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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Senden von Datenpaketen von einem Server an einen Client. Der Client verwendet zeitgleich mit einem konstanten Durchsatz D die Daten, die er empfängt. Die Erfindung findet zum Beispiel im Bereich der Videos auf Anfrage Verwendung, wo der Client zeitgleich die Video-Daten, die er empfängt, anzeigt.
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US 6757273 B1 offenbart die Nutzung eines Puffers innerhalb einer Mobilstation zum Erleichtern der Bandbreitenglättung eines Kommunikationsdienstes, wobei die Multimedia-Streaming-Datenkomponente während der Ausführung eines Kommunikationsdienstes in dem Puffer gepuffert wird, wenn sie von der Mobilstation empfangen wird.
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Neue Dienste der Unterhaltung und der Kommunikation werden heutzutage in kommerziellen oder geschäftlichen Flugzeugen den Passagieren angeboten, wobei diese Dienste häufig unter der englischen Bezeichnung „In Flight Entertainment“ (die im Folgenden IFE-Dienste genannt werden) zusammengefasst werden. Es kann sich zum Beispiel um einen Breitband-Internetzugang oder um einen Video-auf-Anfrage-Dienst für jeden Passagier handeln. So kann zum Beispiel jeder Passagier individuell einen beliebigen Video-Inhalt, wie einen Film, zum Ansehen auswählen. Über eine geeignete Schnittstelle kann jeder Passagier auswählen, was er ansehen möchte. Der Film startet fast sofort, es ist nichtmal nötig, das Herunterladen des Filmes abzuwarten, was eine relativ lange Zeit bedeuten würde. Anschließend kann er vorübergehend die Anzeige unterbrechen und sie dann fortführen, oder zurückspulen, um eine Szene erneut zu sehen, oder weiter vorspulen, um Szenen zu überspringen, all dies immer mit der selben Sofortigkeit des Anzeigestarts. Für den Passagier läuft alles so ab, als wäre er zu Hause vor einem Fernseher, der mit einem Videoplatten-Lesegerät verbunden ist.
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Diese Art von Diensten ist schon jetzt an Bord von zahlreichen Flugzeugen verfügbar. Die aktuellen Systeme verwenden insbesondere Anzeigemodule auf Höhe der Rückenlehnen der Sitze, Eingabemodule auf Höhe der Armlehnen der Sitze, Lese- und Übertragungsmodule auf Höhe des Kopfes der Kabine, wobei alle diese Module untereinander über Leitungsverbindungen verbunden sind.
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Folglich haben die IFE-Systeme eine Explosion der Menge an Verkabelung für jeden Sitz bewirkt, dies zum Nachteil der Konfigurierbarkeit der Kabine.
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Nun ist aber die Konfigurierbarkeit der Kabine ein wichtiges Marketing-Merkmal für die Flugzeugbauer, insbesondere die Möglichkeit für die Kunden, Anzahl und Anordnung der Sitze zu bestimmen. In der Tat sind die Fluggesellschaften bezüglich der Innenanordnung bis auf einige Sicherheitseinschränkungen relativ frei, wenn sie ein Flugzeug bestellen. Dies mit dem Ziel, dass sie die Kabine an die Art der Kundschaft auf der Linie, die sie betreiben möchten, anpassen können. Die IFE-Verkabelung der Sitze ist also ein immer größeres Hindernis bei der Vielseitigkeit der Geräte geworden. In gleicher Weise ist aber ein komplettes und leistungsfähiges IFE-System ebenso ein wichtiges Marketing-Merkmal für die Flugzeugbauer geworden. Die angestiegene Konkurrenz im Bereich des Luft-Transportes und die Demokratisierung der Flugzeugreisen, die daraus resultierte, haben bewirkt, dass die IFE-Dienste, die in ihren Anfängen wie Sonderausstattung aussehen konnten, unabdingbar geworden sind, um Marktanteile zu erobern. Es galt also, die technischen Einschränkungen der IFE-Systeme mit einer optimalen Konfigurierbarkeit der Kabine in Einklang zu bringen. So haben bestimmte Flugzeugbauer, die um den Aufschwung der drahtlosen Technologien zur Informationsübertragung wissen, unter Absprache mit den Fluggesellschaften und den Anbietern der IFE-Systeme schlicht und einfach bestimmte IFE-Kabel abgeschafft, die bis zu den Sitzen gehen, mitunter die, die bei der Konfigurierbarkeit der Kabine am meisten stören. Es wurden nur Kabel beibehalten, die die Sitze in kleinen Gruppen von zwei, drei oder vier Sitzen anbinden. Es liegt bei den Anbietern der IFE-Systeme, sich anzupassen, insbesondere unter maximaler Auslastung der verbleibenden Verkabelung und unter bester Ausnutzung der drahtlosen Technologien.
