WO2016008940A1 - Method for matching a transmission rate in a communication network - Google Patents

Method for matching a transmission rate in a communication network Download PDF

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WO2016008940A1
WO2016008940A1 PCT/EP2015/066195 EP2015066195W WO2016008940A1 WO 2016008940 A1 WO2016008940 A1 WO 2016008940A1 EP 2015066195 W EP2015066195 W EP 2015066195W WO 2016008940 A1 WO2016008940 A1 WO 2016008940A1
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WO
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transmission
rate
transmission mode
current
master unit
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PCT/EP2015/066195
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German (de)
French (fr)
Inventor
Nedzad SILJAK
Original Assignee
Siemens Aktiengesellschaft
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    • H—ELECTRICITY
    • 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
    • H04L1/0001—Systems modifying transmission characteristics according to link quality, e.g. power backoff
    • H04L1/0002—Systems modifying transmission characteristics according to link quality, e.g. power backoff by adapting the transmission rate

Definitions

  • the present invention relates to a method for adapting a transmission rate on a physical layer or so-called physical layer of a reference model for network protocols, the so-called OSI model, i a communication network, which is constructed according to the so-called master-slave principle.
  • OSI model i a communication network
  • a data transmission between the units of the communication network is controlled by at least one central master unit.
  • the communication network has a transmission medium with temporally rapidly changing transmission ratios, such as e.g. temporally fluctuating disturbances, etc. on.
  • a connection of a large number of energy meter units - so-called smart meters or smart meter sensor units or other units for automation of a power supply network to one or more central units usually takes place via a communication network, which can be constructed according to the so-called master-slave principle ,
  • the entire data transmission in the communication network is controlled by at least one central master unit. That from the master unit can unsolicited to a common resource such. a transmission medium or a transmission channel are accessed while the so-called slave units are allowed to access the common resource only after a request or request by the master unit.
  • the intelligent ones Counter or smart meter monitored by at least one master unit - the so-called data concentrator - via a transmission medium (eg powerline communication, radio link, etc.) and a data transmission controlled by this at least one central or master unit.
  • the measurement data of the connected smart meters are collected by the master unit or the data concentrator and forwarded to a central system.
  • communication networks according to the master-slave principle can be used - eg for monitoring and control of measuring points in the power grid by a central processing unit.
  • the International Organization for Standardization developed a reference model - the so-called Open Systems Interconnection Model (OSI model), which groups the communication functions into seven logical layers.
  • the lowermost layer or layer 1 is referred to as a so-called physical layer or physical layer.
  • mechanical, electrical and other functional aids e.g., electrical signals, optical signals, electromagnetic waves, etc.
  • bits - e.g. in the form of data packets about it.
  • the methods used are referred to as transmission methods.
  • the digital bit or data transmission is accomplished on a wireless (e.g., wireless) or wired (e.g., powerline in powerline communication, copper cable, fiber, etc.) transmission link, depending on the transmission medium.
  • a transmission rate is a digital data volume (eg number of data packets, etc.) which is successfully or error-free within a time unit (eg within one second, etc.) via a transmission channel or a transmission medium from a transmitter such as a master unit to a Receiver (eg slave unit) is transmitted.
  • a transmission mode with the highest possible data transmission rate or transmission rate must be found in a communication network of one master unit for each slave unit.
  • the transmission rate and thus the selection of a transmission mode is usually influenced by the conditions or transmission ratios of the transmission medium (eg radio link, power line communication (PLC), etc.), which due to disturbances (eg interference, etc.) in time can change.
  • the transmission medium eg radio link, power line communication (PLC), etc.
  • WO 2004/086712 A2 discloses a method for selecting suitable transmission modes in a communication system.
  • the selection of the respective transmission mode takes place on the basis of the so-called signal-to-noise ratio (SNR) or on the basis of the signal-to-noise ratio of the respective transmission channels used.
  • SNR signal-to-noise ratio
  • For each transmission channel an SNR is estimated, and an average value including a variance for the respective transmission channels is determined therefrom. From this, a so-called back-off factor is determined, and with the aid of this factor and the mean SNR, a suitable transmission mode is then selected for the respective transmission channel.
  • the invention is therefore based on the object to provide a method by which in a simple manner, with ideal utilization of existing resources and without time-consuming delays, a data transfer to current conditions of a transmission medium on a physical
  • the solution of this object is achieved by a method of the type described, in which observed from at least one central master unit of the communication network for an observation window continuously a number of successfully delivered data packets and from a current parcel delivery rate is determined.
  • the observation window is defined by a predetermined number of parcel delivery attempts.
  • the current parcel delivery rate determined by the master unit is then compared with a predetermined threshold value. If this threshold value is undershot from the current, determined packet delivery rate, a currently used transmission mode is changed over to a more robust transmission mode with a lower transmission rate. If the predefined threshold value is exceeded by the current, determined parcel delivery rate, the current transfer mode is maintained for at least the time being.
  • the main aspect of the proposed solution according to the invention is that in a simple way the transmission mode to the conditions or current transmission conditions the transmission medium is adapted quickly and without much effort such as complex estimates or calculations on the receiver and / or sender side. As a result, for example, a number of unsuccessful parcel delivery attempts are kept low and a data throughput rate of the communication network is increased. Furthermore, the at least one master unit optimally adapts to the respective current transmission conditions of the transmission medium. For example, if the transmission medium is severely disturbed, for example, a slower but more robust transmission mode is selected by the master unit based on the observed packet delivery rate, thereby increasing a likelihood of successful delivery of the data packets.
  • the conditions in the transmission medium improve (ie, a very high number of successfully transmitted data packets is detected in the current transmission mode by the master unit), then, for example, a faster transmission mode can be selected. This will increase the packet throughput rate.
  • the existing resources such as the available transmission medium, etc. can be optimally utilized by the method according to the invention.
  • the current parcel delivery rate is determined by the at least one master unit on the basis of the number of parcel delivery attempts and the number of successfully delivered data packets in the observation window.
  • next more robust transmission mode is selected. This changeover to the next more robust transmission mode can also take place, for example, when the current threshold for the delivery of parcels has not yet fallen below the predetermined threshold value but the predetermined number of consecutive undelivered parcels has been reached. As a result, it is possible, for example, to switch over to a more robust transmission mode with each further faulty delivery attempt. This can be easily and quickly reacted to time-varying transmission conditions.
  • a threshold value for switching the respective transmission mode is predetermined, which is derived from a comparison of packet actual probabilities and packet throughput for the respective transmission modes used in the communication network.
  • a signal-to-noise ratio (SNR) or a bit error rate for the respective transmission medium or for the respective transmission channel can be used as parameters for the determination of the threshold value, provided these parameters are provided by the physical layer.
  • the signal-to-noise ratio or signal-to-noise ratio (SNR) is a measure of the technical quality of a useful signal, which is superimposed by a noise signal, and defined as the ratio of the average power of the useful signal to the mean. ren noise power of a noise signal.
  • the signal-to-noise ratio can be used as an evaluation number to assess the quality of an (analog) transmission channel.
  • the useful signal must stand out clearly from the background noise - ie the SNR must therefore be sufficiently large.
  • a threshold value for switching over from this transmission mode can be derived, for example, from a more robust transmission mode.
  • the bit error rate is also a measure of the quality of a transmission over a transmission channel - but over a digital transmission channel. It indicates a number of bit errors divided by the number of bits transmitted per unit of time. It is e.g. with the aid of test samples, which are sent by a measuring device and received and compared again after the transmission, and indicates on how many correct bits a faulty bit is coming.
  • the bit error rate for a particular transmission mode can be used as the basis for a threshold for switching to a more robust transmission mode.
  • An expedient development of the method according to the invention also provides for the predetermined threshold value to be determined as the mean value of all threshold values determined for the respectively used transmission modes. If, for example, a very large number of transmission modes are made available by a transmission method, it may be simpler to determine a common threshold value for all transmission modes. This threshold value can then be calculated as an average over all individually determined threshold values. This considerably simplifies determination of the threshold value for switching from one transmission mode to another transmission mode.
  • a next higher transfer mode is selected with a higher transmission rate.
  • the currently ascertained parcel delivery rate is compared, for example, with a predetermined delivery rate value, whereby this delivery rate value can specify, for example, a current parcel delivery rate of almost 100% or 99% for switching to the next higher transmission mode. This can be increased in a simple manner by choosing a higher transmission mode, the data throughput.
