zug und einer entsprechenden Infrastruktur bereitgestellt, wobei die Infrastruktur das oben erwähnte Backbone-Netz um- fasst. Die Kommunikation läuft dabei zwischen der Infrastruktur und dem Zug sowie in umgekehrter Richtung ab. Im Folgenden wird eine Datenübertragung von der Infrastruktur hin zum Zug beschrieben, wobei jedoch analog auch die umgekehrte Richtung der Datenübertragung gemäß der Erfindung realisiert werden kann.
Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung das oben erwähnte Kommunikations-System, in dem die nachfolgend beschriebenen Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens implementiert sind. In Fig. 1 ist ein fahrender Zug mit dem Bezugszeichen T bezeichnet. Dieser Zug umfasst eine Steuereinheit CU in der Form einer sog. On-Board-Control-Unit , welche wiederum mit zwei sog. Train-Units TU verbunden ist. Jede Train-Unit um- fasst zwei Antennen A' , welche über eine drahtlose Kommunika¬ tionsverbindung basierend auf der WLAN-Protokollfamilie IEEE 802.11 drahtlos mit einer Infrastruktur I kommuniziert, wobei hierzu entlang der Schiene, auf der sich der Zug bewegt, ent- sprechende WLAN-Zugangspunkte AP mit WLAN-Antennen A vorgese¬ hen sind. Die Train-Unit im Zug arbeitet auf der L3-Schicht des OSI-Referenzmodells und die hier beschriebenen Ausfüh¬ rungsformen der Erfindung beruhen auf einer paketvermittelten Übertragung in dieser Schicht. Wie bereits erwähnt, sind die beiden Train-Units TU mit der Steuereinheit CU verbunden, welche im Rahmen der erfindungsgemäßen Kommunikation einen Kommunikations-Endpunkt auf der Seite des Zugs darstellt. Da¬ bei ist ein Decodierpunkt zwischen den Train-Units und der Kontrolleinheit CU vorgesehen, mit dem empfangene codierte
Datenpakete decodiert werden, wie weiter unten noch näher erläutert wird. Der Decodierpunkt kann dabei ein eigenes Gerät sein oder er kann in jeder Train-Unit TU integriert sein. Im Betrieb arbeitet immer nur ein Decodierpunkt und weitere De- codierpunkte fungieren als Ersatz, wenn ein aktiver Decodierpunkt ausfallen sollte.
Die bereits oben erwähnten schienenseitigen Zugangspunkte AP stellen sicher, dass sich der fahrende Zug T immer drahtlos mit der Infrastruktur I verbinden kann. Die Zugangspunkte sind dabei mit einem Backbone-Netz verbunden, welches fest sein kann und gegebenenfalls auch drahtlose Zwischenverbindungen aufweisen kann. Das Backbone-Netz kann z.B. eine Ring- Struktur, eine Stern-Struktur oder auch eine Mesh-Topologie aufweisen. Das Backbone-Netz ist über einen Zugangs-Router AR mit Applikations-Servern AS1 bzw. AS2 verbunden. Diese Applikations-Server stellen im Rahmen der erfindungsgemäßen Kommunikation den Kommunikations-Endpunkt auf der Seite der Infra¬ struktur dar und können direkt oder gegebenenfalls unter Zwi- schenschaltung eines weiteren Netzes mit dem Backbone-Netz verbunden sein. Diese Kommunikations-Endpunkte sind über ei¬ nen Codierpunkt mit dem Backbone-Netz verbunden, um einen Datenstrom, der von den Applikations-Servern AS1 bzw. AS2 generiert wird, zu codieren, wie weiter unten noch näher be- schrieben wird. In der Ausführungsform der Fig. 1 stellt dabei der Applikations-Server AS1 einen Server zur Zug- Steuerung dar, der Steuerbefehle innerhalb eines paketbasierten Datenstroms an den Zug übermittelt. Demgegenüber ist der Applikations-Server AS2 ein PIS-System, mit dem Informationen in der Form eines paketbasierten Datenstroms für die Passagiere des Zugs T generiert werden. Diese Informationen können beispielsweise ein Videostrom sein, der über eine entspre- chende Anzeigevorrichtung im Fahrgastraum des Zugs wiedergegeben wird.
Mit den nachfolgend beschriebenen Varianten des erfindungsge¬ mäßen Verfahrens wird eine robuste und verlässliche Kommuni- kation basierend auf einer paketbasierten Datenübertragung auf der L3-Schicht erreicht. Das Verfahren ist dabei komplett transparent für die darunter liegende MAC-Schicht und die physikalische Schicht. Zur Erhöhung der Verlässlichkeit der Kommunikation wird dabei eine Netzwerk-Codierung für die L3- Datenpakete verwendet, welche als Zwischenschicht (englisch: „shim layer") zwischen der L3-Schicht und der L4-Transport- schicht implementiert sein kann.
Gemäß der verwendeten Netzwerk-Codierung wird ein Satz von n ursprünglichen L3-Datenpaketen in einen größeren Satz von m codierten Datenpaketen transformiert, so dass hierdurch dem Datenstrom Redundanz hinzugefügt werden. Solche Arten der Codierverfahren sind an sich aus dem Stand der Technik bekannt und auch unter dem Begriff der FEC-Codierung (FEC = Forward Error Correction) bzw. Erasure-Codierung bekannt. Weiter unten wird eine spezielle Variante einer solchen Codierung be¬ schrieben. Die m codierten Datenpakete werden zwischen dem Codierpunkt und dem Decodierpunkt übertragen. Um die ur¬ sprünglichen Datenpakete wieder zu decodieren, ist es erfor- derlich, dass n beliebige codierte Pakete aus insgesamt m de¬ codierten Paketen empfangen werden. Die Grundidee ist dabei, dass die Anzahl m groß genug ist, so dass trotz Paketverlus¬ ten wenigstens n Pakete korrekt empfangen werden und eine Re¬ konstruktion der ursprünglichen Information ermöglichen. Es ist dann nicht mehr erforderlich, sog. ARQ-Anfragen (ARQ =
Automatic Repeat Request) auszusenden, um verlorene Datenpa¬ kete nochmals anzufordern. Wie bereits erwähnt, wird der Co- dier-Mechanismus zwischen der L3- und L4-Schicht des ur- sprünglichen Paketstroms implementiert, so dass der Paket¬ strom aus UDP- bzw. TCP-Paketen besteht. Da die codierten Pakete auf ihrer Übertragung zwischen Quelle und Ziel nicht mo¬ difiziert werden müssen, können sie in normale IP-PDUs (PDU = Protocol Data Unit) gekapselt sein.
Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Datenübertragungs-System am Beispiel von Unicast-Verkehr zwischen einem Sender und einem Empfänger. Die Quelle des Da- tenstroms ist dabei mit SO bezeichnet und kann einen Applika¬ tionsserver AS1 bzw. AS2 gemäß Fig. 1 darstellen. Die Quelle erzeugt den ursprünglichen Datenpaketstrom D. Dieser fließt logisch zwischen der Quelle SO und dem Ziel, welches in Fig. 1 mit DE bezeichnet ist. Dieses Ziel ist eine Einheit auf dem Zug T und insbesondere die Kontrolleinheit CU gemäß Fig. 1.
