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Die
Anmeldung steht in Zusammenhang mit der am 2. November 2000 eingereichten
vorläufigen US-Patentanmeldung
mit der Seriennr. 60/245,546 auf "Method to dynamically adapt both modifiable
and non-modifiable parameters of a wireless data network"; der am 2. November
2000 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung mit
der Seriennr. 60/245,646 auf "Automated
method to dynamically change channels in a wireless data network"; und der am 5. März 2001
eingereichten US-Patentanmeldung mit der Seriennr. 09/800,334 auf "Method to dynamically
change all MIB parameters of a wireless data network".
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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft Quality-of-Service-Verbesserungen in drahtlosen
LAN-Systemen, und
genauer gesagt betrifft sie Quality-of-Service-Verbesserungen am
WLAN-Standard IEEE 802.11.
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Hintergrund
der Erfindung
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Der
als IEEE 802.11 bezeichnete IEEE-Standard für drahtlose LANs sorgt für zwei verschiedene
Arten, um ein Netzwerk zu konfigurieren: ad-hoc sowie Infrastruktur.
Bei einem Ad-hoc-Netzwerk bilden Computer "im Vorbeigehen" ein Netzwerk, wobei jeder Computer
oder jede Vorrichtung gemäß 802.11,
die am Netzwerk Teil hat, Signale senden und empfangen kann. In
einem Ad-hoc-Netzwerk
existiert keine definierte Struktur; es existieren keine festen
Punkte; außerdem
kann jeder Knoten im Netzwerk mit jedem anderen Knoten im Netzwerk
kommunizieren. Obwohl es scheint, dass es schwierig ist, in diesem
Typ von Netzwerk die Ordnung aufrecht zu erhalten, stehen ausreichend
Algorithmen, wie der Spokesman-Election-Algorithm (SEA), zur Verfügung, und
sie werden spezifiziert, um eine Maschine als Basisstation, oder
Hauptstation, des Netzwerks "auszuwählen", wobei die anderen
Maschinen "Unterstationen" sind. Ein anderer
Algorithmus in einem Ad-hoc-Netzwerk verwendet ein Rundübertragungs-
und Überflutungsverfahren
für alle
anderen Knoten, um für
Identität
aller Knoten im Netzwerk zu sorgen.
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Die
Infrastrukturarchitektur sorgt für
feste Netzwerkzugangspunkte für
Kommunikationsvorgänge
mit mobilen Knoten. Diese Netzwerk-Zugangspunkte (APs) sind manchmal
mit an Land verlegten Leitungen verbunden, um die Fähigkeit
des LAN zu erweitern, drahtlose Knoten mit anderen, leitungsgebundenen
Knoten brückenartig
zu verbinden. Wenn Dienstgebiete überlappen, können zwischen
drahtlosen LANs Übergaben
erfolgen. Diese Struktur ist derjenigen sehr ähnlich, wie sie bei Zellennetzwerken
verwendet wird.
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Der
Standard IEEE 802.11 legt den Parametern sowohl der physikalischen
(PHY) als auch der Mediumszugangssteuerungs(MAC)-Ebene des Netzwerks
Spezifikationen auf. Die PHY-Ebene, die tatsächlich die Übertragung von Daten zwischen
Knoten handhabt, kann entweder ein Direktsequenz-Spreizspektrum,
ein Frequenzhopping-Spreizspektrum oder Infrarot(IR)-Impulspositionsmodulation
verwenden. IEEE 802.11 macht Vorgaben für Datenraten bis zu 11 Mbps,
und, im Fall einer Spreizspektrumsübertragung, ist ein Betrieb im
Frequenzband von 2,4–2,4835
GHz erforderlich, wobei es sich um ein nicht lizensiertes Band für Industrie-, wissenschaftliche
und Medien(ISM)anwendungen handelt; außerdem im Frequenzband von
300–428000
GHz für
IR-Übertragung.
Infrarot wird allgemein als abhörsicherer
angesehen, da IR-Übertragungen
absolut Direktsicht-Übertragungsstrecken
benötigen,
d.h., es ist keine Übertragung
außerhalb
eines einfach verbundenen Raums oder um Ecken herum möglich, im
Gegensatz zu Funkfrequenzübertragungen,
die Wände
durchdringen können
und in unbekannter Weise von Dritten abgefangen werden können. Jedoch
können
Infrarotübertragungen
durch Sonnenlicht nachteilig beeinflusst werden, und das Spreizspektrumsprotokoll
gemäß 802.11 sorgt
für eine
gewisse rudimentäre
Sicherheit für
typische Datenübertragungen.
Die physikalische Ebene (PHY) gemäß 802.11b sorgt für Datenraten
bis zu 11 Mbps, wozu eine Vorgehensweise unter Verwendung eines
Direktsequenz-Spreizspektrums (DSSS) verwendet wird; außerdem sorgt
802.11a für
Datenraten bis zu 54 Mbps unter Verwendung einer Vorgehensweise
mit orthogonalem Frequenzmultiplex (OFDM).