  • the data packets to be transmitted are monitored for error-free transmission even after switching to the higher transmission mode. If a first data packet is defective after the changeover, the master unit can, for example, switch back to the old transmission mode. For each further erroneous parcel delivery attempt can then be switched, for example, a robust ren transmission mode.
  • a radio channel a so-called powerline communication channel and / or an underwater channel (for example submarine cable, etc.) are used as the transmission medium.
  • these transmission media can be reacted very quickly to temporal variations in the transmission quality and changes in the conditions in the transmission medium, whereby a data throughput in the respective êtsme medium or communication network is increased.
  • existing resources - such as e.g. an energy supply network for smart meter or energy automation applications using powerline communication - for the most error-free data transmission possible.
  • FIG. 1 schematically shows an exemplary sequence of the method according to the invention for adapting a transmission rate on a physical layer in a communication network.
  • FIG. 1 schematically shows an exemplary sequence of a method for adapting a transmission rate in a communication network, which is constructed according to the master-slave principle.
  • the adaptation is carried out on the so-called physical layer or physical layer of the so-called OSI model.
  • the data transmission between the units of the communication network is controlled by at least one master unit.
  • the communication network in which the transmission medium is e.g. Radio connections, the so-called powerline communication or underwater connections / cables are used, has temporally rapidly changing transmission conditions such. temporally fluctuating disturbances, etc. on.
  • the inventive method for so-called smart metering applications or energy automation applications in a power supply network.
  • units installed in the power grid e.g., smart meters, meter units, etc.
  • at least one central master unit e.g.
  • Data concentrator, central processing unit, etc. controlled and this at least one central master unit is responsible for the control of data transmission.
  • the power grid itself is used, via which the data (packets) are transmitted by means of so-called powerline communication.
  • a communication between the at least one central master unit and the units in the power grid is at least partially performed by radio.
  • For the data transmission of eg Measurement data, etc. is a possible error-free and rapid transmission necessary.
  • the method according to the invention begins with a starting step 1.
  • a number of successfully transmitted data packets are continuously observed by the at least one central master unit of the communication network in an observation window.
  • the observation window is determined by a number of parcel delivery attempts.
  • the at least one central master unit determines a current parcel delivery rate, the parcel delivery rate being calculated, for example, as the number of successfully delivered packets divided by the number of parcel delivery attempts in the observation window.
  • the number of consecutive erroneous parcel deliveries is also logged. This number of consecutive erroneous parcel deliveries is then continually compared to a predetermined number of consecutive undelivered parcels from the central master unit. If it is determined by the central master unit that the predetermined number of consecutive, undelivered packets has been reached, it is immediately switched to a more robust transmission mode, e.g. To prevent large data losses, etc. and to respond quickly to a change in the transmission quality.
  • the current parcel delivery rate is compared by the central master unit with a predetermined threshold value.
  • This threshold value can be specified, for example, in a transmission method with few transmission modes for each transmission mode.
  • the respective threshold values can be determined, for example, from a counterpart Position of RieTustell fixturesen and a packet throughput for the respective transmission modes are derived. Threshold values for changing the transmission mode can then be determined from such a comparison. For example, it can be made clear from which parcel delivery probability, for example, a packet throughput of a more robust transmission mode is greater than in the next higher transmission mode.
  • the threshold value for the transmission modes it is also possible to use a signal-to-noise ratio or a bit error rate - if these are provided by the physical layer. If a transmission method is used, from which many different transmission modes are provided, a mean value of all threshold values of the respectively available transmission modes can be used as the predetermined threshold value.
  • the third method step 3 If, in the comparison of the predetermined threshold value for the current transmission mode with the current parcel delivery rate, it is determined in the third method step 3 that the predefined threshold value is exceeded by the current parcel delivery rate, then in the fourth method step 4 the current transmission mode is maintained for the time being. Thereafter, for example, for the next observation window, the second and third process steps 2, 3 can be repeated in order to detect disturbances in the transmission medium occurring in the meantime and to be able to adapt the transmission rate accordingly.
  • the transmission mode of the central master unit changed.
  • the transmission mode is switched to a next lower, more robust transmission mode. converted, which has a lower transmission rate, but a higher probability of successful parcel delivery.
  • the second and third method steps 2, 3 can again be carried out for the next observation window, and the transmission mode can be further adapted if stronger interference has occurred in the transmission medium.
  • a sixth method step 6 it can be checked whether the current package delivery rate determined by the master unit has or exceeds a predetermined delivery rate value (for example approximately 100%, 99% or 98%) in the observation window. almost all parcel delivery attempts within the observation window are successful. Alternatively, a number of watch windows may be specified within which it is checked whether the determined packet delivery rate reaches or exceeds a predetermined delivery rate value (e.g., approximately 100%, 99%, or 98%). If the predetermined delivery rate value is not reached, e.g. in a seventh method step 7, the current transmission mode is maintained, and then again the second and third method steps 2, 3 are performed for the next observation window to determine whether the current transmission mode is still suitable for the current transmission conditions.
  • a predetermined delivery rate value for example approximately 100%, 99% or 98%
  • a current parcel delivery rate reaches or even exceeds a predefined delivery rate value (eg the actual parcel delivery rate reaches or exceeds a delivery rate value of, for example, approximately 100% or eg 99%)
  • a predefined delivery rate value eg the actual parcel delivery rate reaches or exceeds a delivery rate value of, for example, approximately 100% or eg 99%
  • the central master unit After switching the transmission mode is - as during the entire process of the invention or as well as at the determination of the parcel delivery rate - by the central master unit eg the data transfer to faulty data packets checked. If, for example, a first data packet has been transmitted incorrectly after switching to the faster or higher transmission mode, then it can be reset to the original, slower transmission mode. If, for example, after resetting the transmission mode to the original, slower transmission mode, at least one erroneous data packet is detected, then, for example, an even more robust transmission mode can be selected in order to reduce the influence on the data transmission due to interference occurring. Switching to a more robust transmission mode can be continued, for example, until an optimal transmission - ie, the highest possible number of data packets transmitted without errors - has been achieved.
  • Such a check of a data packet transmission can also be carried out after the fourth, fifth or sixth procedural step 4, 5, 6 in order to optimally adapt the transmission rate to the current transmission conditions in the transmission medium.
  • the transmission rate can be adapted to all conditions in the transmission medium by appropriately setting a transmission mode by the central master unit. If strong disturbances occur in the transmission medium, a slower but more robust (less susceptible to interference) transmission mode is selected by the central master by means of the method according to the invention. If the conditions in the transmission medium improve, then the central master unit can be replaced by the invention. appropriate method to a faster transfer mode with a higher transfer rate can be switched. In this way, the data throughput in the communication network is increased by the inventive method and the available resources are better utilized.

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Abstract

The invention relates to a method for matching a transmission rate on a physical layer of the so-called OSI reference model in a communication network which is structured according to the so-called master-slave principle. A data transmission between the units of the communication network is thereby controlled by at least one central master unit. In addition, the communication network has a transmission medium with temporally rapidly changing transmission conditions, e.g. temporally fluctuating interferences, etc. A number of successfully delivered data packets is constantly observed in an observation window, which is defined by a predetermined number of packet delivery attempts, by at least one central master unit of the communication network, and a current packet delivery rate is determined therefrom (2). The current packet delivery rate is then compared with a predetermined threshold value (3). Upon underrunning the predetermined threshold value, a current transmission mode is shifted to a more robust transmission mode with a lower transmission rate (5). Upon exceeding the predetermined threshold value, the current transmission mode is initially maintained (4). Using this method, the transmission rate is optimally matched to temporally rapidly changing transmission conditions of the transmission medium and thus a number of successfully delivered data packets is increased.

Description

Besehreibung Besehreibung
Verfahren zur Anpassung einer Übertragungsrate in einem Kommunikationsnetz Method for adapting a transmission rate in a communication network
Technisches Gebiet Technical area
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Anpassung einer Übertragungsrate auf einer physikalischen Schicht oder so genannten Bitübertragungsschicht eines Referenzmodells für Netzwerkprotokolle, dem so genannten OSI-Modell, i einem Kommunikationsnetz, welches nach dem so genannten Master-Slave-Prinzip aufgebaut ist. Dabei wird eine Datenübertragung zwischen den Einheiten des Kommunikationsnetzes von zumindest einer zentralen Mastereinheit gesteuert. Weiterhin weist das Kommunikationsnetz ein Übertragungsmedium mit sich zeitlich rasch ändernden Übertragungsverhältnissen wie z.B. zeitlich schwankende Störungen, etc. auf. The present invention relates to a method for adapting a transmission rate on a physical layer or so-called physical layer of a reference model for network protocols, the so-called OSI model, i a communication network, which is constructed according to the so-called master-slave principle. In this case, a data transmission between the units of the communication network is controlled by at least one central master unit. Furthermore, the communication network has a transmission medium with temporally rapidly changing transmission ratios, such as e.g. temporally fluctuating disturbances, etc. on.