Gemäß Fig. 2 wird die Codieroperation durch einen Codierpunkt CP durchgeführt und die Decodieroperation durch einen Deco- dierpunkt DP. Der Codierpunkt CP, der den Datenstrom D in ei- nen codierten Datenstrom CD wandelt, kann der Einheit entsprechen, welche den ursprünglichen Datenstrom erzeugt. An den Codierpunkt CP schließt sich ein Multiplexer M an, der ein weiteres Element der Erfindung darstellt. Über den Multi¬ plexer M wird ein Multiplexen bzw. Aufteilen des codierten Paketstroms CD in mehrere codierten Teildatenströme ermög¬ licht, wobei in Fig. 2 beispielhaft zwei Teildatenströme Dl und D2 gezeigt sind. Diese Teildatenströme werden unter Zwi¬ schenschaltung eines Netzes N, welches das Backbone-Netz sowie die WLAN-Übertragungsstrecke gemäß Fig. 1 umfasst, über getrennte Pfade PA1 und PA2 an sog. Empfangspunkte RP1 bzw. RP2 eines Zugs T übermittelt. Die einzelnen Empfangspunkte RP1 bzw. RP2 können dabei entsprechende Antennen A' einer einzelnen Train-Unit TU gemäß Fig. 1 darstellen. Durch die einzelnen Pfade wird dabei ein Tunnel zwischen dem Multiple- xer M und jedem Empfangspunkt aufgebaut. Im Folgenden werden Pfade zwischen Multiplexer und unterschiedlichen Empfangspunkten auch als parallele Pfade bezeichnet. Im ursprünglich generierten Datenstrom D wird die Quelle SO und das Ziel DE über entsprechende IP-Adressen eindeutig spe¬ zifiziert. Der Codierpunkt CP verwendet diese Adressen aus dem ursprünglichen Datenstrom auch für den codierten Daten- ström. Der Multiplexer M übersetzt die Adressen des codierten Datenstroms in geeignete Adressen von jeweiligen Empfangs¬ punkten, um hierdurch eine Aufteilung der Datenströme in Teildatenströme und eine Übermittlung dieser Teildatenströme über unterschiedliche Pfade zu erreichen. Im Multiplexer kann dabei beispielsweise eine Tabelle verwendet werden, welche Zieladressen auf entsprechende Empfangspunkte abbildet.
Nach der Übermittlung der Teildatenströme Dl und D2 über das Netzwerk N hin zu den Empfangspunkten RP1 und RP2 werden die- se Datenströme im Decodierpunkt DP wieder zusammenführt, der anschließend eine Decodierung durchführt, so dass die ur¬ sprüngliche Nutzlast der Datenpakete wieder hergestellt wird. Es wird hierdurch der ursprüngliche Datenstrom D erhalten, der dann an das Ziel DE weitergeleitet wird. Dabei kann gege- benenfalls das Ziel DE mit dem Decodierpunkt DP zusammenfal¬ len .
Im Unterschied zur Ausführungsform der Fig. 2 zeigt die Ausführungsform der Fig. 3 eine sog. Multicast-Kommunikation, bei der der ursprünglich generierte Datenstrom D nicht an einen einzelnen Zug T, sondern an eine Mehrzahl von Zügen Tl bis Tn übertragen wird, wobei in Fig. 3 beispielhaft Züge Tl und Tn wiedergegeben sind. Eine Multicast-Übertragung kommt insbesondere in einem Szenario in Betracht, in dem von den jeweiligen Zügen das gleiche PIS-System genutzt wird, um z.B. ein Video von einem PIS-Applikationsserver zu empfangen. Der Aufbau des Kommunikations-Systems der Fig. 3 entspricht auf Seiten der Infrastruktur I dem Kommunikations-System der Fig. 2. Im Unterschied zur Fig. 2 verwendet der Multiplexer M zur Aufteilung des codierten Datenpaketstroms nunmehr jedoch Mul- ticast-Adressen, mit denen kein einzelner Empfangspunkt, sondern eine Multicast-Gruppe von Empfangspunkten angesprochen wird . In Fig. 3 wird dabei eine Multicast-Gruppe durch alle Emp¬ fangsknoten RPl der Züge Tl bis Tn und eine andere Multicast- Gruppe durch alle Empfangsknoten RP2 der Züge Tl bis Tn ge- bildet. Die über den Multiplexer M gemultiplexten Teildatenströme Dl und D2 werden dabei jeweils über einen Pfad an alle Empfänger einer Multicast-Gruppe adressiert, so dass ein Pfad PA1 für den Teildatenstrom Dl zu allen Empfängern RPl und ein Pfad PA2 für den Teildatenstrom D2 zu allen Empfängern RP2 der Züge Tl bis Tn führt. In Fig. 2 ist somit jeder parallele Pfad an eine unterschiedliche Multicast-Gruppe gerichtet. Je¬ der Zug weist dabei so viele Empfangspunkte auf, wie es pa¬ rallele Pfade gibt. Optional können gegebenenfalls auch meh¬ rere parallele Pfade an den gleichen Empfangspunkten enden. Vorzugsweise ist jedem Empfangspunkt genau eine Multicast- Gruppe zugewiesen. Ferner ist jeder Empfangspunkt in dem gleichen Zug einer anderen Multicast-Gruppe zugewiesen.
Analog zu Fig. 2 werden auch in Fig. 3 nach Empfang der Teil- datenströme Dl und D2 in dem jeweiligen Zug diese Teildatenströme wieder in einem Decodierpunkt des entsprechenden Zugs zusammengeführt und decodiert, so dass der ursprüngliche Pa¬ ketstrom D erhalten wird, der dann wieder die ursprüngliche Zieladresse enthält und an das Ziel DE weitergeleitet wird. Dabei kann die Decodieroperation mit jedem, im Decodierpunkt DP eingehenden Datenpaket verwendet werden, unabhängig über welchen Pfad dieses empfangen wurde.
In dem hier beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren wird neben der Netzwerk-Codierung eine zusätzliche Robustheit des Datenstroms gegenüber Paketverlusten durch das Multiplexen des codierten Paketstroms auf mehrere parallele Pfade zwi¬ schen der Quelle und dem Ziel erreicht. Die parallelen Pfade sind dabei vorzugsweise derart gewählt, dass sie unabhängig voneinander sind, d.h. die Ursache für eine Dienstgüteverschlechterung auf dem einen Pfad darf keine Auswirkung auf die Dienstgüte des anderen parallelen Pfads haben. Der kriti¬ sche Abschnitt eines Pfads ist dabei die drahtlose Verbindung zwischen der Infrastruktur I und dem Zug T. Deshalb werden in einer besonders bevorzugten Variante zwei parallele Pfade auf der drahtlosen Übertragungsstrecke in der räumlichen oder in der Frequenz-Domäne voneinander getrennt. Auf den unter- schiedlichen Pfaden werden nicht die gleichen Paketströme, sondern Teildatenströme des codierten Paketstroms übertragen. Somit kann nicht der Fall auftreten, dass das gleiche Daten¬ paket auf mehreren Paketströmen verloren geht und unter Umständen nochmals übertragen werden muss.