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Das Entwickeln eines Protokolls für die drahtlose Kommunikation, das für Video auf Anfrage in einem IFE-System bestimmt ist, hätte wahrscheinlich zu einer sehr leistungsstarken Lösung geführt, aber dies hätte wahrscheinlich auch sehr viel gekostet. Deshalb wurde die Verwendung eines Kommunikations-Standards vorgezogen. Unglücklicherweise entspricht kein aktueller Standard der Gesamtheit der Problematik bei Video-auf-Anfrage in einem IFE-System. Allerdings scheinen, unter Berücksichtigung der Reife der verschiedenen Technologien, die Normen IEEE 802.11a, IEEE 802.11b, IEEE 802.11g oder IEEE 802.11n, besser bekannt unter der kommerziellen Bezeichnung der „WiFi-Verbindungen“, am besten geeignet. Sie wurden folglich vermerkt. In der Tat bringen WiFi-Verbindungen bei Video-Anwendungen für breites Publikum absolut zufriedenstellende Ergebnisse, allerdings weder mit dem Anspruch der Mehrfach-Verteilung, noch mit dem Anspruch der sofortigen Anzeige. Im Folgenden werden sie gleichermaßen unter dem Oberbegriff 802.11 zusammengefasst.
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In der Tat können an Bord eines Langstreckenflugzeuges mehrere zehn bis mehrere hundert Passagiere gleichzeitig unterschiedliche Filme ansehen, wobei jeder Passagier auf seine Weise den Film, den er ansieht, unterbrechen, vor- oder zurückspulen kann. Folglich bildet jeder Film, der von einem Passagier angesehen wird, eine separate Session, wobei der Fluss der entsprechenden Videodaten ausschließlich an den Anzeige-Bildschirm eines einzigen Passagiers gesendet werden muss. Zum Beispiel kann ein IFE-System gleichzeitig 300 Sessions verteilen. Eine solche Anforderung der Mehrfach-Verteilung über eine WiFi-Verbindung existiert in keiner aktuellen Video-Anwendung mit breitem Publikum. Ebenso bieten die aktuellen Video-Anwendungen über WiFi-Verbindungen, insbesondere beim Starten des Filmes, keine Quasi-Augenblicklichkeit. Wartezeiten von mehreren Sekunden, manchmal durch Werbe- oder Warnmeldungen verdeckt, sind nötig, bevor ein Lese-Befehl tatsächlich ausgeführt wird. Auch bedienen sich die Anwendungen, die zu Hause eine WiFi-Verbindung verwenden, allgemein der Normen IEEE 802.11b und IEEE 802.11g, die 3 Kanäle in der Umgebung von 2,4 Gigahertz für einen Gesamt-Durchsatz, der bis 20 Megabit pro Sekunde (Mbps) gehen kann, bereitstellen. Eine kleine Anzahl (ein paar Einheiten) von Video-Flüssen können pro Kanal gleichzeitig versendet werden. Dies ist im Rahmen von Video-auf-Anfrage in einem IFE-System nicht ausreichend, dafür scheint die Norm IEEE 802.11a geeigneter. Diese letztere stellt 23 Kanäle zwischen 5 und 6 Gigahertz für einen Gesamtdurchsatz, der bis zu 600 Mbps reichen kann, bereit. Aber die Norm IEEE 802.11a ist dennoch nicht perfekt auf die Bedürfnisse von Video-auf-Anfrage in einem IFE-System ausgelegt.
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In der Tat garantiert die Norm IEEE 802.11a nicht, dass ein Paket empfangen wird, auch garantiert sie nicht, dass ein Paket mit vernünftigem Aufwand empfangen wird. Denn die Normen 802.11 basieren auf einem Empfangsbestätigungs-Mechanismus: eine nach dem englischen Begriff „ACKnowledgement“ ACK genannte Nachricht wird für jedes Datenpaket, das von einer WiFi-Empfangsstation empfangen wurde, an eine WiFi-Sendestation gesendet. Die WiFi-Sendestation sendet das Paket so oft an die WiFi-Empfangsstation, bis sie die entsprechende ACK-Nachricht erhält. Nach einer bestimmten Anzahl an Wiederholungs-Sendungen wird das Paket nicht mehr wiederholt gesendet und es ist endgültig für die WiFi-Empfangsstation verloren. Über diesen Mechanismus muss man, zusätzlich zu der Tatsache, dass Übertragungsband zum Versenden der ACK-Nachrichten verschwendet wird, anmerken, dass, um ein erstes, verlorenes Paket wieder zu erlangen, eventuell in Folge zahlreiche weitere Pakete verloren gehen können! So kann sich, wenn die Fehlerrate wichtig ist, das heißt, wenn die Anzahl der verlorenen Pakete in Relation zur Anzahl der gesendeten Pakete wichtig ist, leicht Verzögerung ansammeln und Fehler können auf dem Bildschirm erscheinen. Das, dem die Normen 802.11 unter Verringerung des Durchsatzes entsprechen, ist nicht im Rahmen der mehrfachen Videos-auf-Anfrage akzeptabel. Es ist ein wesentliches Merkmal der Standard-WiFi-Verbindungen, einen permanenten Kompromiss zwischen der Fehlerrate und dem Durchsatz zu bieten. Wenn die Fehlerrate steigt, sinkt der Durchsatz, und umgekehrt. Es ist daher anzumerken, dass Datenpakete endgültig verloren gehen können und die dem Endverbraucher angezeigten Daten Fehler enthalten können, was sich in den meisten Fällen durch schwarze oder nicht aktualisierte Pixel bemerkbar macht. Manche Anzeigegeräte versuchen, die visuelle Unbequemlichkeit, die diese Restfehler auslösen können, zum Beispiel durch Glättungs-Verfahren des Bildes zu lindern. Das Sichern eines konstanten Durchsatzes auf einer WiFi-Verbindung ist eines der technischen Probleme, für die sich die Erfindung als Lösung anbietet.
