DE19907019A1 - Verfahren zur verbindungsorientierten Übertragung von Datenpaketen - Google Patents
Verfahren zur verbindungsorientierten Übertragung von DatenpaketenInfo
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Abstract
Für eine verbindungsorientierte Übertragung von Datenpaketen in einem Kommunikationssystem wird im Übertragungsrahmen eine Kennung (CID) untergebracht, die angibt, zu welcher Verbindung Container für Nutzdatenpakete (LD) gehören, die von einem Teilnehmer (T) zur Zentrale (ZE) übermittelt werden.
Description
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Übertragung
von Datenpaketen in einem Kommunikationssystem in
rahmenorientierter Form zwischen einer Zentrale und einer
Vielzahl von Teilnehmern, wobei zwischen der Zentrale und
den Teilnehmern Nutzdatenpakete und Steuerdatenpakete
ausgetauscht werden.
In zentral gesteuerten Kommunikationsnetzen, beispielsweise
im zentral gesteuerten zellularen Funknetz gemäß dem ETSI-
Projekt HYPERLAN Typ 2 ist eine zentrale Einheit ZE
vorgesehen, an die mehrere Terminals angeschlossen werden
können (vgl. Fig. 1). Dieses Funknetz arbeitet
verbindungsorientiert, daß heißt, bevor Daten mit anderen
Teilnehmern bzw. deren Terminals, die an das Netz oder die
Zentrale ZE angeschlossen sind, ausgetauscht werden können,
muß mindestens eine Verbindung aufgebaut werden. Den
Terminals wird die von ihnen benötigte Datenrate auf dem
gemeinsam genutzten Medium von der Zentrale aufgrund von
Anforderungen der Teilnehmer zugewiesen. Es ist für ein
Terminal eines Teilnehmern möglich, mehr als eine aktive
virtuelle Verbindung gleichzeitig zu haben, wie dies bei ATM
der Fall ist. In einer Realisierungsform dieses Netzes
werden sowohl die Ressourcen-Anforderung (Ressource-Request)
der Terminals, als auch die Ressourcen-Zuweisungen der
Zentrale ZE (Ressource-Grants) pro Verbindung durchgeführt,
daß heißt das Terminal überträgt für jedes seiner
Verbindungen die Menge der Datenpakete, die übertragen
werden müssen. Als Ressource gilt hier die Bereitstellung
von Datenraten auf dem Medium, währenddessen Daten
übertragen werden können. Dementsprechend sendet die
Zentrale ZE für jede Verbindung des Terminals T eine
Ressourcen-Zuweisung. Bei der Ressourcen-Zuweisung pro
Verbindung ist die Zugehörigkeit eines gesendeten
Datenpaketes zu einer Verbindung explizit durch die
Zuweisung der Zentrale ZE gegeben, diese Information ist
also bereits in der Zentrale ZE vorhanden und muß deshalb
nicht zusätzlich vom Terminal übertragen werden.
Im vorgenannten Funknetz sind zwei verschiedene
Datenpaketgrößen für die zu übertragenden Daten vorgesehen.
Dabei dienen kurze Pakete (ca. 6 Byte; kurzer
Datencontainer: KD) der Übertragung von
Steuerungsinformationen, das heißt Informationen, die nicht
Nutzdaten sind, sondern dazu dienen, daß Netzwerk zu steuern
und zu verwalten, also beispielsweise Verbindungen zu
etablieren, Terminals zu assoziieren, Handover durchzuführen
oder falsch empfange Datenpakete noch einmal anzufordern.
Lange Datencontainer LD haben eine Länge von ca. 54 Byte und
dienen im Normalfall dazu Nutzdaten zu übertragen.
Zusätzlich zu den reinen Nutzdaten sind noch einige weitere
Informationen enthalten, die in sehr engem Zusammenhang mit
den Nutzdaten stehen, z. B. Sequenznummer oder eine Prüfsumme
zur Fehlererkennung.
Eine Aussendung sowohl im Downlink (Zentrale in Richtung
Teilnehmer) - als auch in Uplink - Richtung (Terminal in
Richtung Zentrale), besteht aus einer Anzahl von
Steuerdatenpaketen KD am Anfang und einer darauf folgenden
Anzahl von Nutzdatenpaketen LD gemäß Fig. 2. Die genaue
Anzahl der Steuerdatenpakete KD und Nutzdatenpakete LD wird
von der Zentrale ZE in der Ressourcen-Zuweisung festgelegt.