Stand der Technik State of the art
Eine Anbindung von einer großen Anzahl von Energiezählereinheiten - so genannten intelligenten Zählern oder Smart-Meter Sensoreinheiten oder anderen Einheiten für eine Automatisierung eines Energieversorgungsnetzes an eine oder mehrere Zentraleinheiten erfolgt üblicherweise über ein Kommunikationsnetz, welches nach dem so genannten Master-Slave-Prinzip aufgebaut sein kann. Dabei wird die gesamte Datenübertragung im Kommunikationsnetz von zumindest einer zentralen Mastereinheit gesteuert. D.h. von der Mastereinheit kann unaufgefordert auf eine gemeinsame Ressource wie z.B. auf ein Übertragungsmedium bzw. einen Übertragungskanal zugegriffen werden, während die so genannten Slave-Einheiten nur nach einer Anfrage oder Aufforderung durch die Mastereinheit auf die ge meinsame Ressource zugreifen dürfen. A connection of a large number of energy meter units - so-called smart meters or smart meter sensor units or other units for automation of a power supply network to one or more central units usually takes place via a communication network, which can be constructed according to the so-called master-slave principle , In this case, the entire data transmission in the communication network is controlled by at least one central master unit. That from the master unit can unsolicited to a common resource such. a transmission medium or a transmission channel are accessed while the so-called slave units are allowed to access the common resource only after a request or request by the master unit.
Im Bereich der Energieverbrauchsmessung werden beispielsweise bei einem so genannten Smart-Meter-System die intelligenten Zähler bzw. Smart-Meter von zumindest einer Mastereinheit - dem so genannten Datenkonzentrator - über ein Übertragungsmedium (z.B. Powerline-Communication, Funkverbindung, etc.) überwacht und eine Datenübertragung von dieser zumindest einen Zentral- oder Mastereinheit gesteuert. Dabei werden von der Mastereinheit bzw. vom Datenkonzentrator die Messdaten der angeschlossenen intelligenten Zähler gesammelt und an ein Zentralsystem weitergeleitet. Auch im Bereich der Automatisierung von Energieversorgungsnetzen können beispielsweise Kommunikationsnetze nach dem Master-Slave-Prinzip eingesetzt werden - z.B. für eine Überwachung und Steuerung von Messstellen im Energieversorgungsnetz durch eine Zentraleinheit. In the field of energy consumption measurement, for example, in the case of a so-called smart meter system, the intelligent ones Counter or smart meter monitored by at least one master unit - the so-called data concentrator - via a transmission medium (eg powerline communication, radio link, etc.) and a data transmission controlled by this at least one central or master unit. The measurement data of the connected smart meters are collected by the master unit or the data concentrator and forwarded to a central system. Also in the field of automation of energy supply networks, for example, communication networks according to the master-slave principle can be used - eg for monitoring and control of measuring points in the power grid by a central processing unit.
Für eine Strukturierung und Charakterisierung der internen Funktionen eines Kommunikationsnetzes wurde z.B. von der International Organization for Standardization (ISO) ein Referenzmodell entwickelt - das so genannte Open Systems Inter- connection Model (OSI-Modell ) , durch welches die Kommunikationsfunktionen in sieben logischen Schichten zusammengefasst sind. Die unterste Schicht bzw. die Schicht 1 wird dabei als so genannte Bitübertragungsschicht oder als Physical Layer bezeichnet. Von dieser Schicht werden mechanische, elektrische und weitere funktionale Hilfsmittel (z.B. elektrische Signale, optische Signale, elektromagnetische Wellen, etc.) zur Verfügung gestellt, um physische Verbindungen zu aktivieren oder zu deaktivieren, sie aufrechtzuerhalten und Dateneinheiten - so genannte Bits - z.B. in Form von Datenpaketen darüber zu übertragen. Die dabei verwendeten Verfahren werden als Übertragungsverfahren bezeichnet. Auf der physikalischen Schicht (Physical Layer) wird die digitale Bit- bzw. Datenübertragung je nach Übertragungsmedium auf einer leitungslosen (z.B. Funkverbindung) oder leitungsgebundenen (z.B. Energieversorgungsnetz bei Powerline-Communication, Kupferkabel, Glasfaser, etc.) Übertragungsstrecke bewerkstelligt. For structuring and characterizing the internal functions of a communication network, e.g. The International Organization for Standardization (ISO) developed a reference model - the so-called Open Systems Interconnection Model (OSI model), which groups the communication functions into seven logical layers. The lowermost layer or layer 1 is referred to as a so-called physical layer or physical layer. From this layer, mechanical, electrical and other functional aids (e.g., electrical signals, optical signals, electromagnetic waves, etc.) are provided to activate or deactivate physical connections, to maintain them, and to store data units - so-called bits - e.g. in the form of data packets about it. The methods used are referred to as transmission methods. At the physical layer, the digital bit or data transmission is accomplished on a wireless (e.g., wireless) or wired (e.g., powerline in powerline communication, copper cable, fiber, etc.) transmission link, depending on the transmission medium.
Von den für eine Übertragung von Daten auf der physikalischen Schicht eines Kommunikationsnetzes nach dem Master-Slave- Prinzip verwendeten Übertragungsverfahren werden unterschied- liehe Übertragungsmodi oder Transmission-Modi zur Verfügung gestellt. Diese Übertragungsmodi unterscheiden sich einerseits in einer Übertragungsrate und andererseits in einer Robustheit bzw. Anfälligkeit für Störungen. Als Übertragungsrate wird dabei eine digitale Datenmenge (z.B. Anzahl an Datenpaketen, etc.) bezeichnet, welche innerhalb einer Zeiteinheit (z.B. innerhalb einer Sekunde, etc.) über einen Übertragungskanal oder ein Übertragungsmedium erfolgreich bzw. fehlerfrei von einem Sender wie z.B. einer Mastereinheit zu einem Empfänger (z.B. Slave-Einheit) übermittelt wird. Für eine rasche und optimale Datenübertragung muss in einem Kommunikationsnetz von einer Mastereinheit daher für jede Slave-Einheit ein Übertragungsmodus mit der höchst möglichen Datenübertragungsrate bzw. Übertragungsrate gefunden werden. Dabei wird die Übertragungsrate und damit die Auswahl eines Übertragungsmodus üblicherweise von den Bedingungen bzw. Übertragungsverhältnissen des Übertragungsmediums (z.B. Funkverbindung, Po- werline-Communication (PLC) , etc.) beeinflusst, welche sich aufgrund von Störungen (z.B. Interferenzen, etc.) zeitlich verändern können . Of the transmission methods used for a transmission of data on the physical layer of a communication network according to the master-slave principle, a distinction is made between Lehn transmission modes or transmission modes provided. These transmission modes differ on the one hand in a transmission rate and on the other hand in a robustness or susceptibility to interference. In this case, a transmission rate is a digital data volume (eg number of data packets, etc.) which is successfully or error-free within a time unit (eg within one second, etc.) via a transmission channel or a transmission medium from a transmitter such as a master unit to a Receiver (eg slave unit) is transmitted. For a fast and optimal data transmission, therefore, a transmission mode with the highest possible data transmission rate or transmission rate must be found in a communication network of one master unit for each slave unit. In this case, the transmission rate and thus the selection of a transmission mode is usually influenced by the conditions or transmission ratios of the transmission medium (eg radio link, power line communication (PLC), etc.), which due to disturbances (eg interference, etc.) in time can change.