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In der relativ beengten Kabine eines Flugzeuges, selbst bei einer von Langstrecken-Größe, sind die Fehler nicht von der Entfernung zwischen der WiFi-Sendestation und der WiFi-Empfangsstation verusracht. Das Problem kommt von einem klassischen Phänomen, das unter der englischen Bezeichnung „micro-fading“ bekannt ist: bei sehr hoher Frequenz kann die Empfangsqualität in Zeit und Raum variieren. Im vorliegenden Fall lässt sich das „micro-fading“ einerseits durch ein Resonanz-Phänomen der Wassermoleküle bei der verwendeten Frequenz erklären, wobei Wasser sehr präsent ist im Körper eines jeden der zahlreichen Passagiere, die sich ständig in Bewegung befinden, und andererseits durch ein Reflektions-Phänomen der Wellen auf metallischen Objekten, wobei Metall in einer Flugzeugkabine allgegenwärtig ist.
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Die WiFi-Technologie, ursprünglich dafür konzipiert, zu Hause Internet zu bieten, e-Mails auszutauschen und Dateien ohne wirkliche Zeit-Anforderungen herunterzuladen, wurde nicht dazu konzipiert, gegenüber dem Phänomen des „micro-fading“ resistent zu sein und einen konstanten Durchsatz zu bieten. Bestimmte, neuere 802.11-Normen sehen vor, eine Dienst-Qualität bezüglich der Latenz, der Fehlerrate und des Durchsatzes zu bieten. Aber sie werden auf einem Zwischenspeicherungs-Mechanismus mit einem Puffer von mindestens etwa zehn Sekunden an Daten beruhen, was unvereinbar mit der von einem IFE-System bei der Anzeige geforderten Quasi-Augenblicklichkeit ist, insbesondere beim Starten. Die Anforderungen von Video-auf-Anfrage in einem IFE-System entsprechen also definitiv nicht den Anforderungen bei der Entwicklung der WiFi-Technologie. Dies ist einer der Gründe, weshalb aktuell in keinem drahtlosen IFE-System mehrfaches Video-auf-Anfrage existiert. Heutzutage ist ein Lesegerät am Kopf der Kabine immer über eine drahtgebundene Verbindung, die von Ende zu Ende durch die Sitze verläuft, mit den Bildschirmen verbunden. Die vorliegende Erfindung bietet sich dazu an, das Problem des nicht konstanten Durchsatzes bei einer WiFi-Verbindung zu beheben, um die Einführung von Video-auf-Anfrage in einem drahtlosen IFE-System zu ermöglichen.
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In nahen Bereichen wie dem von Video-auf-Anfrage zu Hause über eine RNA-Verbindung, für „Raccordement Numérique Asymétrique□g (asymmetrische digitale Verbindung), oder eine ADSL-Verbindung, auf englisch für „Asymetric Digital Subscriber Line□g (asymmetrische digitale Teilnehmer-Leitung), wurde das Problem des nicht konstanten Durchsatzes auf der TCP/IP-Ebene der Netzwerkschichten durch Einsetzen eines Zwischenspeicherungs-Mechanismus mit einem Puffer von ausreichender Dauer an Video-Fluss gelöst. Die im Zwischenspeicher enthaltene Datenmenge variiert proportional mit der Herunterlade-Datenrate. Wenn die Herunterlade-Datenrate auf einem ausreichend hohen Niveau verbleibt, damit der Zwischenspeicher niemals leer wird, dann ist die Kontinuität des angezeigten Video-Flusses gesichert. Im gegenteiligen Fall erstarrt das Bild wenn der Zwischenspeicher leer ist, es wird sich erst weiterbewegen, wenn der Durchsatz auf ein ausreichendes Niveau ansteigt, damit sich der Zwischenspeicher wieder füllt. Ein Vorteil dieser Lösung ist, dass der Inhalt des Zwischenspeichers keinen Fehler enthält und dass die Anzeige ohne jede Korrektur des Anzeigegerätes perfekt ist. Aber ein HauptNachteil dieser Lösung ist, dass der Durchsatz variieren kann und dass das Bild erstarren kann, wenn die Verbindung besonders schlecht ist.