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Die
MAC-Ebene verfügt über einen
Satz von Protokollen, der dafür
zuständig
ist, beim Gebrauch eines gemeinsam genutzten Mediums die Ordnung
aufrecht zu erhalten. Der Standard 802.11 spezifiziert ein Protokoll
eines Trägererfassungs-Mehrfachzugangs
mit Kollisionsvermeidung (CSMA/CA = Carrier Sense Multiple Access
with Collision Avoidance). Wenn bei diesem Protokoll ein Knoten
ein zu übertragendes
Paket empfängt,
führt er
erst einen Abhörvorgang
aus, um sicher zu stellen, dass kein anderer Knoten sendet. Wenn
der Kanal frei ist, sendet er das Paket. Andernfalls wählt er einen
zufälligen "Zurücksetzfaktor", der die Zeitspanne bestimmt,
für die
der Knoten warten muss, bis er sein Paket senden darf. Während Perioden,
in denen der Kanal frei ist, dekrementiert der sendende Knoten seinen
Zurücksetzzähler. Wenn
der Kanal belegt ist, dekrementiert er seinen Zurücksetzzähler nicht.
Wenn der Zurücksetzzähler Null
erreicht, sendet der Knoten das Paket. Da die Wahrscheinlichkeit
klein ist, dass zwei Knoten denselben Zurücksetzfaktor wählen, werden
Kollisionen zwischen Paketen minimiert. Kollisionserfassung, wie
sie im Ethernet® verwendet
wird, kann für
Funkfrequenzübertragungen
gemäß IEEE 802.11
nicht verwendet werden, da dann, wenn ein Knoten sendet, er keinen
anderen Knoten im System hören
kann, der u.U. sendet, da sein eigenes Signal alle anderen an ihm
eintreffenden Signale blockiert. Immer dann, wenn ein Paket zu senden
ist, kann der sendende Knoten als Erstes ein kurzes Ready-to-Send(RTS)-Paket
herauspicken, das Information zur Paketlänge enthält. Wenn der empfangende Knoten
das RTS hört,
reagiert er mit einem kurzen Clear-to-Send(CTS)-Paket. Nach diesem
Austausch schickt der sendende Knoten ein Paket. Wenn das Paket
erfolgreich empfangen wird, wie es durch eine Prüfung auf zyklische Redundanz
(CRC) ermittelt wird, sendet der empfangende Knoten ein Bestätigungs(ACK)paket.
Dieser Vorwärts-Rückwärts-Austausch
ist erforderlich, um das Problem eines "versteckten Knotens" zu vermeiden, d.h., dass ein Knoten
A mit einem Knoten B kommunizieren kann und der Knoten B mit einem
Knoten C kommunizieren kann, jedoch der Knoten A nicht mit dem Knoten
C kommunizieren kann. So kann z.B., obwohl der Knoten A den Kanal
als frei erkennen kann, tatsächlich
der Knoten C an den Knoten B senden. Das oben beschriebene Protokoll
informiert den Knoten A darüber,
dass der Knoten B beschäftigt ist
und dass er warten muss, bevor er sein Paket sendet.
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Obwohl
802.11 eine zulässige
Maßnahme
für drahtlose
Datenübertragung
bildet, wurden einige Verbesserungen daran vorgeschlagen. Es wird
erwartet, dass die Verwendung drahtloser LANs in der Zukunft dramatisch
zunimmt, wenn Firmen die verbesserte Produktivität und die erhöhte Mobilität erkennen,
für die
drahtlose Kommunikationsvorgänge
sorgen können.
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Der
Standard IEEE 802.11 (1999) für
drahtlose Lokalgebietsnetze (WLAN) unterstützt in seiner MAC-Ebene keine
Quality-of-Service(QoS)-Verkehrszustellung. Es ist wünschenswert,
für eine
Quality-of-Service-Verkehrszustellung für WLAN-Systeme gemäß dem Standard
IEEE 802.11 zu sorgen, um die Kommunikationszuverlässigkeit
für Vorrichtungen
gemäß 802.11
zu verbessern.
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Es
existiert ein Vorschlag einer 802.11-Taskgruppe e (Tge) zur Unterstützung von
QoS-Verbesserungen. Virtuelle Ströme mit QoS-Paramterwerten,
einschließlich
Priorität,
Datenrate, Verzögerungsgrenzen
und Jittergrenzen, werden unterstützt. Der Vorschlag nutzt eine
verbesserte Punktkoordinator(PC)funktion (EPCF) mit dem Merkmal
einer zentralisierten Verfügbarkeitssteuerung
zum Senden von Reservierungs-Anforderungsrahmen, um neue Bandbreitenzuordnungen
anzufordern. Es werden einige neue Daten- und Verwaltungsrahmen
verwendet. Es sind neue Bestätigungsvorgehensweisen,
direkte Übertragung
von Station zu Station, eine Basic-Service-Set(BSS)-Überlappungsverwaltung
sowie dynamische, drahtlose Repeaterfunktionen enthalten. Dieser
Vorschlag erfordert eine Modifizierung des vorhandenen Standards
802.11, und er unterstützt
u.U. keine 802.11-Legacyvorrichtungen, oder wird von diesen unterstützt.