Aus der Schrift WO 2004/086712 A2 ist beispielsweise eine Me thode zur Auswahl von geeigneten Übertragungsmodi in einem Kommunikationssystem bekannt. Die Auswahl des jeweiligen Übertragungsmodus erfolgt dabei auf Basis der so genannten Signal-to-Noise-Ratio (SNR) bzw. auf Basis des Signal-Rausch Verhältnisses der jeweils genutzten Übertragungskanäle. Dabe wird für jeden Übertragungskanal eine SNR abgeschätzt und da raus ein Mittelwert inklusive einer Varianz für die jeweiligen Übertragungskanäle ermittelt. Daraus wird ein so genannter Back-off-Faktor bestimmt und mit Hilfe dieses Faktor und der mittleren SNR wird dann ein geeigneter Übertragungsmodus für den jeweiligen Übertragungskanal ausgewählt. Das aus der Schrift WO 2004/086712 A2 bekannte Verfahren weist allerding den Nachteil, einer relativ zeitaufwendigen und komplexen Er mittlung des geeigneten Übertragungsmodus auf, welche insbesondere bei sich zeitlich rasch ändernden Bedingungen in einem Übertragungsmedium zu Verzögerungen und Fehlern bei der Datenübertragung führen können. Da die Auswahl des jeweiligen Übertragungsmodus auf Abschätzungen von Signal-Rausch- Verhältnissen beruht, kann es weiterhin vorkommen, dass z.B. ein Übertragungsmodus mit zu hoher Datenübertragungsrate ge- wählt wird, wodurch die Übertragung von Datenpaketen dann beispielsweise fehlerhaft erfolgt und gegebenenfalls wiederholt werden muss. For example, WO 2004/086712 A2 discloses a method for selecting suitable transmission modes in a communication system. The selection of the respective transmission mode takes place on the basis of the so-called signal-to-noise ratio (SNR) or on the basis of the signal-to-noise ratio of the respective transmission channels used. For each transmission channel, an SNR is estimated, and an average value including a variance for the respective transmission channels is determined therefrom. From this, a so-called back-off factor is determined, and with the aid of this factor and the mean SNR, a suitable transmission mode is then selected for the respective transmission channel. The method known from document WO 2004/086712 A2, however, has the disadvantage of a relatively time-consuming and complex determination of the suitable transmission mode, which in particular leads to delays and errors in the case of rapidly changing conditions in a transmission medium Data transmission can lead. Since the selection of the respective transmission mode is based on estimates of signal-to-noise ratios, it may also happen that, for example, a transmission mode with excessively high data transmission rate is selected, as a result of which the transmission of data packets is then erroneous, for example, and must be repeated.
Darstellung der Erfindung Presentation of the invention
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, durch welches auf einfache Weise, unter idealer Ausnutzung von vorhandenen Ressourcen und ohne zeitliche große Verzögerungen eine Datenübertragung an aktuelle Bedingun- gen eines Übertragungsmediums auf einer physikalischen The invention is therefore based on the object to provide a method by which in a simple manner, with ideal utilization of existing resources and without time-consuming delays, a data transfer to current conditions of a transmission medium on a physical
Schicht angepasst und ein Datendurchsatz eines Kommunikationsnetzes erhöht wird.  Layer adapted and a data throughput of a communication network is increased.
Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt, durch ein Verfahren der eingangs angegebenen Art, bei welchem von zumindest einer zentralen Mastereinheit des Kommunikationsnetzes für ein Beobachtungsfenster kontinuierlich eine Anzahl an erfolgreich zugestellten Datenpaketen beobachtet und daraus eine aktuelle Paketzustellrate ermittelt wird. Das Beobachtungsfenster wird dabei durch eine vorgegebene Anzahl an Paketzustellversuchen definiert. Die aktuelle, von der Mastereinheit ermittelte Paketzustellrate wird dann mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen. Wird dieser Schwellwert von der aktuellen, ermittelten Paketzustellrate unterschritten, so wird ein aktuell genutzter Übertragungsmodus auf einen robusteren Übertragungsmodus mit einer geringeren Übertragungsrate umgestellt. Bei einem Überschreiten des vorgegebenen Schwellwertes durch die aktuelle, ermittelte Paketzustellrate wird der aktuelle Übertragungsmodus zumindest vorerst beibehalten. The solution of this object is achieved by a method of the type described, in which observed from at least one central master unit of the communication network for an observation window continuously a number of successfully delivered data packets and from a current parcel delivery rate is determined. The observation window is defined by a predetermined number of parcel delivery attempts. The current parcel delivery rate determined by the master unit is then compared with a predetermined threshold value. If this threshold value is undershot from the current, determined packet delivery rate, a currently used transmission mode is changed over to a more robust transmission mode with a lower transmission rate. If the predefined threshold value is exceeded by the current, determined parcel delivery rate, the current transfer mode is maintained for at least the time being.
Der Hauptaspekt der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung besteht darin, dass auf einfache Weise der Übertragungsmodus an die Bedingungen bzw. aktuellen Übertragungsverhältnisse des Übertragungsmediums rasch und ohne großen Aufwand wie z.B. komplexe Abschätzungen oder Berechnungen auf Empfänger und/oder Senderseite angepasst wird. Dadurch wird beispielsweise eine Anzahl an erfolglosen Paketzustellversuchen gering gehalten und eine Datendurchsatzrate des Kommunikationsnetzes erhöht. Weiterhin erfolgt durch die zumindest eine Mastereinheit eine optimale Anpassung an die jeweils aktuellen Übertragungsverhältnisse des Übertragungsmediums. Ist beispielsweise das Übertragungsmedium stark gestört, so wird z.B. ein langsamerer, aber robusterer Übertragungsmodus von der Mastereinheit anhand der beobachteten Paketzustellrate gewählt, wodurch eine Wahrscheinlichkeit für eine erfolgreiche Zustellung der Datenpakete gesteigert wird. Wenn sich z.B. die Bedingungen im Übertragungsmedium verbessern (d.h. von der Mas- tereinheit wird eine sehr hohe Anzahl an erfolgreich übertragenen Datenpaketen im aktuellen Übertragungsmodus festgestellt) , so kann beispielsweise ein schnellerer Übertragungsmodus gewählt werden. Damit wird dann die Paketdurchsatzrate gesteigert. Weiterhin können durch das erfindungsgemäße Ver- fahren die vorhandenen Ressourcen wie z.B. das verfügbare Übertragungsmedium, etc. optimal ausgenutzt werden. The main aspect of the proposed solution according to the invention is that in a simple way the transmission mode to the conditions or current transmission conditions the transmission medium is adapted quickly and without much effort such as complex estimates or calculations on the receiver and / or sender side. As a result, for example, a number of unsuccessful parcel delivery attempts are kept low and a data throughput rate of the communication network is increased. Furthermore, the at least one master unit optimally adapts to the respective current transmission conditions of the transmission medium. For example, if the transmission medium is severely disturbed, for example, a slower but more robust transmission mode is selected by the master unit based on the observed packet delivery rate, thereby increasing a likelihood of successful delivery of the data packets. If, for example, the conditions in the transmission medium improve (ie, a very high number of successfully transmitted data packets is detected in the current transmission mode by the master unit), then, for example, a faster transmission mode can be selected. This will increase the packet throughput rate. Furthermore, the existing resources such as the available transmission medium, etc. can be optimally utilized by the method according to the invention.
Es ist von Vorteil, wenn die aktuelle Paketzustellrate von der zumindest einen Mastereinheit auf Basis der Anzahl an Pa- ketzustellversuchen und der Anzahl an erfolgreich zugestellten Datenpaketen im Beobachtungsfenster ermittelt wird. Dadurch werden auf einfache Weise und ohne großen Aufwand bzw. ohne komplexe Berechnungen auftretende Veränderungen oder zeitliche schwankende Störeinflüsse im Übertragungsmedium und deren Einfluss auf eine erfolgreiche Datenpaketübertragung bei einem aktuellen Übertragungsmodus von der Mastereinheit festgestellt. Bei der Adaptierung der Übertragungsrate bzw. der entsprechenden Auswahl des optimalen Übertragungsmodus durch die Mastereinheit können diese dann rasch berücksich- tigt . It is advantageous if the current parcel delivery rate is determined by the at least one master unit on the basis of the number of parcel delivery attempts and the number of successfully delivered data packets in the observation window. As a result, changes occurring in a simple manner and without complex calculations or time-varying disturbing influences in the transmission medium and their influence on a successful data packet transmission in a current transmission mode are determined by the master unit. When adapting the transmission rate or the corresponding selection of the optimum transmission mode by the master unit, these can then be taken into account quickly.