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Die Erfindung hat insbesondere zum Ziel, den Durchsatz der WiFi-Verbindung festzusetzen, so dass er nicht mehr in Abhängigkeit der Fehlerrate in der Verbindung variiert. Die Erfindung ermöglicht es, sowohl den Abwärts-Durchsatz in der Richtung Server-Client als auch den Aufwärts-Durchsatz in der Richtung Client-Server abzugrenzen. Die Erfindung ist besonders effektiv, wenn die Nenn-Fehlerrate in der Verbindung geringer als 10-2 ist. Dies ist in der Praxis sehr oft der Fall, insbesondere dank vorhandener Empfangsbestätigungs-Mechanismen, die durch die OSI-Schichten auf niedriger Ebene implementiert sind. Im Rahmen einer Mehr-Client-Anwendung wie Video-auf-Anfrage eines IFE-Systems verwendet, ermöglicht sie es insbesondere, zu verhindern, dass die Störungen der Empfangsleistung, denen ein einzelner Client begegnen kann, keine Auswirkungen auf die anderen Clients haben, das heißt, zu verhindern, dass die Wiederherstellungsmaßnahmen der verlorenen Daten eines Clients die Verbindungen der anderen Clients verlangsamen. Diesbezüglich hat die Erfindung ein Verfahren zum Senden von Datenpaketen von einem Server zu einem Client zum Inhalt, wobei der Client die Daten, die er empfängt, zeitgleich mit einem konstanten Durchsatz verwendet. Ein Strom von Datenpaketen vom Server zum Client besteht aus einem Haupt-Strom, einem Wiederübertragungs-Strom, um die Pakete erneut zu senden, die nicht vom Client empfangen wurden, und einem Vorwegnahme-Strom, um Daten beim Client anzusammeln. Der Durchsatz des Haupt-Stromes ist festgelegt auf den konstanten Durchsatz, mit dem der Client die Daten verwendet. Der Durchsatz des Vorwegnahme-Stromes ist auf einen bestimmten Wert festgelegt, wenn der Durchsatz des Wiederübertragungs-Stromes Null ist. Der Durchsatz des Vorwegnahme-Stromes ist Null und die Summe der Durchsätze des Haupt-Stromes und des Wiederübertragungs-Stromes ist festgelegt auf den konstanten Durchsatz, mit dem der Client die Daten verwendet, wenn der Durchsatz des Wiederübertragungs-Stromes nicht Null ist oder wenn der Client Daten über eine bestimmte Schwelle hinaus angesammelt hat. Ein Paket, das vom Server versendet, aber nicht vom Client empfangen wurde, wird mit einer bestimmten Verzögerung nach seinem ersten Versenden wiederholt gesendet. Ein Paket, das vom Server versendet, aber nicht vom Client empfangen wurde, wird nur dann wiederholt gesendet, wenn der dieser zuvor schon eine gegebene Anzahl an vom Server gesendeten Paketen empfangen hat.
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Vorteilhafterweise kann der Server Datenpakete über das genannte Verfahren an mehrere Clients gleichzeitig senden.
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Zum Beispiel kann der Vorwegnahme-Strom festgelegt werden auf einen Prozentsatz des konstanten Durchsatzes, mit dem der Client die Daten verwendet, wenn der Durchsatz des Wiederübertragungs-Stromes Null ist.
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In einer Ausführungsform kann der Server die Datenpakete, die er zum Client sendet, nummerieren. Der Client kann den Server anhand der Nummerierung der Pakete darüber informieren, dass Pakete unter den Datenpaketen, die er angesammelt hat, fehlen, und dass für sie die Frist, seit der sie hätten empfangen werden müssen, abgelaufen ist. Der Client kann den Server ebenso fortlaufend darüber informieren, dass Pakete unter den Datenpaketen, die er angesammelt hat, fehlen, und dass für sie fortlaufende Fristen, seit der sie hätten empfangen werden müssen, abgelaufen sind.
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Zum Beispiel kann der Client die durchschnittliche Zeit zwischen dem Empfang von zwei aufeinanderfolgenden Paketen abschätzen. Durch Multiplizieren der Differenz zwischen der Nummer des letzten empfangenen Paketes und der Nummer eines jeden angesammelten Paketes mit der durchschnittlichen Zeit kann er die Zeitspanne ableiten, vor der das genannte Paket empfangen wurde.
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Vorteilhafterweise kann der Client den Server dadurch informieren, dass er ihm eine Nachricht mit negativer Empfangsbestätigung schickt. Die Nachricht kann die Nummern der fehlenden Pakete angeben und der Server kann dem Client die Pakete erneut schicken, deren Nummer in der Nachricht angegeben ist.
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In einer Ausführungsform kann der Client einen Zähler mit positivem Wert r hochzählen, wenn er ein Paket vom Server empfängt, und nur dann eine Nachricht mit negativer Empfangsbestätigung schicken, wenn er den Zähler herabzählen kann von einem positivem Wert, der größer ist als der Herabzähl-Wert, so oft, wie es fehlende Pakete gibt und ohne dass der Zähler einen negativen Wert annimmt.
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Der Client kann dem Client die Datenpakete schicken über eine WiFi-Verbindung oder über jegliche andere Verbindung mit oder ohne Kabel, die dazu geeignet ist, Pakete aufzunehmen, zum Beispiel Video-Datenpakete, die der Client zeitgleich auf einem Bildschirm anzeigt. Eventuell kann das Video von einem Passagier eines Luftfahrzeugs angesehen werden.