Die oben beschriebenen Pfade stellen den Weg des entsprechenden L3-Pakets in der L3-Schicht dar. Sie werden durch die Zieladresse des L3-Pakets bestimmt. Vorzugsweise läuft dabei ein Pfad über einen anderen Zugangspunkt AP und eine andere WLAN-Frequenz zu einem Zug als jeder andere parallele Pfad. Insbesondere laufen zwei Pakete mit unterschiedlichen Adres¬ sen, welche jedoch zu dem gleichen codierten Datenstrom gehören, über unterschiedliche Pfade, welche in der räumlichen und/oder Frequenz-Domäne, insbesondere über die drahtlosen Verbindungen, separiert sind. Im Falle einer Multicast- Ubertragung wird jeder Pfad durch seine eigene Multicast- Adresse identifiziert. Eine Multicast-Adresse ist im Falle von IP eine Adresse zwischen 224.0.0.0 und 239.255.255.255. Da eine Multicast-Ubertragung mehrere Empfänger impliziert, ist ein Pfad bei einer Multicast-Ubertragung nicht an eine bestimmte physikalische Route gebunden. Die soeben dargelegte Definition eines Pfads ist analog auch für eine Unicast- Übertragung anwendbar. Unter dem oben beschriebenen Multiplexing wird ein Verfahren verstanden, bei dem ein Paketstrom in Teilströme aufgeteilt wird, welche auf verschiedenen Pfaden übermittelt werden. Die Pakete des Datenstroms können dabei mit an sich bekannten Verfahren auf Teildatenströme aufgeteilt werden, beispiels- weise basierend auf einem Rundlauf-Verfahren (englisch: round robin) . Um Kanalbandbreite zu sparen, übertragen die schie- nenseitigen Zugangspunkte AP nur Multicast- oder Unicast- Pakete, falls ein Empfänger mit dem jeweiligen Zugangspunkt assoziiert ist. Im Falle einer Multicast-Übertragung kann ein Ressourcen-Reservierungs-Protokoll, wie z.B. IGMP, verwendet werden, um einen Multicast-Baum einzurichten. Ein Zugangspunkt entlang der Schiene kann IGMP verwenden, falls er ein L3-Gerät ist. Im Falle, dass der Zugangspunkt ein L2-Gerät ist, kann er ein sog. IGMP-Snooping einsetzen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird jeder Pfad zwischen einem schienenseitigen Zugangspunkt AP und einer Train-Unit TU über einen anderen Kanal einge¬ richtet, um Diversität in der Frequenz-Domäne zu erreichen. Demzufolge ist einem Pfad eine Übertragungsfrequenz zugeord¬ net, welche im Falle der WLAN-Protokollfamilie ein Kanal ist. Ein schienenseitiger Zugangspunkt AP, der auf einen bestimm- ten Kanal eingestellt ist, wird deshalb nur dann einen Paket¬ strom weiterleiten, wenn er zu einem bestimmten Pfad gehört, der dem gleichen Kanal wie der schienenseitige Zugangspunkt AP zugeordnet ist. Dies kann durch eine selektive Paketfilte¬ rung erreicht werden. Alle Pakete, welche an dem schienensei- tigen Zugangspunkt eingehen, werden verworfen, sofern ihre
Zieladresse nicht dem Kanal des entsprechenden Zugangspunkts AP zugeordnet ist. Eine Train-Unit TU kann einer bestimmten Multicast-Gruppe über einen Subskriptionsmechanismus zugeord¬ net werden. Da eine Multicast-Adresse einem Frequenzkanal zu- geordnet ist, ist die Train-Unit TU ebenfalls diesem Fre¬ quenzkanal zugeordnet. Deshalb assoziiert sich die Train-Unit nur mit denjenigen schienenseitigen Zugangspunkten, welche auf dem Frequenzkanal gemäß der Multicast-Gruppe eingestellt sind. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Zuordnung zu einer Multicast-Gruppe sowie zu einem Frequenzkanal für die Train-Unit flexibel.
Im Folgenden wird eine beispielhafte Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens basierend auf dem Zug-Kommunika- tions-System der Fig. 1 erläutert. Dabei stellt der Applika¬ tions-Server AS2 im Rahmen eines Passagier-Informations- Systems einen Videostrom bereit, der durch Multicast- Übertragung einer Mehrzahl von Zügen bereitzustellen ist, welche über zwei Train-Units TU verfügen, die sich jeweils mit schienenseitigen Zugangspunkten verbinden. Der PIS-Server AS2 stellt dabei die Quelle und den Codierpunkt CP für den Videostrom dar. Die Train-Units TU sind entsprechende Emp- fangspunkte RP1 bzw. RP2. Sie empfangen den codierten Paketstrom über mehrere der oben beschriebenen Pfade und leiten die codierten Pakete an die Kontrolleinheit CU, welche den Decodierpunkt DP für den Videostrom darstellt. Der PIS-Server generiert den Videostrom, wendet die entspre¬ chende Netzwerk-Codierung auf diesen Strom an und multiplext die codierten Datenpakete auf zwei feste Multicast-Gruppen, welche beispielsweise die IP-Adressen 239.0.0.1 und 239.0.0.2 aufweisen können. Die Multicast-Adresse 239.0.0.1 ist mit dem Kanal 1 der drahtlosen Übertragung zwischen Infrastruktur und Zug verknüpft, wohingegen die Multicast-Adresse 239.0.0.2 mit dem Kanal 6 der drahtlosen Übertragung verknüpft ist. Die schienenseitigen Zugangspunkte sind derart eingestellt, dass sie zwischen dem Kanal 1 und dem Kanal 6 wechseln und deshalb abwechselnd den zwei Multicast-Adressen zugeordnet sind. Die jeweilige Multicast-Adresse ist die Ziel-Adresse der IP- Pakete auf den jeweiligen Pfaden. Die schienenseitigen Zugangspunkte filtern diejenigen Multicast-Pakete heraus, wel¬ che nicht zu deren Kanal passen. Falls sich eine Train-Unit TU mit einem schienenseitigen Zugangspunkt AP verbindet, sub¬ skribiert sie sich wieder auf die Multicast-Gruppe, um den Multicast-Baum wieder herzustellen. Deshalb sendet sie eine IGMP-Nachricht an die Wurzel der Multicast-Gruppe. Die in den jeweiligen Train-Units empfangenen Pakete werden von beiden Train-Units an die Kontrolleinheit CU weitergeleitet, wo sie schließlich decodiert werden.