Während einer Ermittlung der aktuellen Paketzustellrate wird idealer Weise auch eine Anzahl an aufeinanderfolgenden, feh- lerhaften Paketzustellungen protokolliert. Wird dabei festgestellt, dass eine vorgegebene Anzahl an aufeinanderfolgenden nicht zugestellten Paketen erreicht ist, so wird der nächste robustere Übertragungsmodus ausgewählt. Diese Umstellung auf den nächsten robusteren Übertragungsmodus kann beispielsweise auch dann erfolgen, wenn von der aktuellen Paketzustellrate der vorgegebene Schwellwert noch nicht unterschritten worden ist, aber die vorgegebene Anzahl an aufeinanderfolgenden, nicht zugestellten Paketen erreicht wurde. In der Folge kann z.B. bei jedem weiteren fehlerhaften Zustellversuch auf einen robusteren Übertragungsmodus umgeschaltet werden. Damit kann auf einfache Weise und rasch auf sich zeitlich ändernde Übertragungsverhältnisse reagiert werden. During a determination of the current parcel delivery rate, a number of consecutive, incorrect reported erroneous parcel deliveries. If it is determined that a predetermined number of consecutive undelivered packets has been reached, the next more robust transmission mode is selected. This changeover to the next more robust transmission mode can also take place, for example, when the current threshold for the delivery of parcels has not yet fallen below the predetermined threshold value but the predetermined number of consecutive undelivered parcels has been reached. As a result, it is possible, for example, to switch over to a more robust transmission mode with each further faulty delivery attempt. This can be easily and quickly reacted to time-varying transmission conditions.
Es ist weiterhin günstig, wenn für jeden Übertragungsmodus ein Schwellwert zum Umschalten des jeweiligen Übertragungsmodus vorgegeben wird, welcher aus einer Gegenüberstellung von Paketzustellwahrscheinlichkeiten und Paketdurchsatz für die jeweiligen, im Kommunikationsnetz verwendeten Übertragungsmodi abgeleitet wird. Durch eine derartige Gegenüberstellung können auf sehr einfache Weise jene Schwellwerte ermittelt werden, bei welchen ein Umschalten auf z.B. einen robusteren Übertragungsmodus zu einem besseren bzw. höheren Durchsatz von erfolgreich zugestellten Paketen führt. Von der Paketzustellwahrscheinlichkeit wird jene Wahrscheinlichkeit angegeben, mit welcher beispielsweise ein abgesendetes Datenpaket erfolgreich bzw. fehlerfrei empfangen wird. It is furthermore advantageous if, for each transmission mode, a threshold value for switching the respective transmission mode is predetermined, which is derived from a comparison of packet actual probabilities and packet throughput for the respective transmission modes used in the communication network. By means of such a comparison, it is possible in a very simple way to determine those threshold values at which switching over to e.g. a more robust transmission mode results in better or higher throughput of successfully delivered packets. The packet delivery probability indicates the probability with which, for example, a sent data packet is received successfully or without error.
Es können idealer Weise für die Ermittlung des Schwellwertes als Parameter auch eine Signal-Rausch- erhältnis (SNR) oder eine Bitfehlerrate für das jeweilige Übertragungsmedium bzw. für den jeweiligen Übertragungskanal herangezogen werden - sofern diese Parameter von der physikalischen Schicht zur Verfügung gestellt werden bzw. verfügbar sind. Das Signal- Rausch-Verhältnis oder die Signal-to-Noise-Ratio (SNR) ist ein Maß für die technische Qualität eines Nutzsignals, welches von einem Rauschsignal überlagert ist, und definiert als Verhältnis der mittleren Leistung des Nutzsignals zur mittle- ren Rauschleistung eines Störsignals. Das Signal-Rausch- Verhältnis kann als Bewertungszahl zur Beurteilung der Qualität eines (analogen) Übertragungskanals herangezogen werden. Damit eine Information wie z.B. ein Datenpaket aus dem Signal extrahiert werden kann, muss sich das Nutzsignal deutlich vom Hintergrundrauschen abheben - d.h. das SNR muss also ausreichend groß sein. Ist also das SNR für einen Übertragungsmodus bekannt, so kann daraus beispielsweise ein Schwellwert für das Umschalten von diesem Übertragungsmodus einen robusteren Übertragungsmodus abgeleitet werden. Ideally, a signal-to-noise ratio (SNR) or a bit error rate for the respective transmission medium or for the respective transmission channel can be used as parameters for the determination of the threshold value, provided these parameters are provided by the physical layer. Are available. The signal-to-noise ratio or signal-to-noise ratio (SNR) is a measure of the technical quality of a useful signal, which is superimposed by a noise signal, and defined as the ratio of the average power of the useful signal to the mean. ren noise power of a noise signal. The signal-to-noise ratio can be used as an evaluation number to assess the quality of an (analog) transmission channel. So that information such as a data packet can be extracted from the signal, the useful signal must stand out clearly from the background noise - ie the SNR must therefore be sufficiently large. Thus, if the SNR is known for a transmission mode, then a threshold value for switching over from this transmission mode can be derived, for example, from a more robust transmission mode.
Die Bitfehlerrate ist ebenfalls ein Maß für die Qualität einer Übertragung über einen Übertragungskanal - allerdings über einen digitalen Übertragungskanal. Von ihr wird einen Anzahl an Bitfehlern dividiert durch die Anzahl an übertragenen Bits pro Zeiteinheit angegeben. Sie wird z.B. mit Hilfe von Prüfmustern ermittelt, welche von einem Messgerät gesendet und nach der Übertragung wieder empfangen und verglichen werden, und gibt an, auf wie viele korrekte Bits ein fehlerhaftes Bit kommt. Damit kann auch die Bitfehlerrate für einen bestimmten Übertragungsmodus als Basis für einen Schwellwert zum Umschalten auf einen robusteren Übertragungsmodus herangezogen werden. The bit error rate is also a measure of the quality of a transmission over a transmission channel - but over a digital transmission channel. It indicates a number of bit errors divided by the number of bits transmitted per unit of time. It is e.g. with the aid of test samples, which are sent by a measuring device and received and compared again after the transmission, and indicates on how many correct bits a faulty bit is coming. Thus, the bit error rate for a particular transmission mode can be used as the basis for a threshold for switching to a more robust transmission mode.
Eine zweckmäßige Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens sieht auch vor, dass der vorgegebene Schwellwert als Mittelwert aus allen für die jeweils verwendeten Übertragungsmodi ermittelten Schwellwerten bestimmt wird. Werden beispielsweise von einem Übertragungsverfahren sehr viele Übertragungsmodi zur Verfügung gestellt, so kann es einfacher sein, einen gemeinsamen Schwellwert für alles Übertragungsmodi zu bestimmen. Dieser Schwellwert kann dann als Mittelwert über alle individuell bestimmten Schwellwerte berechnet werden. Damit wird eine Ermittlung des Schwellwertes zum Umschalten von einem Übertragungsmodus auf einen anderen Übertragungsmodus wesentlich vereinfacht. An expedient development of the method according to the invention also provides for the predetermined threshold value to be determined as the mean value of all threshold values determined for the respectively used transmission modes. If, for example, a very large number of transmission modes are made available by a transmission method, it may be simpler to determine a common threshold value for all transmission modes. This threshold value can then be calculated as an average over all individually determined threshold values. This considerably simplifies determination of the threshold value for switching from one transmission mode to another transmission mode.
Bei einer bevorzugten Fortbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass bei einer von der Mastereinheit ermittelten, aktuellen Paketzustellrate im Beobachtungsfenster oder während einer vorgegebenen Anzahl an Beobachtungsfenstern, von welcher ein vorgegebenen Zustellratenwert über stiegen oder erreicht wird, ein nächsthöherer Übertragungsmo dus mit einer höheren Übertragungsrate gewählt wird. Dabei wird die aktuell, ermittelte Paketzustellrate beispielsweise mit einem vorgegebenen Zustellratenwert verglichen, wobei dieser Zustellratenwert z.B. einer aktuelle Paketzustellrate von fast 100% oder 99% für ein Umschalten auf den nächsthöhe ren Übertragungsmodus vorgeben kann. Damit kann auf einfache Weise durch die Wahl eines höheren Übertragungsmodus der Datendurchsatz gesteigert werden. Wie während des gesamten erfindungsgemäßen Verfahrens - insbesondere bei der Ermittlung der Paketzustellrate - wird auch nach dem Umstellen auf den höheren Übertragungsmodus die zu übertragenden Datenpakete auf fehlerfreie Übertragung überwacht. Ist ein erstes Datenpaket nach dem Umstellen fehlerhaft, so kann beispielsweise von der Mastereinheit wieder auf den alten Übertragungsmodus zurückgeschaltet werden. Bei jedem weiteren fehlerhaften Paketzustellversuch kann dann beispielsweise auf einen robuste ren Übertragungsmodus umgeschaltet werden. In a preferred development of the method according to the invention, it is provided that in one of the master unit determined, actual parcel delivery rate in the observation window or during a predetermined number of observation windows, from which a predetermined Zustellratenwert is exceeded or reached, a next higher transfer mode is selected with a higher transmission rate. In this case, the currently ascertained parcel delivery rate is compared, for example, with a predetermined delivery rate value, whereby this delivery rate value can specify, for example, a current parcel delivery rate of almost 100% or 99% for switching to the next higher transmission mode. This can be increased in a simple manner by choosing a higher transmission mode, the data throughput. As during the entire method according to the invention-in particular when determining the packet delivery rate-the data packets to be transmitted are monitored for error-free transmission even after switching to the higher transmission mode. If a first data packet is defective after the changeover, the master unit can, for example, switch back to the old transmission mode. For each further erroneous parcel delivery attempt can then be switched, for example, a robust ren transmission mode.