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Die Erfindung hat des Weiteren die wesentlichen Vorteile, dass sie keinerlei Auswirkung auf die Netzwerkschichten auf tieferer Ebene hat, wie die physische Schicht (PHY) und die Verbindungs-Schicht (MAC). Folglich ist die Erfindung komplett von der WiFi-Verbindung selbst unabhängig, da die Normen 802.11 ausschließlich diese beiden Schichten betreffen. Auch entwickelt sich die drahtlose Technologie weiter, sei es die verwendete WiFi-Technologie oder eine andere, die Lösung nach der Erfindung bleibt ohne jede Änderung effektiv. Auf Ebene der Netzwerkschichten PHY und MAC ersichtliche Lösungen hängen unveränderbar vom Material und der Software ab, zum Beispiel von einer WiFi-Karte und ihrem Treiber. Sie müssen also verändert werden, wenn sich der Standard weiterentwickelt oder wenn sich das Material verändert. Dies ist nicht der Fall der Lösung nach der Erfindung, die ferner, verglichen mit Lösungen auf Ebene der PHY- und MAC-Schichten, die eine tiefe Kenntnis des verwendeten, drahtlosen Standards und der materiellen Architektur erfordern, nur einen geringen Implementierungs-Aufwand erfordert. Die Lösung nach der Erfindung ist also günstiger. Schließlich ist die Lösung nach der Erfindung dazu in der Lage, eine bessere Gelegenheit für eine Wieder-Übertragung der verlorenen Pakete abzuwarten, da sie dazu in der Lage ist, eine Wieder-Übertragung zu verzögern, wohingegen die Verfahren auf Ebene der tiefen Schichten nur Mittel zum unverzüglichen erneuten Übertragen bieten.
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Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden mit Hilfe der folgenden Beschreibung hervorgehen, die auf die angehängten Zeichnungen Bezug nimmt, die repräsentieren:
- - die 1 eine Darstellung eines Beispiels einer Ausführungsform der Erfindung durch ein Architektur-Diagramm;
- - die 2 eine Darstellung eines Mechanismus zur Vorrats-Ansammlung, eingesetzt im Beispiel der 1;
- - die 3 eine Darstellung des angesammelten Vorrats im Beispiel der 1 durch einen Graphen.
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Die 1 illustriert durch ein Architekturdiagramm ein Ausführungsbeispiel der Erfindung, das zum Beispiel an Bord eines Flugzeugs implementiert werden kann, um in einem drahtlosen IFE-System Video-auf-Anfrage anzubieten. Ein Server-Modul 3 umfasst insbesondere das ganze notwendige Material zur Speicherung und zum Auslesen der Videodaten, so wie auch deren Versand an einen Zugangspunkt 4 über eine drahtgebundene Verbindung, die teilweise durch einen Anschluss 5 dargestellt wird. Der Zugangspunkt 4 verfügt zum Beispiel über eine WiFi-Station 1, die die Daten drahtlos zu einer WiFi-Station 2 weitersendet. Ein Client-Modul 6 umfasst das ganze Material, das zum Empfang der Videodaten notwendig ist, zum Beispiel die WiFi-Station 2, so wie auch deren Anzeige mittels eines Bildschirmes, der nicht in der 1 dargestellt ist. Es versteht sich, dass sich das Server-Modul 3 im Beispiel von 1 an eine Mehrzahl von dem Client-Modul 6 identischen Modulen richten kann. Aber um das Verständnis der Erfindung zu vereinfachen, ist ein einziges Client-Modul in der 1 dargestellt.
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Die Erfindung schlägt zum Beispiel vor, einen Mechanismus von negativen Empfangsbestätigungen einzusetzen, bekannt unter der englischen Bezeichnung „Negative ACKnowledgement“ (NACK). Es handelt sich für das Client-Modul 6 darum, eine „NACK“-Nachricht über einen Anschluss 7 zu senden, wenn er ein Datenpaket nicht empfangen hat. Die „NACK“-Nachricht wird drahtlos über die WiFi-Station 2 an die WiFi-Station 1 gesendet, wobei der Zugangspunkt 4 die Nachricht über die drahtgebundene Verbindung an das Server-Modul 3 weitersendet. In diesem Beispiel ist die verwendete Implementierung der ersten 5 Schichten des OSI-Modells die folgende. Die Schicht 1, oder physische Schicht (PHY), und die Schicht 2, oder die Verbindungs-Schicht (MAC), implementieren die Norm 802.11a. Die Schicht 3, oder die Netzwerk-Schicht, implementiert das IP-Protokoll. Die Schicht 4, oder die Transport-Schicht implementiert das UDP-Protokoll. Die Schicht 5, oder die Sitzungs-Schicht, implementiert das RTP-Protokoll. Aus Sicht der Schichten 1 und 2 ist diese Implementierung des OSI-Modells gut an die WiFi-Verbindung angepasst, die in der 1 durch die WiFi-Station 1 und die WiFi-Station 2 dargestellt wird. Damit das Modul 6 feststellen kann, dass es ein Paket, das vom Modul 3 versendet wurde, nicht empfangen hat, kann das Modul 6 vorteilhafter Weise in jedem Datenpaket den Kopf, der der Schicht 5 entspricht, die das RTP-Protokoll implementiert, heranziehen. In der Tat enthält dieser RTP-Kopf insbesondere eine vom Sende-Modul 3 eingesetzte Sequenz-Nummer, die schlicht durch Inkrementieren um 1 von einem Paket zum darauffolgenden erhalten wird. Hier kann es des Weiteren vorteilhaft für das Empfangs-Modul 6 sein, ausgehend von dieser Sequenz-Nummer eine Paket-Nummer eines Paketes festzustellen, das es hätte empfangen müssen, aber nicht empfangen hat, in diesem Fall kann es zum Beispiel eine „NACK“-Nachricht an das Sende-Modul 3 zurücksenden. Die „NACK“-Nachricht kann die Sequenz-Nummer des ersten verlorenen Paketes und die Sequenz-Nummer des ersten Paketes, das nach diesem ersten verlorenen Paket empfangen wurde, enthalten. Zum Beispiel kann der Client, wenn er zu Beginn mit 11, 12, 13, 14, 18, 19 und 20 nummerierte Pakete erhält, dann die Nachricht NACK(15,18)“ auf dem Anschluss 7 senden und das Server-Modul 3 sendet anschließend die Pakete 15, 16 und 17 erneut auf dem Anschluss 5.