In einem Szenario einer Datenübertragung sind die Codierparameter der Netzwerk-Codierung so eingestellt, dass aus acht ursprünglichen Paketen durch die Codierung zwölf codierte Pakete generiert werden. Es wird angenommen, dass ein Drittel der Pakete verloren geht und der codierte Paketstrom zu glei¬ chen Teilen auf zwei Pfade gemultiplext wird. Während der Ü- bertragung von sechs Paketen über jeden Pfad gehen zwei Pakete verloren, so dass jede Train-Unit vier Pakete erhält. Da insgesamt über beide Pfade acht Pakete empfangen werden, kann der Decodierpunkt DP der Kontrolleinheit CU die ursprüngli- chen Pakete aus den empfangenen codierten Paketen decodieren und den ursprünglichen Videostrom wieder herstellen.
Nachfolgend wird eine Ausführungsform der im erfindungsgemä¬ ßen Verfahren verwendeten Netzwerk-Codierung erläutert. Die Netzwerk-Codierung beschreibt dabei die Codierung zwischen einem Codierpunkt CP und einem Decodierpunkt DP. Sie umfasst eine Codierfunktion, welche durch den Codierpunkt CP auf den ursprünglichen Paketstrom D angewendet wird, sowie eine Deco- dierfunktion, welche von dem Decodierpunkt DP auf den codier- ten Datenstrom CD angewendet wird. Sowohl der codierte als auch der decodierte Datenstrom sind logisch in Generationen bzw. Gruppen unterteilt, welche jeweils einen Satz von n auf¬ einander folgenden Datenpaketen in dem ursprünglichen Datenstrom beschreiben. Die Pakete einer Gruppe sind dabei vor- zugsweise disjunkt zu den Paketen einer anderen Gruppe. Jedes Paket gehört vorzugsweise exakt zu einer bestimmten Gruppe. Unter einer Generation bzw. Gruppe kann somit ein Satz von ursprünglichen Datenpaketen verstanden werden, welche zusammen mit einem Satz von Codiervektoren codiert werden, wobei ein Codiervektor im Folgenden auch mit EV bezeichnet wird.
Der Codierpunkt CP wendet wiederholt eine Codieroperation auf eine Gruppe von n ursprünglichen Paketen mit entsprechenden Codiervektoren als zusätzliche Eingangsparameter an, um insgesamt n+k codierte Datenpakete zu generieren.
Die gerade beschriebene Codieroperation ist schematisch in Fig. 4 wiedergegeben. Diese Figur zeigt den ursprünglichen Datenstrom D, der aus einzelnen Datenpaketen in der L3- Schicht besteht, welche aus Übersichtlichkeitsgründen nur teilweise mit Bezugszeichen P bezeichnet sind. Wie oben er¬ wähnt, werden bei der Codieroperation jeweilige Gruppen von aufeinander folgenden Datenpaketen zusammen codiert, wobei eine solche Gruppe in Fig. 1 mit G angedeutet ist. Die darauf angewendete Codieroperation ist in Fig. 4 mit CO bezeichnet und wandelt unter Verwendung des Satzes von Codiervektoren EV die Gruppe G in eine Gruppe CG von codierten Datenpaketen CPA um, wobei dieser codierten Gruppe Redundanz hinzugefügt ist. Insbesondere enthält die codierte Gruppe CG eine höhere An¬ zahl von (codierten) Datenpaketen als die ursprüngliche Gruppe G. Das heißt, besteht die ursprüngliche Gruppe G aus n Da¬ tenpaketen, so enthält die codierte Gruppe CG n+k Datenpake¬ te, wobei die Anzahl k je nach Anwendungsfall in der Codier- Operation geeignet eingestellt werden kann. In Fig. 4 sind aus Übersichtlichkeitsgründen nur einige der codierten Datenpakete mit CPA bezeichnet. Ferner ist der gesamte codierte Datenstrom mit dem Bezugszeichen CD referenziert. Für die Codier- und Decodieroperationen wird in der hier beschriebenen Ausführungsform die Nutzlast der Datenpakete (d.h. der Inhalt der Datenpakete ohne den Header der L3- Schicht) als ein Vektor von Bytes angesehen, auf den algebraische Operationen angewendet werden können. Die nachfol- gend beschriebene Codierung interpretiert jedes Byte als ein Polynom aus dem finiten Galois-Feld GF(2S), wobei s 8 ist, jedoch in anderen Varianten auch einen anderen Wert annehmen kann. Die Dimension eines Codiervektors EV ist dabei n und entspricht der Anzahl an Datenpaketen in der zu codierenden Gruppe. Die Elemente des Codiervektors sind ebenfalls aus dem finiten Galois-Feld GF(2S).
In dem finiten Galois-Feld wird die Multiplikations- und Ad¬ ditionsfunktion wie folgt definiert:
<S> : a,b -> modulo (axb, r)
©: a,b -> modulo (a+b, r)
Dabei ist <S> eine multiplikative Operation und © eine addi- tive Operation. In einer weiter unten beschriebenen Variante der Erfindung entsprechen <S> und © der XOR-Funktion . Modulo ist die übliche Modulo-Operation . a x b ist die typische Multiplikation von zwei Polynomen a und b. r ist ein irredu- zierbares Polynom aus dem Galois-Feld GF(2). Vorzugsweise gilt r = 1 + X + X3 + X4 + X8.
Nachfolgend wird die in einer Ausführungsform der Erfindung durchgeführte Codier-Operation erläutert, wobei folgende De¬ finitionen eingeführt werden: i und j sind Indexwerte;
M ist eine Matrix der ursprünglichen Pakete einer Gruppe; M1 ist das i-te ursprüngliche Paket in einer Gruppe;
X ist die Matrix der codierten Pakete einer codierten Gruppe;
XI ist das i-te codierte Paket einer codierten Gruppe;
V ist ein Satz von (n+k) aufeinander folgenden Codiervektoren, welche zur Codierung einer Gruppe verwendet werden;
V- ist das i-te Element im j-ten Codiervektor;
n ist die Größe der zu codierenden Gruppe;
m ist die Breite von M und entspricht der Anzahl an Bytes von Nutzlast in einem Datenpaket einer Gruppe;
k ist eine ganze Zahl, welche größer oder gleich Null ist; ^ ist eine Summenfunktion.
In der Matrix M bezeichnet M das Element in der i-ten Zeile und der t-ten Spalte, welche dem t-ten Byte im i-ten ur¬ sprünglichen Datenpaket einer Gruppe entspricht. In der Mat- rix X bezeichnet das Element in der j-ten Zeile und t-ten
Spalte, wobei dieses Element dem t-ten Byte im j-ten codier¬ ten Paket entspricht. Es wird angenommen, dass alle Pakete M1 mit einem beliebigen, aber festen Symbol aufgefüllt werden, so dass sie alle die gleiche Länge von m Bytes aufweisen.