Es ist auch vorteilhaft, wenn als Übertragungsmedium ein Funkkanal, ein so genannter Powerline-Communication-Kanal und/oder ein Unterwasser-Kanal (z.B. Seekabel, etc.) eingesetzt werden. Bei einer Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens in diesen Übertragungsmedien kann sehr rasch auf zeitliche Schwankungen in der Übertragungsqualität und Verän derungen der Bedingungen im Übertragungsmedium reagiert werden, wodurch ein Datendurchsatz im jeweiligen Übertragungsme dium bzw. Kommunikationsnetz erhöht wird. Weiterhin können beispielsweise vorhandene Ressourcen - wie z.B. ein Energieversorgungsnetz bei Smart-Meter- oder Energieautomatisierungsanwendungen mittels Powerline-Communication - für eine möglichst fehlerfreie Datenübertragung eingesetzt werden. It is also advantageous if a radio channel, a so-called powerline communication channel and / or an underwater channel (for example submarine cable, etc.) are used as the transmission medium. In an application of the method according to the invention in these transmission media can be reacted very quickly to temporal variations in the transmission quality and changes in the conditions in the transmission medium, whereby a data throughput in the respective Übertragungsme medium or communication network is increased. Furthermore, for example, existing resources - such as e.g. an energy supply network for smart meter or energy automation applications using powerline communication - for the most error-free data transmission possible.
Kurzbeschreibung der Zeichnung Die Erfindung wird nachfolgend schematisch in beispielhafter Weise anhand der beigefügten Figur erläutert. Figur 1 zeigt dabei schematisch einen beispielhaften Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Anpassung einer Übertragungsrate auf einer physikalischen Schicht in einem Kommunikationsnetz. Brief description of the drawing The invention is explained schematically below by way of example with reference to the attached figure. FIG. 1 schematically shows an exemplary sequence of the method according to the invention for adapting a transmission rate on a physical layer in a communication network.
Ausführung der Erfindung Embodiment of the invention
Figur 1 zeigt in schematischer Weise einen beispielhaften Ablauf eines Verfahrens zur Anpassung einer Übertragungsrate in einem Kommunikationsnetz, welches nach dem Master-Slave- Prinzip aufgebaut ist. Die Anpassung wird dabei auf der so genannten physikalischen Schicht oder Bitübertragungsschicht des so genannten OSI-Modells durchgeführt. Die Datenübertragung zwischen den Einheiten des Kommunikationsnetzes wird von zumindest einer Mastereinheit gesteuert. Das Kommunikationsnetz, bei welchen als Übertragungsmedium z.B. Funkverbindungen, die so genannte Powerline Communication oder Unterwas- serverbindungen/-kabel verwendet werden, weist zeitlich rasch ändernden Übertragungsverhältnissen wie z.B. zeitlich schwankende Störungen, etc. auf. FIG. 1 schematically shows an exemplary sequence of a method for adapting a transmission rate in a communication network, which is constructed according to the master-slave principle. The adaptation is carried out on the so-called physical layer or physical layer of the so-called OSI model. The data transmission between the units of the communication network is controlled by at least one master unit. The communication network in which the transmission medium is e.g. Radio connections, the so-called powerline communication or underwater connections / cables are used, has temporally rapidly changing transmission conditions such. temporally fluctuating disturbances, etc. on.
Es ist beispielsweise möglich, dass erfindungsgemäße Verfahren für so genannte Smart-Metering-Anwendungen oder Energieautomatisierungsanwendungen in einem Energieversorgungsnetz anzuwenden. Dabei werden z.B. im Energieversorgungsnetz angebrachte Einheiten (z.B. intelligente Zähler, Messeinheiten, etc.) von zumindest einer zentralen Mastereinheit (z.B. For example, it is possible to apply the inventive method for so-called smart metering applications or energy automation applications in a power supply network. In doing so, e.g. units installed in the power grid (e.g., smart meters, meter units, etc.) from at least one central master unit (e.g.
Datenkonzentrator, Zentraleinheit, etc.) gesteuert und diese zumindest eine zentrale Mastereinheit ist für die Steuerung der Datenübertragung verantwortlich. Als Kommunikationsnetz für derartige Anwendungen wird beispielsweise das Energieversorgungsnetz selbst herangezogen, über welches mittels so genannter Powerline Communication die Daten (-pakete) übertragen werden. Es ist aber auch möglich, dass eine Kommunikation zwischen der zumindest einen zentralen Mastereinheit und den Einheiten im Energieversorgungsnetz zumindest teilweise per Funk durchgeführt wird. Für die Datenübertragung von z.B. Messdaten, etc. ist einen möglichst fehlerfrei und rasche Übertragung notwendig. Data concentrator, central processing unit, etc.) controlled and this at least one central master unit is responsible for the control of data transmission. As a communication network for such applications, for example, the power grid itself is used, via which the data (packets) are transmitted by means of so-called powerline communication. But it is also possible that a communication between the at least one central master unit and the units in the power grid is at least partially performed by radio. For the data transmission of eg Measurement data, etc. is a possible error-free and rapid transmission necessary.
Das erfindungsgemäße Verfahren beginnt mit einem Startschritt 1. In einem zweiten Verfahrensschritt 2 wird von der zumindest einen zentralen Mastereinheit des Kommunikationsnetzes kontinuierlich in einem Beobachtungsfenster eine Anzahl an erfolgreich zugestellten Datenpaketen beobachtet. Das Beobachtungsfenster wird dabei durch eine Anzahl an Paketzustellversuchen festgelegt. Aus der Anzahl an Paketzustellversuchen und erfolgreich zugestellten Datenpaketen wird dann im zweiten Verfahrensschritt 2 von der zumindest einen zentralen Mastereinheit eine aktuelle Paketzustellrate ermittelt, wobei die Paketzustellrate beispielsweise als Anzahl der erfolgreich bzw. fehlerfrei zugestellten Paket dividiert durch die Anzahl an Paketzustellversuche im Beobachtungsfenster berechnet wird. The method according to the invention begins with a starting step 1. In a second method step 2, a number of successfully transmitted data packets are continuously observed by the at least one central master unit of the communication network in an observation window. The observation window is determined by a number of parcel delivery attempts. From the number of parcel delivery attempts and successfully delivered data packets, in the second method step 2 the at least one central master unit determines a current parcel delivery rate, the parcel delivery rate being calculated, for example, as the number of successfully delivered packets divided by the number of parcel delivery attempts in the observation window.
Im zweiten Verfahrensschritt 2 wird während einer Berechnung der aktuellen Paketzustellrate auch die Anzahl von aufeinanderfolgenden, fehlerhaften Paketzustellungen protokolliert. Diese Anzahl von aufeinanderfolgenden, fehlerhaften Paketzustellungen wird dann laufend mit einer vorgegebenen Anzahl an aufeinanderfolgenden, nicht zugestellten Paketen von der zentralen Mastereinheit verglichen. Wird dabei von der zentralen Mastereinheit festgestellt, dass die vorgegebene Anzahl an aufeinanderfolgenden, nicht zugestellten Paketen erreicht worden ist, so wird sofort auf einen robusteren Übertragungsmodus umgeschaltet, um z.B. zu große Datenverluste, etc. zu verhindern und rasch auf eine Änderung in der Übertragungsqualität zu reagieren. In the second method step 2, during a calculation of the current parcel delivery rate, the number of consecutive erroneous parcel deliveries is also logged. This number of consecutive erroneous parcel deliveries is then continually compared to a predetermined number of consecutive undelivered parcels from the central master unit. If it is determined by the central master unit that the predetermined number of consecutive, undelivered packets has been reached, it is immediately switched to a more robust transmission mode, e.g. To prevent large data losses, etc. and to respond quickly to a change in the transmission quality.