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Der
einschlägige
IEEE-Standard ist in ISO/IEC 8802:1999(E) IEEE Std 802.11, 1999
Edition, International Standard [for] Information Technology – Telecommunications
and information exchange between systems-Local and metropolitan
area networks – Specific
Requirements – Part
11: Wireless LAN Medium Access Control (MAC) and Physical Layer
(PHY) Specifications dargelegt.
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In
den folgenden Literaturstellen sind QoS-Punkte erörtert:
Im
US-Patent Nr. 6,049,549, das am 11. April 2000 für Ganz et al. auf "Adaptive medium control" erteilt wurde, ist
eine Vorgehensweise betreffend QoS mit einem Rundabfragemanager,
der eine "Just in
Time"-Rundabfrage auf
Grundlage zugeordneter Bandbreite verwendet, und einen Ressourcenmanager,
der für
eine Zugangssteuerung sorgt und Netzwerkressourcen zuordnet, beschrieben.
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Im
US-Patent Nr. 5,970,062, das am 19. Oktober 1999 für Bauchot
auf "Method and
apparatus for providing wireless access to an ATM network" erteilt wurde, ist
eine ATM-MAC-Vorgehensweise für
QoS beschrieben.
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Im
US-Patent Nr. 5,787,080, das am 28. Juli 1998 für Hulyalkar et al. auf "Method and apparatus
for reservation-based wireless ATM local area network" erteilt wurde, ist
ein mobiles, drahtloses QoS-Verfahren mit MAC-Prioritätszuteilung auf Reservierungsbasis
zur Verwendung bei automatischen Kassengeräten beschrieben. Die Techniken
sind nicht mit Paketdaten-WLANs kompatibel.
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Im
US-Patent Nr. 5,745,480, das am 28. April 1998 für Behtash et al. auf "Multi-rate wireless
communications system" erteilt
wurde, ist ein QoS mit Kommunikationsaushandlung zur Verwendung
bei einem drahtlosen Funksystem beschrieben, das dadurch gebildet
ist, dass die zum Zuordnen der gewünschten Bandbreite verwendete
Codierung direkt modifiziert wird, jedoch ist ein derartiges System
nicht mit Paketdaten-WLANs kompatibel.
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Weitere
Information zum Stand der Technik findet sich in der Veröffentlichung
von Crow, B. P. et al., "IEEE
802.11 Wireless Local Area Networks," IEEE Communications Magazine, IEEEService
Center, Piscataway, N.J., USA, Vol. 35, Nr. 9, 1. September 1997,
Seiten 116–126,
XP000704431, ISSN: 0163-6804, die vom Europäischen Patentamt dahingehend
interpretiert wurde, dass sie ein Prioritätszuteilungsverfahren für Kommunikation
zwischen drahtlosen Netzwerkstationen in einem Netzwerk offenbare,
mit mindestens einer drahtlosen Netzwerkstation innerhalb einer
Prioritätsgruppe
sowie unter Verwendung derselben zum Kennzeichnen von Stationen
für Kommunikation
mit Priorität.
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Ranashinghe,
R.S. et al., "Impact
of Polling Strategy on Capacity of 802.11 Based Wireless Multimedia LANs," 28. September 1999,
Seiten 96–103,
XP010354936 geben ein verteiltes, freies Warteschlangen-Bildungsschema
an, das mit dem Standard 802.11 kompatibel ist und eine Bandbreitenzuordnung
für verzögerungssensitiven
Verkehr verwalten kann.
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Crow,
B. P. et al., "Investigation
of the IEEE 802.11 Medium Access Control (MAC) Sublayer Functions," Infocom '97, Sixteenth Annual
Joint Conference of the IEEE Computer and Communications Societies, Driving
the Information Revolution, Proceedings IEEE, Kobe, Japan, 7.–11. April
1997, Los Alamitos, CA USA, IEEE Comput. Soc., USA, 7. April 1997,
Seiten 126–133,
XP010252020, ISBN: 0-88186-7780-5 erörtern Simulationen zum Funktionsvermögen der
Medium-Access-Control(MAC)-Unterebene
eines entworfenen drahtlosen Lokalgebietnetzwerks gemäß IEEE 802.11,
wobei die MAC-Unterebene aus einer verteilten Koordinatenfunktion
(DCF) und einer Punktkoordinatenfunktion (PCF) besteht.