Die Maßnahmen gemäß des Anspruchs 1 ermöglichen insbesondere
bei einer Ressourcen-Zuweisung pro Teilnehmer bzw. dessen
Terminal der Zentrale eine Vorabinformation zu geben, zu
welcher Verbindung des Teilnehmers bzw. Terminals ein
empfangenes Datenpaket gehört. Ebenso gilt dies für eine
Ressourcen-Anforderung, bzw. -Zuweisung pro Verkehrsklasse,
wie sie in [1] ausführlich und in [2] in wesentlichen Punkten
beschrieben ist ([1]: Kapitel 8.2, DynPara-PDU [2]: Kapitel
4).
Durch die Unterbringung der Kennung im Übertragungsrahmen,
die angibt, zu welcher Verbindung vom Teilnehmer übermittelte
Container für Nutzdatenpakete gehören, ist eine eindeutige
Identifizierung von Datenpaketen möglich, die selbst keine
Angaben über die Verbindung enthalten.
Die Kennung läßt sich vorteilhaft in bereits vorhandenen
Steuerdatenpaketen unterbringen. Auf diese Weise ergibt sich
eine flexible Methode, die zudem ohne Veränderung derzeit
bestehender Datenformate auskommt. Die Kennung kann auch auf
mehrere Steuerdatenpakete aufgeteilt werden.
Wenn durch eine Vereinbarung zwischen Zentrale und
Teilnehmern Container für Nutzdatenpakete jeweils mit einer
Mehrzahl von Steuerdatenpaketen gefüllt werden, läßt sich
das erfindungsgemäße Verfahren leicht integrieren. Dadurch
ergibt sich eine flexible Datenstruktur, die in bestehende
oder künftige Übertragungsstandards leicht integriert werden
kann.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist insbesondere in einem
Kommunikationssystem vorteilhaft, bei dem
Übertragungsressourcen pro Teilnehmer zugewiesen werden und
der Teilnehmer bzw. dessen Terminal die Nutzdatenpakete
verschiedener Verbindungen selbst auswählt.
Der Einsatz des Verfahrens nach der Erfindung ist
insbesondere dann sinnvoll, wenn ein Terminal eine hohe Zahl
von Verbindungen hält.
Anhand der weiteren Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele
der Erfindung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 3 und 4 den Aufbau von Informationselementen,
Fig. 5 die Zuweisung von Containern für Nutzdatenpakete für
ein Terminal,
Fig. 6 bis 13 die Formate weiterer Informationselemente,
Fig. 14 das Auffüllen von Containern für Nutzdatenpakete
mit Steuerdatenpaketen.
Im eingangs erwähnten HYPERLAN Type 2 Kommunikationsnetz
existieren zwei verschiedene Sorten Datencontainer
unterschiedlicher Kapazität. Datenpakete mit einer Länge von
ca. 6 Byte enthalten in der Regel Steuerinformationen. Sie
werden nachfolgend als Steuerdatenpakete KD bezeichnet.
Datenpakete mit einer Länge von ca. 54 Byte, das heißt mit
einer Datenkapazität von einem Vielfachen vorgenannter
Datenpakete, enthalten neben den Nutzdaten nur ein kurzes
Kopffeld, in dem unmittelbar zum Containerinhalt gehörende
Daten stehen, wie z. B. Sequenznummer und
Fehlerkorrekturbits. Diese Datenpakete werden nachfolgend
als Nutzdatenpakete LD bezeichnet. Die Nutzdatenpakete LD
und die Steuerdatenpakete KD werden zwischen einer Zentrale
ZE und den Teilnehmer-Terminals T ausgetauscht, wobei eine
rahmenorientierte Übertragung eingesetzt wird (Fig. 1).
Ein Terminal fordert eine bestimmte Anzahl von
Nutzdatenpaketen LD und eine bestimmte Anzahl von
Steuerdatenpaketen KD von der Zentrale ZE an. Eventuell
können auch nur Nutzdatenpakete LD angefordert werden und
die Steuerdatenpakete KD dann automatisch von der Zentrale
ZE bereitgestellt werden. Diese Anforderung geschieht
aufgrund von internen Berechnungen des Terminals über die
benötigte Kapazität. Realisierbar ist statt dessen auch eine
Anforderung pro Verbindung oder pro Verbindungsklassse.
Entscheidend für das vorgestellte Verfahren ist lediglich,
daß in der Zentrale ZE die Information fehlt, zu welcher
virtuellen Verbindung ein Nutzdatenpaket LD gehört, das von
dem Terminal gesendet wird. Diese Information wird beim
erfindungsgemäßen Verfahren mittels einer Kennung CID
(Connection-ID) in einem Informationselement IE übertragen.