Der Codierpunkt CP bestimmt (n+k) codierte Pakete Byte für Byte für je[l,n+k] und te[l,m] mittels der folgenden Gleichung:
Figure imgf000021_0001
Der Codiervektor v3 ist in der hier beschriebenen Ausführungsform derart definiert, dass alle Vektoren mit j = jc < n linear unabhängig von allen zuvor bestimmten Codiervektoren mit j < j e sind. Für Variablen j c > n werden Zufallswerte für die Einträge des entsprechenden Codiervektors verwendet. In einer weiteren Variante der Erfindung weisen die erzeugten zufälligen Codiervektoren die Eigenschaft auf, dass sie so maximal unabhängig wie möglich von einer maximalen Gruppe von erzeugten Codiervektoren für eine bestimmte zu codierende Gruppe sind. Im Folgenden wird entsprechender Pseudo-Code zur Generierung der Einträge der Codiervektoren angegeben. Es werden bei dem nachfolgenden Pseudo-Code sowie auch bei den späteren PseudoCodes die üblicherweise verwendeten englischen Bezeichnungen für Schleifen und Bedingungen verwendet, wobei dem Fachmann die englischen Bezeichnungen dieser Schleifen hinlänglich bekannt sind, so dass sich eine nähere Erläuterung bzw. Über¬ setzung erübrigt. Kommentare sind in den Codes dabei immer durch zwei vorangestellte Schrägstriche gekennzeichnet. int[] V(int j , int n)
{
int v [ ] = new int [n] ;
for (int i = 0; i < n; i++) i f ( j <= n) if(i+l <= j ) v[i] = 1; eise v[i] = 0;
eise v[i] = <Zufallswert>; }
}
return v;
}
In einer weiteren Variante können die erzeugten zufälligen Codiervektoren die Eigenschaften aufweisen, dass sie linear unabhängig von jedem zuvor erzeugten Codiervektor einer Gruppe sind.
Im obigen Pseudo-Code wurde die Operation zur Generierung eines Codiervektors basierend auf einer Matrix V beschrieben, welche als Zeilen die einzelnen Codiervektoren enthält. Im Folgenden wird ein Beispiel für eine solche Matrix gegeben.
Die Matrix V gibt für n = 4 und j < 4 folgende Codiervekto¬ ren zurück:
V(l,4) = [1,0,0,0], V(2,4) = [1,1,0,0], V(3,4) = [1,1,1,0], V(4,4) = [1,1,1,1] .
Für n = 4 und j > 4 gibt die Matrix zufällige Codiervektoren zurück, z.B. V(5,4) = [23, 199, 3, 225]. Nach der Codierung überträgt der Codierpunkt die codierten
Pakete gekapselt in einer Zwischenschicht, welche für ein co¬ diertes Datenpaket als Codierparameter im Header denjenigen Codiervektor enthält, der für die Generierung des codierten Pakets verwendet wurde. Die Decodierung eines empfangenen co- dierten Paketstroms auf Seiten des Decodierpunkts läuft in an sich bekannter Weise ab und beruht auf der Lösung eines line¬ aren Gleichungssystems für jede Gruppe gemäß Gleichung (1) . Bei der Decodierung werden dabei n empfangene codierte Datenpakete ausgewählt, welche zu der gleichen Gruppe gehören, de- ren Codiervektoren unabhängig voneinander sind. Dann wird M basierend auf den Codiervektoren und der Matrix X bestimmt, wobei die Codiervektoren aus den Headern der Datenpakete der Zwischenschicht entnommen sind und die Matrix X die codierte Nutzlast der codierten Pakete darstellt.
Nachfolgend wird eine Variante zur Erzeugung der Matrix X be- schrieben, welche gegenüber der Generierung der Matrix X gemäß obiger Gleichung (1) vereinfacht ist. Es wird dabei eine vereinfachte Algebra eingesetzt, welche auf XOR-Operationen beruht. Diese Variante kann dann eingesetzt werden, wenn die Elemente der Codiervektoren ausgewählt sind aus {0,1}. Mit dieser Variante wird eine effizientere Implementierung ermög¬ licht, da vereinfachte Codier- bzw. Decodierfunktionen eingesetzt werden. Durch die Verwendung einer vereinfachten Algebra ist die Generierung der oben beschriebenen Matrix V derart modifiziert, dass die zufälligen Einträge der Codiervektoren nur die Elemente 0 oder 1 annehmen können.
Die Codierfunktion mit der vereinfachten XOR-Algebra wird im Folgenden wiederum mit Pseudo-Code beschrieben, wobei die Codierung basierend auf den beiden unten genannten Funktionen encodeGF2CompleteX und encodeXiGF2 durchgeführt werden.
Es gelten dabei folgende Definitionen:
M ist die Matrix, welche die ursprünglichen Pakete einer be- stimmten Gruppe enthält;
V ist die Matrix, welche als Zeilen die Codiervektoren für eine Gruppe enthält;
n ist die Größe einer zu codierenden Gruppe;
k ist Null oder ein positiver ganzzahliger Wert;
m ist eine feste, mit Zeichen aufgefüllte Paketlänge. int[] [] encodeGF2CompleteX (int [ ] [ ] M, int [ ] [ ] V, int n, int k, int m)
{
int X[] [] = new int [n+k] [m] ;
for(int i =0; i < n+k; i++)
{
X[i] = encodeXiGF2 (M, V[i], n, m ); }
return X;
} int[] encodeXiGF2 (int [ ] [ ] M, int [ ] v, int n, int m)
{
int Xi [ ] = new int [m] ;
for(int j = 0; j < m; j++)
{
for(int q = 0 ; q < n; q++)
{
if(v[q] == 1)
{
Xi [j ] = Xi [j ] xor M[q] [j ] ;
}
}
}
return Xi;
Die Funktion encodeGF2CompleteX bestimmt eine Matrix X mit (n+k) codierten Paketen pro Gruppe. Die Funktion encodeXiGF2 wird durch die Funktion encodeGF2CompleteX angewendet, um X1 zu bestimmen.