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EP 1 117 211 gibt Verfahren
und Systeme für
Endgeräte
mit gewichteter Rundabfrage in einem drahtlosen Lokalgebietsnetzwerk
(WLAN) an, wobei Quality-of-Service(QoS)-Information
in Zusammenhang mit den WLAN-Endgeräten erhalten wird. Jedem WLAN-Endgerät kann auf
Grundlage der QoS-Information ein gewichteter Rundabfragefaktor
zugewiesen werden. Jedes WLAN-Endgerät kann während einer Übertragungsperiode
auf Grundlage des jedem WLAN-Terminal zugewiesenen gewichteten Rundabfragefaktors
einer Rundabfrage unterzogen werden.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Durch
die Erfindung ist ein Verfahren zum Bereitstellen von Quality-of-Service (QoS) in
einem drahtlosen LAN gemäß dem unabhängigen Anspruch
1 geschaffen. Bevorzugte Ausführungsformen
der Erfindung sind in abhängigen
Ansprüchen
wiedergespiegelt.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, für erweiterte Quality-of-Service
für Vorrichtungen
zu sorgen, die gemäß dem Standard
IEEE 802.11 für
drahtlose LANs arbeiten.
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Es
ist eine andere Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren für mehrstufige
Prioritätszuteilung
in einem drahtlosen LAN-Netzwerk zu schaffen.
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Diese
Zusammenfassung und Aufgaben der Erfindung sind angegeben, um für ein schnelles
Verständnis
der Art derselben zu sorgen. Ein gründlicheres Verständnis der
Erfindung kann unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung in Verbindung mit den Zeichnungen erlangt werden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Blockdiagramm eines das erfindungsgemäße verfahren enthaltenden BSS.
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2 ist
ein Flussdiagramm eines Rundabfrageliste-Algorithmus.
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Detaillierte Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Der
Standard IEEE 802.11 für
drahtlose LANs (WLANs) stellt als einzigen unterschiedlichen Dienst
die Unterscheidung Punktkoordinatorfunktion/Verteilter-Koordinator-Funktion
(PCF/DCF) zur Verfügung.
Ein unterschiedlicher Dienst in zwei Klassen kann sich auf die PCF/DCF-Unterscheidung
stützen,
und er sorgt für eingeschränkte Quality-of-Service
(QoS). Die hier offenbarte Erfindung stellt ein Verfahren bereit,
um für QoS-Verkehrsausgabe
für WLAN-PCF-Mechanismen
gemäß dem Standard
IEEE 802.11 unter Verwendung der im Standard 802.11 erstellten konkurrenzfreien
Periode (CFP = Contention Free Period) zu sorgen. Die Hauptunterscheidung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
besteht darin, dass viele Dienstklassen bereitgestellt werden können und
jeder Dienstklasse ein beliebiger Anteil der verfügbaren Sendegelegenheiten
zugewiesen werden kann.
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Der
o.g. gemeinsame Tge-Vorschlag erweitert die aktuelle Spezifikation
802.11 erheblich, um, auf Kosten einer beträchtlichen zusätzlichen
Komplexität
und eines Overheads, eine reiche QoS-Funktion mit allen Merkmalen
zu unterstützen.
Durch das erfindungsgemäße Verfahren
ist ein QoS mit differenzierten Diensten geschaffen, das eine minimale Änderung
an der aktuellen Spezifikation 802.11 erfordert und eine minimale zusätzliche
Komplexität
auferlegt. Das erfindungsgemäße Verfahren
ist einfach zu implementieren, jedoch sorgt es für eine angemessene QoS-Funktion
für viele
802.11-Anwendungen, und es unterstützt auch Legacy-Vorrichtungen.
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Ein
WLAN unter 802.11 wird über
einen Basic-Service-Set (BSS) eingerichtet. Der BSS ist das WLAN-Analogon
zu einem leitungsgebundenen Lokalgebietsnetzwerk. Eine BSS-Infrastruktur,
die üblicherweise
einfach als BSS bezeichnet wird, verfügt über einen Zugangspunkt (AP),
der als zentraler Koordinator für
den BSS dient. Ein unabhängiger
Basic-Service-Set (IBSS), wie er in einem Ad-hoc-Netzwerk verwendet wird, verfügt über keinen
AP, d.h. keinen zentralen Koordinator. Die AP-Aufgaben werden in
einem IBSS zwischen den Stationen (STAs) mit den IBSS gemeinsam
wahrgenommen. Ein BSS ist durch seinen BSS-Kennungswert (BSSID) gekennzeichnet.
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So
wie hier verwendet, bedeutet "BSS" einen Infrastruktur-BSS,
d.h. einen unabhängigen
BSS, solange nichts Anderes angegeben ist. Alle Bezugnahmen auf
Klauseln, Anhänge
und 802.11 beziehen sich auf das Dokument "Information technology – Telecommunications
and information exchange between system – Local and metropolitan area
networks – Specific
requirements – Part
11: Wire less LAN Medium Access Control (MAC) and Physical (PHY)
specifications." gemäß ISO/IEC
8802-11 (ANSI/IEEE Std 802.1) 1999.