Dieses Informationselement IE wird, da es sich um eine
Steuerungsinformation handelt, vorteilhafterweise in einem
Steuerdatenpaket KD innerhalb des Übertragungsrahmens
untergebracht.
Diese Informationselemente IE enthalten die Information über
die zu einem Nutzdatenpaket LD gehörende Verbindung in Form
einer Verbindungskennummer CID (Connection ID), diese ID
existiert bereits im HYPERLAN Type 2 System. Neben der
Connection-ID muß die Anzahl der Nutzdatenpakete LD für
diese Verbindung übertragen werden. Eine andere Lösung die
ersatzweise oder gleichzeitig eingesetzt werden kann, ist
die Übertragung der Connection-ID für jedes Nutzdatenpaket
LD, das folgt, das heißt wenn zu einer Verbindung mehrere
Nutzdatenpakete LD gehören, wird die Connection-ID mehrmals
gesendet. Die zweite Möglichkeit bietet sich insbesondere
für Verbindungen mit zwei oder weniger Nutzdatenpaketen LD
an, da hier das Feld für die Anzahl der Nutzdatenpakete LD
eingespart werden kann. Für die Realisierung ist es
besonders vorteilhaft, wenn beide Möglichkeiten verfügbar
sind und vom Terminal entweder zu einem bestimmten Zeitpunkt
eine Möglichkeit fest ausgewählt wird, oder das Terminal
sich von Fall zu Fall die jeweils günstigste Methode
aussucht, also diejenige die am wenigsten Daten erzeugt. Die
beiden Informationselemente IE haben dann einen
prinzipiellen Aufbau wie in den Fig. 3 und 4 gezeigt ist.
Die Unterscheidung zwischen den beiden Arten von
Informationselementen kann bspw. durch unterschiedliche
Kennungen für das Informationselement IE (IE-Type)
vorzugsweise im Kopffeld geschehen. Es ist aber auch
möglich, die gleiche Kennung mit einem zusätzlichen
Unterscheidungsbit zu verwenden.
Im folgenden Ausführungsbeispiel werden einige Parameter so
verwendet, daß sie dem aktuellen Stand des HYPERLAN Type 2
Kommunikationsnetzes entsprechen. Es werden dabei zwei
Verfahren beschrieben. Das erste Verfahren enthält in dem
Informationselement IE jeweils zwei Felder für jede aktive
virtuelle Verbindung. Das erste Feld nimmt dabei den
Identifier der Verbindung (Connection-ID) auf, das zweite
Feld die Anzahl der für diese Verbindung folgenden
Nutzdatenpakete LD. Das zweite Verfahren verwendet dagegen
nur Felder mit Connection-IDs. Hier wird für jeden der
folgenden Nutzdatenpakete LD die zugehörige Connection-ID
gesendet, das heißt wenn für eine Verbindung zwei
Nutzdatenpakete LD übertragen werden, zeigt die Liste auch
zweimal die gleiche Connection-ID.
Gegeben ist für dieses Beispiel ein zentral gesteuertes
Kommunikationsnetz mit einem oder mehreren angeschlossenen
Terminals wie in Fig. 1 gezeigt. Für dieses Beispiel wird
jetzt ein Terminal angenommen, das 5 virtuelle Verbindungen
über die Zentrale ZE mit dem Netz hat (Connection-IDs 1 bis
5). Für diese Verbindungen sendet das Terminal eine
Datenratenanforderung für alle Verbindungen. Aufgrund dieser
Anforderung teilt die Zentrale ZE dem Terminal eine
bestimmte Datenmenge zu. Diese zugewiesene Kapazität kann
vom Terminal jetzt frei verwendet werden. Angenommen werden
10 zugewiesene Nutzdatenpakete LD für das Terminal. Diese
werden vom Terminal gemäß Fig. 5 verteilt.
Als kleinste Einheit für ein Steuerdatenpaket KD werden hier
32 Bit angenommen, aus diesem Grund sollten auch die
Informationselemente IE eine Granularität von 32 Bit haben,
um sie effizient in den Container für Steuerdatenpakete KD
zu packen. Auf die oben genannten 6 Byte wird an dieser
Stelle verzichtet, da in den verbleibenden 2 Byte nur noch
der Fehlerschutz CRC liegt, der für diese Betrachtungen
nicht von Belang ist. Für die Länge der Connection-ID werden
6 Bit angenommen, für das Feld mit der Anzahl der
Nutzdatenpakete LD ebenfalls 6 Bit. Daraus ergibt sich das
in Fig. 6 bzw. Fig. 7 gezeigte Bild für die
Informationselemente nach dem ersten Verfahren, das heißt
für jede Verbindung, für die Daten übertragen werden, wird
sowohl die Connection-ID als auch die Anzahl der
Nutzdatenpakete LD übertragen. Das Feld ID-Type mit dem Wert
1 bedeutet dabei, daß Felder, wie zuvor gezeigt, belegt
sind. Die Länge des Informationselements IE gibt an,
wieviele der 32 Bit-Einheiten verwendet werden (hier = 2).