In einem dritten Verfahrensschritt 3 wird die aktuelle Paketzustellrate von der zentralen Mastereinheit mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen. Dieser Schwellwert kann z.B. bei einem Übertragungsverfahren mit wenigen Übertragungsmodi für jeden Übertragungsmodus vorgegeben werden. Die jeweiligen Schwellwerte können dabei beispielsweise aus einer Gegenüber- Stellung von PaketZustellwahrscheinlichkeiten und einem Paketdurchsatz für die jeweiligen Übertragungsmodi abgeleitet werden. Aus einer derartigen Gegenüberstellung können dann Schwellwerte für ein Ändern des Übertragungsmodus ermittelt werden. Dabei kann z.B. ersichtlich gemacht werden, ab welcher Paketzustellwahrscheinlichkeit beispielsweise ein Paketdurchsatz eines robusteren Übertragungsmodus größer ist als beim nächst höheren Übertragungsmodus. Zum Ableiten des Schwellwertes für die Übertragungsmodi können aber auch ein Signal-Rausch-Verhältnis oder eine Bitfehlerrate herangezogen werden - sofern diese von der physikalischen Schicht zur Verfügung gestellt werden. Wird ein Übertragungsverfahren eingesetzt, von welchem viele verschiedenen Übertragungsmodi zur Verfügung stellt werden, so kann als vorgegebener Schwellwert ein Mittelwert aus allen Schwellwerten der jeweils verfügbaren Übertragungsmodi genutzt werden. In a third method step 3, the current parcel delivery rate is compared by the central master unit with a predetermined threshold value. This threshold value can be specified, for example, in a transmission method with few transmission modes for each transmission mode. The respective threshold values can be determined, for example, from a counterpart Position of PaketTustelllichkeiten and a packet throughput for the respective transmission modes are derived. Threshold values for changing the transmission mode can then be determined from such a comparison. For example, it can be made clear from which parcel delivery probability, for example, a packet throughput of a more robust transmission mode is greater than in the next higher transmission mode. For deriving the threshold value for the transmission modes, however, it is also possible to use a signal-to-noise ratio or a bit error rate - if these are provided by the physical layer. If a transmission method is used, from which many different transmission modes are provided, a mean value of all threshold values of the respectively available transmission modes can be used as the predetermined threshold value.
Wird beim Vergleich des vorgegebenen Schwellwerts für den aktuellen Übertragungsmodus mit der aktuellen Paketzustellrate im dritten Verfahrensschritt 3 festgestellt, dass der vorgegebene Schwellwert von der aktuellen Paketzustellrate überschritten wird, so wird im vierten Verfahrensschritt 4 der aktuelle Übertragungsmodus vorerst beibehalten. Danach können beispielsweise für das nächsten Beobachtungsfenster der zwei- te und dritte Verfahrensschritt 2, 3 wiederholt werden, um in der Zwischenzeit auftretende Störungen im Übertragungsmedium feststellen und die Übertragungsrate entsprechend anzupassen zu können . Wird im dritten Verfahrensschritt 3 beim Vergleich der aktuellen Paketzustellrate mit dem vorgegebenen Schwellwert für den aktuellen Übertragungsmodus allerdings festgestellt, dass der vorgegebenen Schwellwert von der aktuellen Paketzustellrate unterschritten wird (d.h. es wird ein zu geringe Anzahl an Datenpaketen fehlerfrei übertragen) , so wird in einem fünften Verfahrensschritt 5 der Übertragungsmodus von der zentralen Mastereinheit geändert. Es wird der Übertragungsmodus auf einen nächst niedrigeren, robusteren Übertragungsmo- dus umgestellt, welcher eine geringere Übertragungsrate, aber einen höhere Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Paketzustellung aufweist. Danach können beispielsweise wieder der zweite und dritte Verfahrensschritt 2, 3 für das nächste Beobachtungsfenster ausgeführt werden und es kann der Übertragungsmodus noch weiter angepasst werden, falls stärkere Störungen im Übertragungsmedium aufgetreten sind. If, in the comparison of the predetermined threshold value for the current transmission mode with the current parcel delivery rate, it is determined in the third method step 3 that the predefined threshold value is exceeded by the current parcel delivery rate, then in the fourth method step 4 the current transmission mode is maintained for the time being. Thereafter, for example, for the next observation window, the second and third process steps 2, 3 can be repeated in order to detect disturbances in the transmission medium occurring in the meantime and to be able to adapt the transmission rate accordingly. If, however, it is determined in the third method step 3 when comparing the current packet delivery rate with the predetermined threshold value for the current transmission mode that the predetermined threshold value is undershot from the current packet delivery rate (ie a too small number of data packets is transmitted without error), then in a fifth Step 5, the transmission mode of the central master unit changed. The transmission mode is switched to a next lower, more robust transmission mode. converted, which has a lower transmission rate, but a higher probability of successful parcel delivery. After that, for example, the second and third method steps 2, 3 can again be carried out for the next observation window, and the transmission mode can be further adapted if stronger interference has occurred in the transmission medium.
In einem sechsten Verfahrensschritt 6 kann überprüft werden, ob die aktuelle, von der Mastereinheit ermittelte Paketzustellrate ein vorgegebener Zustellratenwert (z.B. annähernd 100%, 99% oder 98%) im Beobachtungsfenster aufweist oder übersteigt - d.h. fast alle Paketzustellversuche innerhalb des Beobachtungsfensters sind erfolgreich. Alternativ kann auch eine Anzahl von Beobachtungsfenster vorgegeben werden, innerhalb der geprüft wird, ob die ermittelte Paketzustellrate einen vorgegebener Zustellratenwert (z.B. annähernd 100%, 99% oder 98%) erreicht oder übersteigt. Wird der vorgegebene Zustellratenwert nicht erreicht, so kann z.B. in einem siebenten Verfahrensschritt 7 der aktuelle Übertragungsmodus beibehalten werden, und dann wieder der zweite und dritte Verfahrensschritt 2, 3 für das nächste Beobachtungsfenster durchgeführt werden, um festzustellen, ob der aktuelle Übertragungsmodus für die aktuellen Übertragungsverhältnisse noch passend ist. In a sixth method step 6 it can be checked whether the current package delivery rate determined by the master unit has or exceeds a predetermined delivery rate value (for example approximately 100%, 99% or 98%) in the observation window. almost all parcel delivery attempts within the observation window are successful. Alternatively, a number of watch windows may be specified within which it is checked whether the determined packet delivery rate reaches or exceeds a predetermined delivery rate value (e.g., approximately 100%, 99%, or 98%). If the predetermined delivery rate value is not reached, e.g. in a seventh method step 7, the current transmission mode is maintained, and then again the second and third method steps 2, 3 are performed for the next observation window to determine whether the current transmission mode is still suitable for the current transmission conditions.
Wird im sechsten Verfahrensschritt 6 festgestellt, dass eine aktuelle Paketzustellrate einen vorgegebenen Zustellratenwert erreicht oder sogar übersteigt (z.B. die aktuelle Paketzustellrate erreicht oder übersteigt einen Zustellratenwert von z.B. annähernd 100% oder z.B. 99%), so kann beispielsweise in einem achten Verfahrensschritt 8 auf einen nächst höheren Übertragungsmodus mit einer höheren Übertragungsrate umgeschaltet werden - sofern vom verwendeten Übertragungsverfahren noch ein höherer Übertragungsmodus zur Verfügung gestellt wird . If it is determined in the sixth method step 6 that a current parcel delivery rate reaches or even exceeds a predefined delivery rate value (eg the actual parcel delivery rate reaches or exceeds a delivery rate value of, for example, approximately 100% or eg 99%), then in an eighth method step 8, one can proceed to the next higher transmission mode with a higher transmission rate are switched - provided by the transmission method used, a higher transmission mode is still available.