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Gemäß 802.11
wird das Timing über
den BSS hinweg dadurch koordiniert, dass eine Rundübertragung
eines Signalisierungsrahmens mit einem spezifizierten Zeitintervall
erfolgt. Der Zeitpunkt, zu dem der Signalisierungsrahmen gesendet
werden sollte, wird als Signalisierungsrahmen-Zielsendezeit (TBTT
= Target Beacon Transmit Time) bezeichnet. Ausgewählte Signalisierungsrahmen
beinhalten ein Feld Delivery-Traffic-Indication-Message (DTIM),
das dazu verwendet wird, anhängigen
Verkehr auf stationsspezifische Weise anzuzeigen.
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Die
gesamte Zeit in einem 802.11-WLAN kann in Konkurrenzperioden (CP
= Contention Periods), zu denen mehr als eine Vorrichtung versucht,
Daten zu senden, und konkurrenzfreie Perioden (CFP), in denen keine
oder nur eine Vorrichtung versucht, Daten zu senden, unterteilt
werden. Der Zugriff auf die drahtlosen Medien wird während der
CFP durch einen zentralisierten PCF, der sich in einer AP-STA befindet,
gesteuert. Daher kann nicht mehr als ein AP in einem BSS enthalten
sein. Der Zugriff auf drahtlose Medien während einer CP verwendet eine
verteilte Konkurrenzsituationslösung
und läuft
unter DCF-Regeln.
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Der
Signalisierungsrahmen mit einem DTIM wird dazu verwendet, die CFP
zu starten. Während
der CFP fragt der PCF konkurrenzfreie, einer Rundabfrage zugängliche
(CF-abfragbare) STAs, die in der Reihenfolge der Zuordnungs-ID (AID-Reihenfolge)
aufgezeichnet sind, aus einer Rundabfrageliste ab. Der PCF unterhält die Rundabfrageliste
mit der Reihenfolge der AID-Werte, beginnend mit dem kleinsten Wert.
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Für einige
Verkehrsströme
sind geringer Jitter, geringe Verzögerungszeit und hoher Durchsatz
besonders bedeutsam. Zu Beispielen derartiger Verkehrsströme gehören interaktive
Audio- und Videoanwendungen, wie Telefonie und Videokonferenzen.
Der existierende Standard 802.11 sorgt für keine spezielle Fähigkeit,
geringen Jitter, geringe Verzögerungszeit
und hohen Durchsatz mittels einer Zweckmäßigkeitsentscheidung zu unterstützen, mit
Ausnahme des Ausspannens sehr spärlich
belegter WLANs, z.B. eine entfernte STA pro WLAN, was keine zufriedenstellende
Lösung
bildet.
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Das
Verfahren gemäß der Erfindung
beinhaltet die Verwendung des Algorithmus, wie er in der Klausel 9.3.4.1,
Absatz 1, Satz 2 im Standard 802.11 detailliert angegeben ist, auf
neuartige Weise, um eine mehrstufige Prioritätszuteilung für Sendegelegenheiten
auf Grundlage der Identität
der sendenden oder empfangenden STA zu implementieren. Dies führt zu einer
rudimentären
QoS-Form. Idealerweise
sollte eine Zulassungs-gesteuerte Zuordnung von Bandbreite dazu
verwendet werden, QoS auf Prioritätsbasis zu implementieren.
Da jedoch die Größe von Rahmen,
wie sie gemäß 802.11 übertragen
werden, weit außerhalb
der Steuerung durch den AP liegt, und da die Größe der Rahmen eine Obergrenze
aufweisen, werden Sendegelegenheiten, die kontrollierbar sind, als
Vertreter für
die Bandbreite verwendet. Wenn zwischen der Bandbreite und Sendegelegenheiten
eine wesentliche Differenz besteht, nimmt der AP eine Einstellung
an der zugeordneten Häufigkeit
von Sendegelegenheiten vor, um die Unterschiede zu kompensieren.
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802.11
erfordert es, dass während
jeder CFP eine Untergruppe der Rundabfrageliste während jeder CFP
mit einer Reihenfolge einer Rundabfrage unterzogen wird, die durch
absteigende AID-Werte bestimmt ist. So wie "Untergruppe" im Standard 802.11 verwendet ist, ist
dieser Begriff nicht im mathematischen Sinn irgendeiner Rundabfrageliste
zu verstehen, sondern er wird vielmehr als Sequenz von weniger als
von allem der gesamten Rundabfrageliste verwendet, und infolgedessen
bedeutet dies eine "Untersequenz", da alle STAs in der
AID-Wertereihenfolge
aufgenommen sind. Jede CF-Rundabfrage versorgt eine einzelne durch
CF einer Rundabfrage unterziehbaren STA der Gelegenheit, ein einzelnes
Fragment zu schicken, wobei ein Fragment dieselbe Bedeutung wie
eine Dateneinheit gemäß dem Medium-Access-Control(MAC)-Protokoll,
oder MPDU, hat, sowie die Gelegenheit, ein einzelnes Fragment zu
empfangen. Das erfindungsgemäße Verfahren
beruht auf der Tatsache, dass jede Auswahl von STAs in der Rundabfrageliste
eine Mathematik-ähnliche
Untergruppe aus der Rundabfrageliste bildet, weswegen den Algorithmuskriterien
genügt
ist, wie sie im Abschnitt 9.3.9.1 gemäß 802.11 spezifiziert sind.