Die Decodierfunktion zur Decodierung der mit dem obigen Pseu- do-Code erzeugten Matrix X lautet in der vereinfachten XOR- Algebra wie folgt: int[] [] decodeGF2 (int [ ] [] X, int [ ] [] V, int n, int m)
{
int [ ] [ ] VM = new int [n] [n + m] ; for(int i = 0 ; i < n; i++)
{
for(int j = 0; j< n + m; j++)
{
if(j < n) {
VM[i] [j ] = V[i] [j ] ;
}
eise
{
VM[i] [j ] = X[i] [j-n] ;
}
}
//Bestimme die Echelon-Form
for(int i = 0 ; i < n; i++) // Iteriere über Pivot-Zeilen {
VM = <Sortiere Zeile für Zeile>;
if (VM[i] [i] == 1)
{
for(int j = i+1; j < n; j++)
// Iteriere über aufeinander folgende Zeilen
{
if (VM[j] [i] == 1)
{
for(int k = i; k < n; k++)
//Iteriere über Spalten
{
VM[j] [k] = xor (VM[ j ] [k] , VM[i] [k]); }
for(int k = 0; k < m; k++)
//Iteriere über Spalten
{
VM[j] [n+k] = xor (VM[ j ] [n+k] , VM [ i ] [n+k] ) ;
}
}
}
}
}
//Bestimme M for(int i = n-1; i >= 0; i--) // Iteriere über Zeilen {
for(int j = i-1; j >= 0; j--)
//Iteriere über aufeinander folgende Zeilen
{
if (VM[j] [i] == 1)
{
for(int k = 0; k < n; k++)
//Iteriere über Spalten
{
VM[j] [k] = xor (VM[ j ] [k] , VM[i] [k]);
}
for(int k = 0; k < m; k++)
// Iteriere über Spalten
{
VM[j] [n+k] = xor (VM[ j ] [n+k] , VM[i] [n+k]) }
}
}
}
int [ ] [ ] M = new int [n] [m] ;
for (int i = 0; i < n; i++) {
for (int j = 0; j < m; j++) {
M[i] [j ] = VM[i] [n] ;
}
}
return M;
}
Bei den oben beschriebenen Codier- bzw. Decodier-Operationen tritt eine Verzögerung dahingehend auf, dass die Codier- bzw. Decodier-Operation eines Pakets erst dann durchgeführt wird, wenn alle Pakete einer Gruppe eingelesen wurden. Dies führt zu einer Verzögerung in der Datenübertragung. In einer Abwandlung der erfindungsgemäßen Codierung wird diese Verzögerung vermieden. Dabei können codierte Pakete bereits erzeugt und übertragen werden, auch wenn noch nicht alle Pakete einer Gruppe im Codierpunkt eingelesen wurden. Hierzu wird eine be¬ stimmte Art von Codiervektoren verwendet. Es muss dabei si¬ chergestellt werden, dass die Codiervektoren Nullen für diejenigen Einträge aufweisen, welche sich auf Pakete beziehen, die noch nicht verfügbar sind. Dies hat den Vorteil, dass Pa¬ kete, welche am Decodierpunkt noch nicht verfügbar sind, nicht zur Decodierung benötigt werden und keine Verzögerung auftritt .
Betrachtet man beispielsweise eine zu codierende Gruppe an aus fünf ursprünglichen Datenpaketen PI bis P5, von denen die letzten zwei Pakete noch nicht verfügbar sind, so kann die Codieroperation mit einem Codiervektor EV zur Generierung des dritten codierten Datenpakets wie folgt lauten:
Figure imgf000028_0001
Man erkennt aus obiger Tabelle, dass zur Codierung des drit¬ ten Datenpakets nur das bereits eingelesene erste bzw. dritte ursprüngliche Datenpaket verwendet wird, denn der Codiervek¬ tor EV weist in der vierten und fünften Zeile den Wert Null auf. Eine Codierung ist somit möglich, obwohl noch nicht das vierte und fünfte Datenpaket der Gruppe empfangen wurden.
Demgegenüber ist nachfolgend ein nicht erlaubter Codiervektor EV wiedergegeben, der nach dem Einlesen von drei Datenpaketen noch nicht das dritte codierte Datenpaket erzeugen kann:
Figure imgf000029_0001
Man erkennt in obiger Tabelle, dass zur Codierung des dritten codierten Datenpakets nicht nur bereits eingelesene Datenpa- kete benötigt werden, sondern auch das fünfte, noch nicht zur Verfügung stehende Datenpaket. Dies ergibt sich daraus, dass der Codiervektor als Eintrag in der fünften Zeile eine 1 enthält . Basierend auf der oben beschriebenen Codierung, bei welcher der i-te Codiervektor zur Generierung des i-ten codierten Pakets für alle Einträge größer i Nullen enthält, kann der Co¬ dierpunkt neue Pakete unter Verwendung von bereits verfügba¬ ren Paketen codieren und übertragen, ohne darauf zu warten, dass alle Datenpakete einer zu codierenden Gruppe eingelesen wurden. Der Decodierpunkt ist dann in der Lage, empfangene codierte Pakete einer Gruppe sofort zu decodieren, ohne dass darauf gewartet werden muss, dass alle codierten Datenpakete einer Gruppe empfangen wurden. Nach dem Empfang eines codier- ten Datenpakets bestimmt dabei der Decodierpunkt ein lineares Gleichungssystems basierend auf den bereits empfangenen co¬ dierten Datenpaketen und dem gerade neu empfangenen Datenpaket. Der Decodierpunkt muss hierzu alle codierten Datenpakete einer Gruppe wenigstens bis zu dem Zeitpunkt, bis die Gruppe komplett decodiert ist. Die Dimension des linearen Glei¬ chungssystems muss der maximalen Position eines Eintrags un¬ gleich Null in jedem Codiervektor der jeweiligen Gruppe entsprechen . Die Dimension des Gleichungssystems kann basierend auf dem folgenden Pseudo-Code ermittelt werden: int [ ] dimLes (int [ ] [ ] V)
{
int 1 = 0;
for(int i = 0; i < V.length; i++)
{
for(int j = 1+1; j < V[i] .length; j++)
{
if (V[i] [j] !=0) 1 = j;
}
}
return 1;
}
Beispielhaft sei angenommen, dass die Größe einer Gruppe fünf codierte Datenpakete umfasst und der Empfänger aktuell drei von fünf codierten Datenpaketen mit folgenden Codiervektoren empfangen hat: vi = [1, 0, 0, 0, 0]
v2 = [1, 1, 0, 0, 0]
v3 = [0, 1, 1, 0, 0]
In diesem Fall muss die Dimension des zur Decodierung
deten linearen Gleichungssystems 3 sein.
Das sich ergebende lineare Gleichungssystem, in dem pi die ursprünglichen Datenpakete und xi die codierten Datenpakete darstellen, lautet in diesem Fall wie folgt:
Figure imgf000030_0001
Figure imgf000030_0002
Im Folgenden wird eine Variante der Erfindung erläutert, wel¬ che insbesondere dann zum Einsatz kommt, wenn die Datenpakete zwischen Quelle und Ziel über mehrere aufeinander folgende unzuverlässige Kanäle mit hohen Ausfällen (z.B. einer Viel- zahl von drahtlosen Hops) übertragen werden. In diesem Fall werden weitere Codierpunkte verwendet, um die Verlässlichkeit zu verbessern. Insbesondere wird der ursprünglich codierte Datenstrom ein oder mehrere Male entlang der Übertragung in weiteren Codierpunkten codiert. Dabei wird die Codieroperati- on nochmals auf die codierten Pakete angewandt, wobei je nach Ausgestaltung die Codierung sofort bei Empfang eines Datenpakets beginnen kann (entspricht der soeben beschriebenen Variante der Erfindung) oder erst dann einsetzt, wenn alle codierten Datenpakete einer Gruppe empfangen wurden. Gemäß die- ser mehrmaligen Codierung muss eine Modifikation bei der Bestimmung der Codiervektoren vorgenommen werden, welche wie folgt lautet:
Ein Codierpunkt wählt einen beliebigen geeigneten Codiervektor w1 für das i-te neu codierte Datenpaket q1 aus .
Der Codierpunkt bestimmt den Codiervektor z1 aus w1 und allen Codiervektoren v3 (j = 1, d) , welche aus den gepufferten empfangenen codierten Datenpaketen erhalten werden .