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Um die wiederholte Sendung eines Paketes zeitlich von seinem ursprünglichen, verlorenen Versand zu entkoppeln, schlägt die Erfindung des Weiteren vor, dass das Modul 6 die „NACK“-Nachricht nicht sofort sendet, sondern eher eine bestimmte Zeit abwartet. In unserem Fall beginnt die Wartezeit beim Empfang vom Paket Nummer 18. Auf diese Weise würde dann, falls der Grund für den Verlust des Paketes vorübergehend wäre, wie es oft bei der zuvor beschriebenen Erscheinung des „micro-fading“ der Fall ist, der zweite Versand des Paketes mit einer viel höheren Wahrscheinlichkeit effektiv empfangen als wenn der erneute Versand direkt nach dem ersten Versand erfolgt wäre. Es ist vorzuziehen, einen Zeitabstand für den Versand der „NACK“-Nachricht zu wählen, der im Maßstab eines Informatik-Netzwerkes recht erheblich ist, das heißt mehrere Sekunden, um so den Moment des erneuten Versandes wirklich vom Moment des ersten Versandes, dem Moment, in dem die Empfangsleistung zu gering war, zu entkoppeln. Folglich ist es angebracht, die Datenpakete einige Sekunden vor deren Anzeige zu empfangen, um so über die notwendige Zeit zu verfügen, um eventuell eine „NACK“-Nachricht zu senden, falls ein Paket fehlt und so die erneute Sendung empfangen zu können. Ferner, da der Film beginnt, sobald ein Passagier die Anzeige startet, sieht er am Anfang die Bilder so, wie sie anfänglich von der WiFi-Station 2 empfangen werden, mit einer nominalen Fehlerrate tw, die der Fehlerrate der zugrundeliegenden WiFi-Verbindung entspricht, ohne den Mechanismus der verzögerten, negativen Empfangsbestätigungen gemäß der Erfindung. Zum Beispiel kann tw im Durchschnitt 10-4 betragen, mit Spitzen bei 10-3. Das bedeutet, dass im Durchschnitt für 10000 vom Sende-Modul 3 gesendete Datenpakete 1 Datenpaket nicht vom Empfangs-Modul 6 empfangen wird, aber dass dies bis auf 1 nicht empfangenes Paket auf nur 1000 gesendete Pakete ansteigen kann. Dann sieht der Passagier, wenn er im Film voranschreitet, die Bilder so, wie sie vor einigen Sekunden von der WiFi-Station empfangen wurden, mit einer korrigierten Fehlerrate ti, die der Fehlerrate gemäß der Erfindung entspricht, das heißt einschließlich, dank des Mechanismus der verzögerten, negativen Empfangsbestätigungen gemäß der Erfindung, eventuell zum zweiten Mal gesendeter Pakete. Zum Beispiel kann ti 10-6 betragen, das heißt, dass auf 1000000 vom Sende-Modul 3 gesendeter Datenpakete 1 Paket nicht vom Empfangs-Modul 6 empfangen wurde. Es ist wichtig, anzumerken, dass ein wichtiges Ziel des zuvor beschriebenen Mechanismus der verzögerten, erneuten Übertragung darin liegt, die erneute Übertragung eines Paketes zeitlich vom ursprünglichen Ereignis des „micro-fäding“ und des ursprünglichen Verlustes des Paketes zu entkoppeln.
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Es ist ebenso anzumerken, dass es sich nicht um eine direkte Zwischenspeicherung handelt, da anfänglich beim Start des Filmes keine im Speicher gehaltenen Daten existieren. Es handelt sich eher um einen Mechanismus zur Vorrats-Ansammlung, im Folgenden detailliert beschrieben, der insbesondere dadurch erhalten wird, dass eine Sitzung gestartet wird mit einem Herunterlade-Durchsatz der größer ist, als der Lese-Durchsatz. Es ist ebenso anzumerken, dass der im Modul 6 enthaltene Bildschirm eventuell die Unbequemlichkeit lindem kann, die die Restfehler verursachen können, dies zum Beispiel durch Verfahren der Glättung des Bildes. Solche Verfahren korrigieren nicht die Fehler selbst, sie machen sie nur weniger sichtbar oder weniger hörbar. Sie ermöglichen es jedoch, eine sichtbare oder hörbare Fehlerrate ta,v mit tw > ti > ta,v zu erzielen.