Die ausgewählte
Untergruppe muss nicht aus zusammenhängenden oder benachbarten STA-AID-Werten
bestehen. Beispielsweise, wobei nun auf die 1 Bezug
genommen wird, kann, wenn die STAs, deren AIDs 3, 8, 12, 15, 16,
18 und 22 in der Rundabfrageliste sind, die Untergruppe ausgewählter STAs
{8, 15 und 18} sein. Dies wären
die STAs hoher Priorität,
die QoS-Kommunikationsvorgänge
benötigen.
Gemäß 802.11
ist es erforderlich, dass die Untergruppe in der Reihenfolge ansteigender
AID-Werte der Rundabfrage
unterzogen wird, so dass die Rundabfragereihenfolge der Untergruppe
mit derjenigen STA beginnt, deren AID-Wert 8 ist, gefolgt von der
STA, deren AID-Wert 15 ist, und schließlich der STA, deren AID-Wert
18 ist. Eine Untersequenz gemäß 802.11
erlaubt es nicht, dass irgendwelche STAs in der Rundabfrageliste
außerhalb
der Reihenfolge von AID-Werten einer Rundabfrage unterzogen werden.
Demgemäß könnte, wenn
das erfindungsgemäße Verfahren
ohne Modifizierung der 802.11-Rundabfragekriterien verwendet würde, die
Untersequenz in einer einzelnen CFP {3, 8, 12} sein, wodurch zwei
der drei STAs mit der höchsten Priorität fehlen
würden.
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Während einer
einzelnen CFP erlaubt es, nachdem alle STAs in der Rundabfrageliste
einer Rundabfrage unterzogen wurden und alle CF-Rahmen geliefert
wurden, 802.11, dass der PC für
beliebige STAs in der Rundabfrageliste zusätzliche CF-Rundabfragen erzeugt,
und/oder es können
zusätzliche
Daten oder Verwaltungsrahmen an beliebige STAs geschickt werden.
Demgemäß kann,
wenn einmal die Untergruppe der Rundabfrageliste, d.h. die aktive
Untergruppe der Rundabfrageliste, einer Rundabfrage unterzogen wurde, wenn
irgendwelche STAs in der gesamten Rundabfrageliste übersprungen
wurden, d.h. nicht in die Untergruppe der Rundabfrageliste eingeschlossen
wurden, während
der CFP nichts mehr unternommen werden, da nicht alle STAs in der
gesamten Rundabfrageliste mit der Reihenfolge der AID-Werte einer
Rundabfrage unterzogen wurden. Jedoch existiert eine Ausnahme für den Fall,
dass die Untergruppe der Rundabfrageliste aus einer gewissen Präfixsequenz
der geordneten Liste der AIDs aller STAs in der Rundabfrageliste
besteht. In diesem Ausnahmefall kann der Rest der Rundabfrageliste
in der Reihenfolge der AID-Werte einer Rundabfrage unterzogen werden,
gefolgt von zusätzlichen
Rundabfragen und/oder Übertragungen
von Daten-/Verwaltungsrahmen. Jedoch tritt, wenn eine Untergruppe
einer Rundabfrageliste auf Grundlage aktueller Prioritätserfordernisse
ausgewählt
wird, den größten Teil
der Zeit eine Lücke
auf, und es wird ein STA in der Rundabfrageliste übersprungen.
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Es
wird zum normalen Fall zurückgekehrt,
in dem vermutlich der PC die CFP beendet, so dass DCF-Übertragungen
stattfinden können.
Für normale
CFP-Übertragungen
kann dies ein Problem bilden, wobei die Anzahl ausgeführter CFP-Rundabfragen
beschränkt
wird, jedoch wird dies beim erfindungsgemäßen Verfahren dazu verwendet,
QoS auf Prioritätsbasis
zu implementieren. Beim erfindungsgemäßen Verfahren ist es wünschenswert,
die CFPs kurz aber häufig
zu machen, d.h. nur ungefähr
so lang, wie es erforderlich ist, die STAs mit hoher Verkehrspriorität einer
CF-Rundabfrage zu unterziehen. Durch diese Vorge hensweise erhalten die
STAs mit hoher Verkehrspriorität
Zugriff auf einen größeren Anteil
der verfügbaren
Sendegelegenheiten.