Nach dem Umstellen des Übertragungsmodus wird - wie während des gesamten erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. wie auch bei der Ermittlung der Paketzustellrate - von der zentralen Mastereinheit z.B. die Datenübertragung auf fehlerhafte Datenpakete geprüft. Ist z.B. ein erstes Datenpaket nach dem Umstellen auf den schnelleren bzw. höheren Übertragungsmodus feh- lerhaft übertragen worden ist, so kann wird auf den ursprünglichen langsameren Übertragungsmodus zurückgestellt werden. Wird beispielsweise nach dem Zurücksetzen des Übertragungsmodus in den ursprünglichen, langsameren Übertragungsmodus zumindest ein fehlerhaftes Datenpaket festgestellt, so kann z.B. ein noch robusterer Übertragungsmodus gewählt werden, um die Beeinflussung der Datenübertragung durch auftretende Störungen zu reduzieren. Das Umschalten in einen robusteren Übertragungsmodus kann dabei z.B. solange fortgesetzt werden, bis eine optimale Übertragung - d.h. eine möglichst hohe An- zahl an fehlerfrei übertragenen Datenpaketen - erreicht worden ist. After switching the transmission mode is - as during the entire process of the invention or as well as at the determination of the parcel delivery rate - by the central master unit eg the data transfer to faulty data packets checked. If, for example, a first data packet has been transmitted incorrectly after switching to the faster or higher transmission mode, then it can be reset to the original, slower transmission mode. If, for example, after resetting the transmission mode to the original, slower transmission mode, at least one erroneous data packet is detected, then, for example, an even more robust transmission mode can be selected in order to reduce the influence on the data transmission due to interference occurring. Switching to a more robust transmission mode can be continued, for example, until an optimal transmission - ie, the highest possible number of data packets transmitted without errors - has been achieved.
Ein derartige Prüfung einer Datenpaketübertragung kann allerdings auch nach dem vierten, fünften oder sechsten Verfah- rensschritt 4, 5, 6 durchgeführt werden, um die Übertragungsrate optimal an die aktuellen Übertragungsbedingungen im Übertragungsmedium anzupassen. However, such a check of a data packet transmission can also be carried out after the fourth, fifth or sixth procedural step 4, 5, 6 in order to optimally adapt the transmission rate to the current transmission conditions in the transmission medium.
Werden nach einer Umstelllung des Übertragungsmodus auf den nächst höheren im achten Verfahrensschritt 8 keine fehlerhaften Datenpakete festgestellt, so kann z.B. für das nächste Beobachtungsfenster wieder mit dem zweiten und dritten Verfahrensschritt 2, 3 fortgesetzt werden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren kann die Übertragungsrate durch entsprechendes Einstellen eines Übertragungsmodus durch die zentrale Mastereinheit an alle Bedingungen im Übertragungsmedium angepasst werden. Wenn starke Störungen im Übertragungsmedium auftreten, wird vom zentralen Master mit- tels des erfindungsgemäßen Verfahrens ein langsamer, aber robuster (wenig störungsanfälliger) Übertragungsmodus gewählt. Verbessern sich die Bedingungen im Übertragungsmedium, so kann von der zentralen Mastereinheit durch das erfindungsge- mäße Verfahren auf einen schnelleren Übertragungsmodus mit einer höheren Übertragungsrate umgeschaltet werden. Auf diese Weise werden durch das erfindungsgemäße Verfahren der Datendurchsatz im Kommunikationsnetz erhöht und die verfügbaren Ressourcen besser ausgenutzt. If no erroneous data packets are detected after a changeover of the transmission mode to the next higher in the eighth method step 8, then, for example, the second and third method step 2, 3 can be continued for the next observation window. By means of the method according to the invention, the transmission rate can be adapted to all conditions in the transmission medium by appropriately setting a transmission mode by the central master unit. If strong disturbances occur in the transmission medium, a slower but more robust (less susceptible to interference) transmission mode is selected by the central master by means of the method according to the invention. If the conditions in the transmission medium improve, then the central master unit can be replaced by the invention. appropriate method to a faster transfer mode with a higher transfer rate can be switched. In this way, the data throughput in the communication network is increased by the inventive method and the available resources are better utilized.

Claims

Patentansprüche claims
Verfahren zur Anpassung einer Übertragungsrate auf der physikalischen Schicht in einem Kommunikationsnetz nach dem so genannten Master-Slave-Prinzip, in welchem eine Datenübertragung von zumindest einer zentralen Mastereinheit gesteuert wird, und in welchem ein Übertragungsmedium sich zeitlich rasch ändernde Übertragungsverhältnisse aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass von der zumindest einen zentralen Mastereinheit für ein Beobachtungsfenster, welches durch eine vorgegebene Anzahl an Paketzustellversuchen definiert wird, eine aktuelle Paketzustellrate ermittelt wird (1, 2), dass die aktuelle Paketzustellrate mit einem vorgegebenen Schwellwert verglichen wird (3) , dass dann bei Unterschreiten des vorgegebenen Schwellwerts ein aktueller Übertragungsmodus auf einen robusteren Übertragungsmodus mit einer geringeren Übertragungsrate umgestellt wird (5), und dass bei Überschreiten des vorgegebenen Schwellwertes der aktuelle Übertragungsmodus beibehalten wird (4) . Method for adapting a transmission rate on the physical layer in a communication network according to the so-called master-slave principle in which a data transmission is controlled by at least one central master unit, and in which a transmission medium has temporally rapidly changing transmission ratios, characterized in that of the at least one central master unit for an observation window, which is defined by a predetermined number of parcel delivery attempts, a current parcel delivery rate is determined (1, 2) that the current parcel delivery rate is compared with a predetermined threshold value (3), which then falls below the predetermined threshold, a current transmission mode is switched to a more robust transmission mode with a lower transmission rate (5), and that when exceeding the predetermined threshold, the current transmission mode is maintained (4).
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet dass die aktuelle Paketzustellrate von der zumindest ei nen Mastereinheit aus der Anzahl an Paketzustellversuchen und einer Anzahl an erfolgreich zugestellten Datenpaketen im Beobachtungsfenster ermittelt wird (2) . Method according to claim 1, characterized in that the current parcel delivery rate of the at least one master unit is determined from the number of parcel delivery attempts and a number of successfully delivered data packets in the observation window (2).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass während einer Ermittlung der aktuellen Paketzustellrate von der zumindest einen Mastereinheit weiterhin eine Anzahl von aufeinanderfolgenden, fehlerhaften Paketzustellversuchen protokolliert und mit einer vorgegebenen Anzahl an aufeinanderfolgenden, nicht zugestellten Paketen verglichen wird (2) . A method according to any one of claims 1 to 2, characterized in that during a determination of the current parcel delivery rate from the at least one master unit, a number of consecutive erroneous parcel delivery attempts are further logged and compared with a predetermined number of consecutive undelivered parcels (2).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für jeden Übertragungsmodus ein Schwellwert zum Umschalten des Übertragungsmodus vor- gegebenen wird, welcher aus einer Gegenüberstellung von Paketzustellratewahrscheinlichkeiten und Paketdurchsatz für die jeweils verwendeten Übertragungsmodi abgeleitet wird (3) . Method according to one of Claims 1 to 3, characterized in that a threshold value for switching the transmission mode is present for each transmission mode. which is derived from a comparison of packet delivery rate probabilities and packet throughput for the respective transmission modes used (3).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass für die Ermittlung des vorge gebenen Schwellwertes für eine Übertragungsrate als Para meter eine Signal-Rausch- erhältnis oder eine Bitfehlerrate herangezogen wird (3) . Method according to one of Claims 1 to 3, characterized in that a signal-noise ratio or a bit error rate is used as the parameter for determining the predetermined threshold value for a transmission rate (3).
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der vorgegebene Schwellwert als Mittelwert aus allen Schwellwerten für die jeweils verwendeten Übertragungsmodi bestimmt wird (3) . Method according to one of claims 1 to 5, characterized in that the predetermined threshold value is determined as an average value of all threshold values for the respectively used transmission modes (3).
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer von der Mastereinheit ermittelten, aktuellen Paketzustellrate im Beobachtungsfenster oder während einer vorgegebenen Anzahl an Beobachtungsfenstern, von welcher ein vorgegebenen Zustellratenwert überstiegen oder erreicht wird, ein nächsthöherer Übertragungsmodus mit einer höheren Übertragungsrate für die Datenübertragung gewählt wird (6, 8) . Method according to one of the preceding claims, characterized in that at a determined by the master unit, the current parcel delivery rate in the observation window or during a predetermined number of observation windows, of which a predetermined Zustellratenwert exceeded or reached, a next higher transmission mode with a higher transmission rate for data transmission is chosen (6, 8).
Verfahren nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Übertragungsmedi um ein Funkkanal, ein so genannter Powerline- Communication-Kanal und/oder ein Unterwasserkabel eingesetzt werden. Method according to one of the preceding claims, characterized in that are used as Übertragungsmedi to a radio channel, a so-called powerline communication channel and / or an underwater cable.
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