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Die 2 stellt durch einen Graphen den Mechanismus der Vorrats-Ansammlung dar, durch die Erfindung im Beispiel der 1 eingesetzt, in einem Achsensystem, in dem die Abszissen-Achse die Dauer einer Sitzung in Sekunden darstellt und die Ordinaten-Achse den Durchsatz in der Verbindung zwischen dem Server 3 und dem Client 6 in Mbps darstellt. Der Server 3 sendet 1000 Sekunden lang Datenpakete mit einem nominellen Durchsatz D gleich 10 Mbps an den Client 6, was dem zur sofortigen Anzeige der empfangenen Videodaten notwendigen Durchsatz entspricht. Der entsprechende Datenstrom wird in 2 Teile zerlegt. Ein erster Teil P bildet einen „Haupt“-Strom von Daten. Der Strom P besteht aus Video-Datenpaketen, die zum ersten Mal gesendet wurden, um zeitgleich angezeigt zu werden. Ein zweiter Teil R bildet einen Datenstrom der „Wiederübertragung“. Der Strom R besteht aus Video-Datenpaketen, die zum zweiten, dritten oder allgemein zum n-ten Mal gesendet werden, mit n≥2. Der Strom R entspricht die meiste Zeit einem Durchsatz gleich 0, was im Folgenden in der Form R=0 geschrieben wird. Der Strom nimmt nur punktuell Werte an, die nicht Null sind, wenn eines oder mehrere Pakete verloren sind. Ein dritter Strom A ist ein Strom von Daten, die einem angesammelten „Vorrat“ entsprechen. Der Strom A besteht aus Video-Datenpaketen, die zum ersten Mal gesendet werden, um später angezeigt zu werden. Der Vorrats-Strom A kann zum Beispiel einen Durchsatz von 10% des Maximums des nominellen Durchsatzes D haben, was im Folgenden in der Form A=D×0,1 geschrieben wird, das heißt A=1 Mbps. Dank des Stromes A kann ein Durchsatz von 10% über dem nominellen Durchsatz D der Daten vom Server 3 verwendet werden, um einen Vorrat auf den Strom der sofort angezeigten Daten zu bilden.
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Permanent ist P+R=D, das heißt, dass der Haupt-Strom P und der Wiederübertragungs-Strom R nicht den nominellen Durchsatz D überschreiten. Wenn R ≠ 0, das heißt, wenn Datenpakete verloren sind und der Client 6 „NACK“-Nachrichten sendet, nimmt der Haupt-Strom P ab, um Datenpakete erneut senden zu können. Dies ist, was zu einem Zeitpunkt t2 passiert, einer Zeit von etwas weniger als 500 Sekunden der Sitzung entsprechend, wo P=9 Mbps und R=1 Mbps. Es ist anzumerken, dass im Zeitpunkt t2 A=0. Der Server 3 sendet dann die Datenpakete mit einem Durchsatz von D=10 Mbps.
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In der Tat wird der Mechanismus der Vorrats-Ansammlung, den der Strom A darstellt, nur dann verwendet, wenn keine erneute Übertragung läuft, das heißt, wenn R=0 und P=D. In diesem Fall erhält der Server 3 keine „NACK“-Nachricht vom Client 6, er stellt also die Hypothese auf, dass die Übertragungsqualität ausreicht, um ein bißchen schneller zu werden, und er erhöht den Sende-Durchsatz der Datenpakete. Dies ist, was zu einem Zeitpunkt t1 passiert, einer Zeit von etwas mehr als 350 Sekunden der Sitzung entsprechend, wo R=0 und P=D=10 Mbps und A=D×0,1=1 Mbps. Der Server 3 sendet dann die Datenpakete mit einem Durchsatz von D×1,1=11 Mbps, das heißt 10% über dem nominellen Durchsatz D, der dem Anzeige-Durchsatz durch den Client 6 entspricht, der also Video-Daten im Vorrat ansammelt. Der Vorrat, den der Client 6 annehmen kann, ist dabei beschränkt. Im Beispiel der 1 und 2 ist der Vorrat auf 60 Sekunden Anzeige beschränkt. Dies erklärt, dass der Strom A ab einem Zeitpunkt t3, einer Zeit von etwas weniger als 800 Sekunden oder etwa 13 Minuten der Sitzung entsprechend, fast auf einen Durchsatz von Null zusammensackt. Es ist wichtig, hervorzuheben, dass ein wichtiges Ziel des vorliegenden Mechanismus zur Vorrats-Ansammlung, der auf drei Strömen aufbaut, die einen Durchsatz zwischen 100% und 110% eines festen Durchsatzes D sichern, darin besteht, den abwärts laufenden Durchsatz, der dazu verwendet wird, Pakete gleichzeitig an jeden der zahlreichen Clients, darunter der Client 6, zu senden. Auch läuft eine Verminderung der Empfangsleistung auf der Verbindung zwischen dem Server 3 und dem Client 6 nicht Gefahr, negative Auswirkungen auf die Verbindungen zwischen dem Server 3 und anderen Clients zu haben. Denn wie auch immer die notwendige Anzahl der erneuten Übertragungen vom Server 3 zum Client 6 sei, kann der gesamte, abwärts laufende Durchsatz vom Server 3 zum Client 6 110% von D nicht überschreiten, was dazu führt, verlorene Pakete nicht erneut zu senden.