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Es
ist wünschenswert,
dass die CFP nur geringfügig
länger
als die Zeit ist, die dazu erforderlich ist, die STAs hoher Priorität zu bedienen
(CF-Rundabfrage).
Es ist auch wünschenswert,
dass CFPs so häufig
wie möglich
auftreten, um den Anteil der verfügbaren Sendegelegenheiten zu
maximieren, die STAs mit hoher Verkehrspriorität zugeordnet sind. Diese Ziele
können
dadurch erreicht werden, dass verschiedene 802.11-Systemparameter,
die sich in der MAC-Verwaltungsinformationsbasis (MIB) des AP befinden,
geeignet eingestellt werden, wozu die Folgenden gehören:
dot11CFPMaxDuration;
dot11CFPPeriod;
dot11BeaconPeriod;
and
dot11DTIMPeriod.
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Es
ist zu beachten, dass der einfache Vorgang des PC-Sendevorgangs
des CF-Enderahmens
die CFP kürzer
machen kann, dass jedoch die CFP nicht länger gemacht werden kann, als
es dem als dot11CFPMaxDuration entsprechend eingestellten Wert entspricht,
und dass der Parameter dot11CFPMaxDuration für die Lebensdauer des BSS fixiert
ist, wenn dieser zuerst erzeugt wird. Um den STAs mit höchster Verkehrspriorität einen
größeren Anteil
verfügbarer
Sendegelegenheiten zuzuordnen, müssen
die Parameter dot11CFPPeriod, dot11BeaconPeriod und dot11DTIMPeriod
so eingestellt werden, dass die Zeit vom Start einer CFP bis zum
Start der nächsten
CFP-Periode relativ klein ist, jedoch mindestens ausreichend lang
dafür,
dass mindestens ein Rahmen mit möglicherweise
maximaler Größe während einer
CFP durch jede ausgewählte
STA hoher Priorität
gesendet und bestätigt
(ACK't) wird. Da
der Parameter dot11CFPPeriod für die
Lebensdauer des BSS festgelegt ist, wenn dieser zuerst erzeugt wird,
kann dies schwierig zu bewerkstelligen sein. Da sich STAs zwischen
den Prioritätsniveaus
bewegen, ändert
sich die Größe der Untergruppe
der Rundabfrageliste, d.h. der häufig
bedienten STAs, was schließlich
eine Änderung
an der maximalen Dauer und/oder der Häufigkeit der CFP erforderlich
macht. Das verbliebene Problem besteht darin, dass auch dot11CFPMaxDuration
für die
Lebensdauer des BSS festgelegt ist, wenn dieser zuerst erzeugt wird.
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Um
diese Einschränkungen
zu umgehen, können
die in den oben angegebenen, einschlägigen Anmeldungen beschriebenen
Terminate-And-Reconvene(TAR)- und/oder Verfahren mit dynamischen
Kanalwechseln (DCC) verwendet werden, um einen BSS auf automatische
Weise zu beenden und wieder aufzubauen. Wenn der BSS neu gestartet
wird, können
für dot11CFPPeriod
und dot11CFPMaxDuration sowie für dot11BeaconPeriod
und dot11DTIMPeriod, neue Werte eingestellt werden, um dadurch die
Größe und Häufigkeit
der CFP dynamisch einzustellen, wenn sich die Bandbreite und/oder
andere Erfordernisse der QoS-Prioritätsschlangen ändern. Alternativ
können
kleinere Änderungen
der Dauer und der Häufigkeit
der CFP dadurch vorgenommen werden, dass nur die Parameter dot11BeaconPeriod
und dot11DTIMPeriod eingestellt werden, um dadurch den Overhead
zu vermeiden, der mit dem Ausführen
eines TAR-Zyklus einhergeht.
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Einzelheiten
dazu, wie eine STA ihren Prioritätsrang ändert, sind
für das
hier beschriebene mehrstufige Prioritätszuteilungsverfahren nicht
direkt relevant, jedoch können Änderungen
der STA-Priorität
unter Verwendung von drei neuen Meldungen wie folgt vorgenommen
werden: Um die Priorität
einer STA zu ändern, schickt
diese eine Prioritätsanforderungs(PR)-Meldung
an den AP. Der AP enthält
eine Ablaufsteuerung. Die AP-Ablaufsteuerung antwortet mit einer
Prioritätsgewährungs(PG)-Meldung
an die STA. Nachdem die STA die PG bestätigt hat, bewegt der AP/Ablaufsteuerung/PC
die STA in die spezifizierte Prioritätsklasse und den Verkehr für diese
in die entsprechende Prioritätsschlange.
In ähnlicher
Weise kann der AP eine Änderung
bei der STA-Priorität
wie folgt auslösen:
Die AP-Ablaufsteuerung verifiziert, ob Bandbreite verfügbar ist.