Das Beispiel nach dem zweiten Verfahren verwendet die
gleichen grundsätzlichen Parameter jedoch mit nur 6
zugewiesenen Nutzdatenpakete LD, die vom Terminal gemäß
Fig. 8 verteilt werden. Daraus ergibt sich für das gesamte
Informationselement die Anordnung gemäß den Fig. 9 und
10. Das IE-Type Feld mit dem Wert = 2 kennzeichnet die
nutzdatenpaketweise Kennzeichnung. Zu sehen ist, daß hier
gegenüber dem ersten Verfahren eine effizientere Umsetzung
der Informationsübertragung stattfindet, wenn nur wenige
Nutzdatenpakete LD pro Verbindung existieren.
Eine Kombination der beiden Verfahren ist durch den Beginn
eines neuen Informationselements möglich, das dann das
jeweils andere Verfahren verwendet. Dazu wird als Beispiel
von der in Fig. 11 aufgezeigten Verteilung von
Nutzdatenpaketen LD ausgegangen. Diese insgesamt 13
Nutzdatenpakete LD lassen sich am effizientesten wie in den
Fig. 12 und 13 dargestellt, adressieren. Eine weitere
Möglichkeit ist es, ein zusätzliches kurzes Feld einzufügen,
das jeweils für zwei 6-Bit-Felder festlegt, ob diese für
eine Connection-ID und ein Feld für die Anzahl der
Nutzdatenpakete LD (erstes Verfahren) oder für zwei
Connection-IDs (zweites Verfahren) verwendet werden.
Insbesondere für den Fall, daß ein Teilnehmer bzw. dessen
Terminal T dringende Steuerinformationen übertragen möchte,
wird dem Terminal T erfindungsgemäß die Möglichkeit gegeben
einen Container für Nutzdatenpakete LD mit einer Mehrzahl
von Steuerdatenpaketen KD zu füllen. Dazu muß allerdings in
einem Steuerdatenpaket die Information über den Inhalt eines
nachfolgenden Containers für Nutzdaten untergebracht sein.
Außerdem muß eine Information enthalten sein, welche der
nachfolgenden Container für Nutzdatenpakete gemeint sind.
Dies ist in Fig. 14 durch einen Pfeil dargestellt: Im
Übertragungsrahmen wird ein Container für Nutzdatenpakete LD
mit neun Steuerdatenpaketen KD gefüllt. Dazu muß der
zentrale ZE allerdings bekannt sein, daß es sich um einen
normalen Container mit Nutzdaten handelt. Zu diesem Zweck
wird erfindungsgemäß zwischen Zentrale ZE und einem
Teilnehmer T eine Vereinbarung getroffen, daß Container für
Nutzdatenpakete LD mit Steuerdatenpaketen KD gefüllt werden,
die zusammen übermittelt werden und festgelegt, welche
Container für Nutzdatenpakete im Übertragungsrahmen jeweils
mit Steuerdatenpaketen KD gefüllt werden. Dabei gibt es
unterschiedliche Wege diese Vereinbarung zu treffen:
- 1. ein Terminal kündigt dies in einem vorhergehenden Steuerdatenpaket KD an. Dieses Vorgehen setzt ein Auswerten von Steuerdatenpaketen KD vor der Auswertung von Nutzdatenpaketen LD voraus,
- 2. durch Ankündigung des Modus im Kopffeld eines Nutzdatenpakets LD,
- 3. durch übermitteln einer Anforderung durch ein Terminal T an die Zentrale ZE einen Container für Nutzdatenpakete mit Steuerdatenpaketen füllen zu können,
- 4. durch Festlegen einer festen Vereinbarung, daß ab einer bestimmten Anzahl von Anforderungen von Steuerdatenpaketen KD durch ein Terminal T statt dessen ein Container für Nutzdatenpakete LD zum Auffüllen mit. Steuerdatenpaketen KD von der Zentrale ZE zugewiesen wird.