Die Operation zur Bestimmung von z1 lautet dabei wie folgt : d
= w ;
Der Codierpunkt codiert ein neues Paket q1 erneut mit dem Codiervektor z1 aus den codierten Paketen und überträgt es. Die Codieroperation entspricht dabei der oben beschriebenen Codieroperation. Der Decodierpunkt decodiert die eingehenden mehrfach co¬ dierten Datenpakete analog zu der obigen Beschreibung.
Wie oben beschrieben wurde, wird die erfindungsgemäße Codie¬ rung als Zwischenschicht zwischen der L3- und L4-Schicht in der Form eines sog. Shim-Layers realisiert. Das Paketformat für einen solchen Shim-Layer, der nachfolgend als NetworkCo- dingShimLayer bezeichnet ist, lautet dabei wie folgt:
Name Größe Beschreibung
NetworkCodingShimLayer
{
Generation ID Identifikation der
Gruppe
n 8 Bit Länge des Codiervektors
for(int i=0; i < n;
i++ ) {
vector element i IBit/ i-tes Codiervektor- 8Bit/ 16 Feld
Bit
}
Codierte Nutzlast variable
Länge
Im Vorangegangenen wurde die Datenübertragung von einer Infrastruktur zu einem oder mehreren Zügen beschrieben. Die Datenübertragung in umgekehrter Richtung läuft dabei derart ab, dass die Kontrolleinheit CU eines Zugs den ursprünglichen Pa¬ ketstrom generiert und daraus den codierten Paketstrom mit entsprechender Netzwerk-Codierung ermittelt. Anschließend wird der Paketstrom wiederum über mehrere logische Pfade ge- multiplext, wobei die Pfade über die Train-Units TU laufen. Die Verarbeitung der codierten Pakete in der Infrastruktur läuft dabei analog wie bei der Übertragung in umgekehrter Richtung von der Infrastruktur zum Zug ab. Die oben beschriebenen Parameter n und k der verwendeten Netzwerk-Codierung bestimmen die Größe einer zu codierenden Datenpaket-Gruppe und die Anzahl der codierten Datenpakete, welche zu einer Gruppe gehören, n und k werden vorzugsweise in Abhängigkeit von der Fehlerrate des Kanals bestimmt. Des¬ halb wird in einer bevorzugten Ausführungsform in regelmäßigen oder auch unregelmäßigen Abständen durch den Decodier- punkt ein Empfangsreport an den Codierpunkt übermittelt, wo¬ bei dieser Report eine Information über die Paketfehlerrate in dem Kanal enthält. Diese Information kann z.B. die durchschnittliche Anzahl oder die minimale Anzahl von empfangenen codierten Datenpaketen pro Gruppe umfassen. In Abhängigkeit von dieser Anzahl kann dann der Codierpunkt die Parameter n und k geeignet einstellen. Üblicherweise wird zu Beginn der Datenübertragung ein Standardwert für n und k verwendet.
Die im Vorangegangenen beschriebenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens weisen eine Reihe von Vorteilen auf. Insbesondere wird die Zuverlässigkeit der Datenübertra- gung aufgrund einer Netzwerk-Codierung und der Übermittlung über mehrere Pfade im Falle von unzuverlässigen Übertragungs¬ kanälen erhöht. Die Mechanismen der Erfindung können dabei in ein bestehendes Kommunikations-System basierend auf einer Schicht oberhalb der L3-Schicht realisiert werden. Der Gewinn an Zuverlässigkeit wird dabei zusätzlich zu bestehenden Zu¬ verlässigkeitsmechanismen auf anderen Schichten erreicht, so dass das erfindungsgemäße Verfahren neben anderen Mechanismen coexistieren kann. Aufgrund der Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens auf einer Schicht oberhalb der L3- Schicht wird ferner der Vorteil erreicht, dass keine Modifi¬ kationen von Firmware bzw. Hardware von an der Kommunikation beteiligten Komponenten erforderlich sind.
In einer speziellen Ausführungsform stellt das erfindungsge- mäße Verfahren eine Netzwerk-Codierung bereit, bei der nicht alle Datenpakete einer zu codierenden Datenpaket-Gruppe vor der Durchführung der Codierung eingelesen werden müssen.
Hierdurch werden Verzögerungen bei der Datenübertragung ver- mieden. Insbesondere wird eine Decodierung des codierten Da- tenpaketstroms bereits dann ermöglicht, wenn das erste co¬ dierte Datenpaket der entsprechenden codierten Gruppe empfangen wird, ohne dass gewartet werden muss, bis die gesamte co- dierte Gruppe am Empfänger ankommt. Dies hat besondere Vor¬ teile bei der Übertragung von Steuerdaten zwischen einer Infrastruktur und einem Zug, da diese Daten sehr aktuell sein müssen und somit nur eine begrenzte Zeit gültig sind. Das Verfahren hat ferner die Eigenschaft, dass die Zuverlässig- keit durch Endpunkte des Kommunikations-Systems gesteuert und durchgesetzt wird. Es müssen somit keine Anforderungen an da¬ zwischen liegende Kommunikations-Systeme gestellt werden. Das Verfahren ist dabei über die Einstellung von Codierparametern derart adaptierbar, dass ein Kompromiss zwischen dem Daten- Overhead und der Zuverlässigkeit der Datenübertragung gefun¬ den werden kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine Erhöhung der Zuverlässigkeit der Datenübertragung auch durch die Verwen- dung von mehreren Pfaden, wobei auf jedem Pfad ein Teildatenstrom übertragen wird. Hierdurch können die Vorteile einer Frequenz- bzw. räumlichen Diversität ausgenutzt werden. Dabei müssen wiederum keine Anforderungen an das Kommunikations- System zwischen den Endpunkten gestellt werden. Es kann eine verlässliche Datenübertragung erreicht werden, selbst wenn einzelne Datenverbindungen ausfallen oder gestört sind. Eine Decodierung des ursprünglichen Dateninhalts wird erfindungs¬ gemäß bereits basierend auf nur einem Teil von empfangenen Datenpaketen gewährleistet. Kommt es z.B. zu einem Ausfall eines Pfads, führt dies nicht zu einem Informationsverlust, da die gesamte Information im Datenstrom in der Regel aus den verbleibenden Pfaden hergestellt werden kann.