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Die 3 stellt durch einen Graphen die Erscheinung der Vorrats-Ansammlung im Beispiel des Einsatzes der Erfindung aus 1 dar, in einem Achsensystem, in dem die Achse der Abszissen die Dauer der Sitzung in Sekunden darstellt und die Achse der Ordinaten die Dauer des angesammelten Vorrats in Sekunden darstellt. Eine Kurve 10 stellt die Entwicklung des angesammelten Vorrats dar, das heißt, das Integral von A nach der Zeit, was im Folgenden als ∫A geschrieben wird. Beim Start der Sitzung, das heißt im Zeitpunkt 0, ist der angesammelte Vorrat ∫A Null. Zu einem Zeitpunkt t4, etwa 500 Sekunden der Sitzung entsprechend, ist der angesammelte Vorrat ∫A etwas geringer als 40 Sekunden. Zum bereits durch die 2 dargestellten Zeitpunkt t3, das heißt nach etwa 13 Minuten der Sitzung, erreicht der angesammelte Vorrat ∫A 60 Sekunden, was in diesem Beispiel des Einsatzes der Erfindung der maximal erlaubte Wert des Vorrats ist. Daher steigt der angesammelte Vorrat ∫A ab diesem Zeitpunkt t3 nicht mehr an und bleibt konstant bei 60 Sekunden. Dies erklärt sich durch die Tatsache, dass der Strom A ab dem Zeitpunkt t3 einen Nachbar-Strom von 0 besitzt. Der Server 3 sendet dann die Datenpakete zum Client 6 mit einem nominellen Durchsatz D = P+R = 10 Mbps. Es ist anzumerken dass die Spanne von 10% über dem nominellen Durchsatz D selbst nach dem Zeitpunkt t3 für den Client 6 reserviert bleiben muss, selbst wenn diese Spanne nicht verwendet wird. In der Tat kann sich die Empfangsqualität zu jedem Zeitpunkt verschlechtern und Verluste von Datenpaketen nach sich ziehen. Der Teil des Wiederübertragungs-Stromes R steigt dann zu Lasten des Haupt-Stromes P, in diesem Fall muss der angesammelte Vorrat ∫A angebrochen und später wiederhergestellt werden. Die Wiederherstellung des angesammelten Vorrats ∫A, um ihn wieder auf einen Wert von 60 Sekunden zu bringen, erfordert, den Vorrats-Strom A mit einem Nachbar-Durchsatz von 1 Mbps wieder aufzubauen. Es ist ebenso anzumerken, dass der optimale Wert an maximal erlaubtem Vorrat von zahlreichen Variablen abhängt, wie von der Menge an verfügbarem Speicher zum Lagern der Video-Daten seitens des Clients 6. Im Vorliegenden Fall der Ausführung ermöglicht es der Mechanismus der Vorrats-Ansammlung gemäß der Erfindung dem Client 6 auf jeden Fall, Videodaten anzuzeigen, die er 60 Sekunden im Voraus empfangen hat, und so das Senden einer „NACK“-Nachricht verzögern zu können, wenn ihm ein Datenpaket in den empfangenen Paketen fehlt.
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Der Client 6 empfängt die Datenpakete in der Reihenfolge, in der sie bei der WiFi-Station 2 ankommen. Manche empfangenen Pakete sind Pakete, die zum ersten Mal gesendet wurden. Andere Pakete sind erneut übertragene Pakete. Folglich muss der Client 6 zunächst diese Pakete bezüglich ihrer RTP-Sequenz-Nummer einsortieren. Nach einer bestimmten Zeit sammelt der Client 6 dank des zuvor beschriebenen Mechanismus zur Vorrats-Ansammlung ein den Vorrats-Videodaten zugeordnetes Segment an. Eventuell enthält dieses Segment fehlende Daten, die Löcher füllen. Es kann bis zu 60 Sekunden an Video enthalten, aber mit Löchern. In der vorliegenden Ausführung der Erfindung setzt der Client 6 zum Beispiel einen Mechanismus ein, der als Analogie und zur Vereinfachung der vorliegenden Darstellung mit der Bezeichnung „Reiniger“ benannt wird. Ein Reiniger ist ein Mechanismus, der darin besteht, auf die Daten des Segments in ihrer Reihenfolge zuzugreifen, aber eine gewisse Zeit nachdem sie empfangen wurden, um die Fehler zu „bereinigen“. Es geht darum, die abwesenden Sequenz-Nummern im Segment festzustellen, das heißt die Löcher, um eine „NACK“-Nachricht für diese fehlenden Sequenz-Nummern zu senden. Jeder Reiniger ist durch eine Verzögerung ΔT bezüglich des Stromes der empfangenen Daten charakterisiert. Zum Beispiel kann ein erster Reiniger in dem Segment auf die Daten zugreifen, die 2 Sekunden früher empfangen wurden. Ein zweiter Reiniger kann in dem Segment auf die Daten zugreifen, die 20 Sekunden früher empfangen wurden. Ein dritter Reiniger kann in dem Segment auf die Daten zugreifen, die 40 Sekunden früher empfangen wurden. Die Anzahl an Reinigern und deren entsprechende Verzögerungs-Zeiten (ΔTi) können variieren. So ist der Versand einer „NACK“-Nachricht durch den Client 6 bezüglich der entsprechenden Sendung durch den Server 3 um 2, 20 oder 40 Sekunden verzögert. Es ist wichtig, anzumerken, das es die Reiniger sind, die es gemäß der Erfindung ermöglichen, die erneuten Übertragungen zu verzögern.