Jene Steuerdatenpakete KD, die in Containern für
Nutzdatenpakete LD untergebracht werden, sind vorzugsweise
in einem Unterrahmen zusammengefaßt, welcher in seinem
äußeren Format an das Format eines Nutzdatenpaketes LD
angepaßt ist, selbst wenn die Anzahl der aktuell zu
übertragenden Steuerdatenpakete KD nicht ausreichend ist den
Container vollständig zu füllen.
Eine detaillierte Beschreibung für das Auffüllen der
Container für Nutzdatenpakete LD durch Steuerdatenpakete KD
ist in der Anmeldung "Verfahren zur effektiven Ausnutzung
von Datenpaketen unterschiedlicher Kapazität sowie Zentrale
und Teilnehmereinrichtung für ein Kommunikationssystem"
mit dem gleichen Prioritätstag derselben Anmelderin
beschrieben.
1. D. Petras, "Entwicklung und Leistungsbewertung einer
ATM-Funkschnittstelle", Dissertation an der RWTH
Aachen, Aachen 1998
2. D. Petras, U. Vornefeld, "Joint Performance of DSA++MAC Protocol for wireless ATM under realistic traffic and channel models" wmATM'98, Hangzhou, China 1998
2. D. Petras, U. Vornefeld, "Joint Performance of DSA++MAC Protocol for wireless ATM under realistic traffic and channel models" wmATM'98, Hangzhou, China 1998
Claims (10)
1. Verfahren zur Übertragung von Datenpaketen in einem
Kommunikationssystem in rahmenorientierter Form zwischen
einer Zentrale (ZE) und einer Vielzahl von Teilnehmern
(T), wobei zwischen der Zentrale (ZE) und den Teilnehmern
(T) Nutzdatenpakete (LD) und Steuerdatenpakete (KD)
ausgetauscht werden, dadurch gekennzeichnet, daß für eine
verbindungsorientierte Übertragung im Übertragungsrahmen
eine Kennung (CID) untergebracht wird, die angibt, zu
welcher Verbindung ein oder mehrere Container für
Nutzdatenpakete (LD) gehört/gehören der/die von einem
Teilnehmer (T) zur Zentrale (ZE) übermittelt wird/werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
die Kennung (CID) in mindestens einem der
Steuerdatenpakete (KD) untergebracht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kennung (CID) in einem Informationselement (IE)
übertragen wird, welches zumindest Verbindungskennungen
für nachfolgende Container für Nutzdatenpakete (LD) einer
Verbindung enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß
das Informationselement (IE) in zwei Arten von Feldern
für jede aktive insbesondere virtuelle Verbindung
unterteilt wird und zwar in ein erstes Feld für
Verbindungskennungen (CID) und in ein zweites Feld für
die Anzahl der für die jeweilige Verbindung folgenden
Container für Nutzdatenpakete (LD).
5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß im
Informationselement (IE) keine Felder für die Anzahl der
Container für Nutzdatenpakete (LD) untergebracht werden,
dafür aber zu jedem Container für Nutzdatenpakete (LD)
eine Verbindungskennung (CID) im Informationselement (IE)
vorgesehen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch
gekennzeichnet, daß im Informationselement (IE) die Art
der enthaltenen Felder vorzugsweise im Kopf des
Informationselements (ID) signalisiert wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, daß im Informationselement (IE) ein Feld
vorgesehen wird, welches die Länge des Informationsfeldes
(IE) angibt.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, daß im Informationselement (IE) ein Feld
vorgesehen wird, welches jeweils für zwei für
Verbindungskennungen oder für die Anzahl der Container
für Nutzdatenpakete (LD) vorgesehene Felder festlegt, ob
diese für eine Verbindungskennung und die Anzahl der
Container für Nutzdatenpakete (LD) vorgesehen sind oder
ausschließlich für Verbindungskennungen verwendet werden.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, daß durch eine Verbindung zwischen
Zentrale (ZE) und Teilnehmer (T) festgelegt wird, ob im
Übertragungsrahmen Container für Nutzdatenpakete (LD)
jeweils mit einer Mehrzahl von Steuerdatenpaketen (KD)
gefüllt werden.
10. Verwendung nach einem der Ansprüche 1 bis 9 in einem
Kommunikationssystem mit Zuweisung der
Übertragungsressourcen pro Teilnehmer bzw. dessen
Terminal (T) und Auswahlmöglichkeit der Nutzdatenpakete
(LD) verschiedener Verbindungen durch den Teilnehmer bzw.
dessen Terminal (T).
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