Dann schickt sie eine Prioritätsänderungsnotiz
(PCN) an die STA. Nachdem die STA die PCN bestätigt hat, bewegt der AP/Ablaufsteuerung/PC
die STA in die spezifizierte Prioritätsschlange. Selbstverständlich sind
andere Signalgabe- und
Steuerungsverfahren möglich.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass in der Untergruppe der CF-Rundabfrageliste
ein oder mehrere STAs niedriger Priorität enthalten sein können, die
während
einer CFP auf rotierender Basis einer Rundabfrage unterzogen werden,
um ein Aushungern zu vermeiden. Eine 802.11-Vorrichtung ist typischerweise
an irgendeiner Stelle im Netzwerk mit einem leitungsgebundenen LAN
verbunden, und das QoS-aktivierte, leitungsgebundene LAN handelt
die QoS-Eigenschaft abhängig
von der Art der durch die 802.11-Vorrichtung zu sendenden Daten
aus. Die Bereitstellung der QoS-Übertragung
hängt von
der Art der STA-Vorrichtung ab. Beispielsweise benötigt ein
LCD-Fernseher QoS. Die Zulassung einer derartigen Vorrichtung zum
BSS bringt das Erfordernis einer QoS-Übertragung, wie durch das leitungsgebundene
LAN gekennzeichnet, mit sich.
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Mehrstufige
QoS auf Prioritätsbasis
wird dadurch implementiert, dass kontrolliert wird, wie häufig jede STA
in der Untergruppe der Rundabfrageliste auftritt, und damit, wie
häufig
jede STA eine Sendegelegenheit erhält. Als Beispiel sei angenommen,
dass es der Bandbreitemanager (BM) wünscht, drei Prioritätsränge, p1, p2
und p3, herbeizuführen,
wobei p1 50% der verfügbaren
Bandbreite erhält,
p2 33% erhält
und p3 die restlichen 17% erhält.
Ferner sei angenommen, dass die STA, deren AID 8 ist, das einzige
Element mit p1 ist, die STA, deren AID 15 ist, das einzige Element
mit p2 ist, und die STA, deren AID 18 ist, das einzige Element mit p3
ist. Die folgende Sequenz von Untergruppen der Rundabfrageliste
bildet eine Implementierung der gewünschten Prioritätsbeziehungen:
{8}, {8, 15}, {8, 15, 18}. Diese Implementierung bewerkstelligt
die gewünschte
Zuordnung von Sendegelegenheiten und, wenn alle Pakete von ählicher
Größe sind,
der Bandbreite, wie es in der Tabelle 1 dargestellt ist:
Tabelle
1
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Jedoch
kann der BM, wenn er erkennt, dass die Pakete der STA 8 im Mittel
nur halb so groß wie
die Pakete der STA 15 und der STA 18 sind, die Zuordnung der Sendegelegenheiten
zur Kompensation wie folgt einstellen: {8}, {8}, {8}, {8, 15}, {8},
{8, 15, 18}. Dies wird durch die gewünschte Zuordnung von 50%, 33%,
17% an Bandbreite zu den STAs 8, 15 bzw. 18 bewerkstelligt, wie
es in der Tabelle 2 dargestellt ist:
Tabelle
2
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Eine
einfache Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin,
für eine
körnige STA-Prioritätszuteilung
zu sorgen. Bei dieser Implementierung wird eine STA mit Verkehr
sowohl hoher als auch niedriger Priorität zu einer STA hoher Priorität, was von
der Vorgehensweise abhängt.
Dies bedeutet, dass Verkehr niedriger Priorität gemeinsam mit Verkehr hoher
Priorität
eine freie Überrtragung
hoher Priorität erhält. Beim
getroffenen genauen Kompromiss handelt es sich um eine Entscheidung
entsprechend der Vorgehensweise, und dies hängt von der Implementierung
ab. Eine andere, jedoch komplexere, Vorgehensweise besteht im Unterteilen
von Verkehrsströmen
und darin, eher die Prioritätszuteilung
für den
Fluss statt für
die STA körnig
auszubilden.
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Schließlich können, wenn
der Wunsch entstehen sollte, AID-Werte während der Zuordnungsphase des
TAR-Zyklus geändert
werden. Dies könnte
als Vereinfachung des Schlangenbildungsalgorithmus verwendet werden,
um STAs mit der höchsten
Priorität
die niedrigsten AIDs zuzuordnen, was bei Bedingungen mit schwerer
Belastung von Nutzen ist, wenn keine Zeit zur Verfügung steht,
während
einer einzelnen CFP die gesamte Hochprioritätsschlange-Rundabfrageliste-Untergruppe
der Rundabfrageliste abzudienen.
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So
wurde ein Verfahren zum Bereitstellen von QoS bei Vorrichtungen
gemäß IEEE 802.11
offenbart. Es ist ferner zu beachten, dass innerhalb des Schutzumfangs
der Erfindung, wie in den beigefügten
Ansprüchen
definiert, weitere zugehörige
Variationen und Modifizierungen vorgenommen werden können.