Die Erfindung hat besondere Vorteile im Rahmen der Datenüber- tragung zwischen einem Transportmittel und einer mit dem Transportmittel kommunizierenden Infrastruktur. Besonders vorteilhaft ist dabei der Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens im Rahmen eines Zug-Steuer-Systems, bei dem Steuerda- ten an den Zug mit hoher Aktualität zu übertragen sind. Da mit dem erfindungsgemäßen Verfahren die Wahrscheinlichkeit abnimmt, dass eine Verbindung zwischen dem Zug und der ent¬ sprechenden Infrastruktur abbricht, wird auch die Wahrschein- lichkeit verringert, dass ein Notfall-Ereignis (z.B. eine
Notbremsung) dadurch ausgelöst wird, dass aufgrund eines Ver- bindungsverlusts keine aktuellen Steuerdaten mehr empfangen werden können.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur paketvermittelten Datenübertragung, insbesondere zwischen einem Transportmittel (T, Tl, Tn) und einer mit dem Transportmittel (T, Tl, Tn) kommunizierenden Infrastruktur (I), bei dem:
ein zu übertragenden Datenstrom (D) mit einer Vielzahl von Datenpaketen (P) mittels einer Codierung codiert wird, welche dem Datenstrom (D) Redundanz hinzufügt;
- der codierte Datenstrom (CD) mit einem Multiplexer (M) in eine Mehrzahl von parallelen Teildatenströmen (Dl, D2) aufgeteilt und über eine Mehrzahl von Pfaden (PA1, PA2) übertragen wird, wobei ein jeweiliger Teildatenstrom (Dl, D2) auf einem Pfad (PA1, PA2) aus der Mehrzahl von Pfaden übermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die paketvermittelte Datenübertragung auf der L3-Schicht stattfindet und die Nutz¬ last der L3-Datenpakete codiert wird, wobei die codierte Nutzlast und Codierparameter der codierten Datenpakete (CPA) in einer über der L3-Schicht liegenden Schicht, insbesondere in einer Zwischenschicht zwischen der L3- und der L4-Schicht, übermittelt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Datenstrom (D) über zumindest ein drahtloses Teilstück übertragen wird, insbesondere basierend auf WLAN, wobei vorzugsweise jedem Pfad (PA1, PA2) eine andere Übertragungsfrequenz und/oder eine andere Übertragungsstrecke zur Datenübertragung über das zumindest eine drahtlose Teilstück zugeordnet ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Codierung des Datenstroms (D) eine FEC-Codierung umfasst.
5. Verfahren nach einem der vorhergehende Ansprüche, bei dem zur Codierung des Datenstroms eine Mehrzahl von aufeinander folgenden Datenpaketen (P) des Datenstroms (D) zu einer Datenpaket-Gruppe (G) zusammengefasst wird, wobei die Codierung einer Datenpaket-Gruppe (G) über einen Satz von aufeinander folgenden Codiervektoren (EV) erfolgt, wobei ein jeweiliger Codiervektor (EV) zur Erzeugung eines codierten Datenpakets (CPA) vorgesehen ist und Einträge für jedes Datenpaket (P) der Datenpaket-Gruppe (G) enthält, so dass durch einen Co¬ diervektor (EV) eine gewichtete Summe der Nutzlast der Daten¬ pakete (P) der Datenpaket-Gruppe (G) und hierdurch die co¬ dierte Nutzlast eines codierten Datenpakets (CPA) gebildet wird .
6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem der Satz von Codiervektoren (EV) derart ausgestaltet ist, dass für j < n, wobei n der Anzahl von Datenpaketen (P) einer Datenpaket-Gruppe (G) entspricht, der j-te Codiervektor (EV) linear unabhängig von dem ersten bis zum (j-l)-ten Codiervektor (EV) ist.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, bei dem der Satz von Codiervektoren (EV) derart ausgestaltet ist, dass für i > n, wobei n der Anzahl von Datenpaketen (P) einer Datenpaket- Gruppe (G) entspricht, der i-te Codiervektor (EV) zumindest teilweise aus zufälligen Einträgen gebildet ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 7, bei dem der Satz von Codiervektoren (EV) derart ausgestaltet ist, dass zumindest für i < n und insbesondere für i < m, wobei n der
Anzahl von Datenpaketen (P) einer Datenpaket-Gruppe (G) und m der Anzahl von aus der Datenpaket-Gruppe (G) hervorgehenden codierten Datenpaketen (CPA) entspricht, der (i+l)-te Eintrag und alle größeren Einträge des i-ten Codiervektors (EV) aus Nullen bestehen.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die jeweiligen Teildatenströme (Dl, D2) bei der Übertragung entlang des jeweiligen Pfads (PA1, PA2) ein oder mehrere Male neu codiert werden, wobei einem codierten Teildatenstrom (Dl, D2) bei jeder Neucodierung Redundanz hinzugefügt wird.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Datenübertragung eine Unicast-Übertragung ist, bei der der Datenstrom (D) an einen einzelnen Empfänger, insbesondere an ein einzelnes Transportmittel (T, Tl, n) , über- mittelt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Datenübertragung eine Multicast-Übetragung ist, bei der der Datenstrom (D) an eine Mehrzahl von Empfängern, ins- besondere an eine Mehrzahl von Transportmitteln (T, Tl, Tn) , übermittelt wird.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem in dem Datenstrom (D) Steuerdaten und/oder Daten eines Passagier-Informations-Systems an ein Transportmittel
und/oder an eine mit dem Transportmittel kommunizierende Inf¬ rastruktur (T, Tl, Tn) übertragen werden.
13. Verfahren nach einem der vorhergehende Ansprüche, bei dem eine Datenübertragung zwischen einem Transportmittel (T, Tl,
Tn) in der Form eines Schienenfahrzeugs und einer Infrastruktur (I) für das Schienenfahrzeug durchgeführt wird, wobei entlang der Fahrspur des Schienenfahrzeugs drahtlose Sende- und/oder Empfangseinheiten (A) vorgesehen sind, welche zur Datenübertragung mit einer oder mehreren drahtlosen Sende- und/oder Empfangseinheiten (Α' ) des Schienenfahrzeugs kommunizieren .
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die parallelen Teildatenströme (Dl, D2) von zumindest ei¬ nem Empfangs- und Verarbeitungsmittel (TU, CU) empfangen wer¬ den, wobei das zumindest eine Empfangs- und Verarbeitungsmit¬ tel (TU, CU) die Teildatenströme (Dl, D2) zu dem ursprüngli¬ chen codierten Datenstrom (CD) zusammenführt und diesen deco- diert.
15. Sendeeinrichtung zum Aussenden von Daten zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend :
eine Codiereinrichtung (CP) zum Codieren eines zu übertragenden Datenstrom (D) mit einer Vielzahl von Datenpaketen (P) mittels einer Codierung, welche dem Datenstrom (D) Redundanz hinzufügt;
einen Multiplexer zum Aufteilen des codierten Datenstroms (CD) in eine Mehrzahl von parallelen Teildatenströmen (Dl, D2);
ein Sendemittel zum Aussenden der parallelen Teildatenströme (Dl, D2) über eine Mehrzahl von Pfaden (PA1, PA2), wobei ein jeweiliger Teildatenstrom (Dl, D2) auf einem Pfad (PA1, PA2) aus der Mehrzahl von Pfaden ausgesendet wird .
16. Empfangseinrichtung zum Empfangen von Daten zur Verwendung in einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend zumindest ein Empfangs- und Verarbeitungsmit¬ tel (TU, CU) , welches derart ausgestaltet ist, das es im Be¬ trieb die parallelen Teildatenströme (Dl, D2) empfängt und zu dem ursprünglichen codierten Datenstrom (CD) zusammenführt und diesen decodiert.
17. Übertragungssystem, umfassend die Sendeeinrichtung gemäß Anspruch 15 und die Empfangseinrichtung gemäß Anspruch 16.
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