DE112005002078T5

DE112005002078T5 - Leistungsoptimierung eines drahtlosen Netzwerks auf unterschiedlichen Protokollschichten durch gleichzeitiges Anpassen von Kommunikationsparametern

Info

Publication number: DE112005002078T5
Application number: DE112005002078T
Authority: DE
Inventors: Emily Portland Qi; Ravi Portland Murty; Tsung-Yuan Portland Tai
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2004-09-01
Filing date: 2005-08-04
Publication date: 2007-07-19
Also published as: CN104684010A; TWI322598B; GB2432490B; GB2432490A; US20060045117A1; TW200623720A; GB0700224D0; CN101044778A; US7583645B2; WO2006028622A1

Abstract

Verfahren zur Kommunikation, das umfaßt:
Beobachten von Eigenschaften einer drahtlosen Kommunikationsnetzwerkumgebung; und Anpassen von wenigstens zwei unterschiedlichen Kommunikationskonfigurierungsparametern im wesentlichen gleichzeitig anhand der beobachteten Eigenschaften.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldungen
Die Anmeldung beansprucht die Priorität gemäß 35 U.S.C. § 120 der ebenfalls anhängigen US-Patentanmeldung Seriennummer 10/839,054 mit dem Titel „Method and Apparatus to Provide Adaptive Transmission Parameters for Wireless Networks", eingereicht am 4. Mai 2004 von Murty et al.
Allgemeiner Stand der Technik
Drahtlose Netzwerke werden zunehmend beliebter und finden breiten Einsatz in zahlreichen Umgebungen. Beispielsweise werden drahtlose lokale Netzwerke (WLANs) zunehmend zu Hause, in Büros, Universitäten und anderen öffentlichen Bereichen eingesetzt. Trotz des dramatischen Nutzungsanstiegs in jüngerer Zeit ist die WLAN-Leistung heute keineswegs optimal, weshalb die Erfahrungen der Benutzer aufgrund signifikanter Veränderungen, die innerhalb kürzester Zeiträume in der Umgebung des drahtlosen Netzwerks auftreten können, variieren können.
Industriestandards wie z.B. die verschiedenen 802.11x-Technologien, die vom Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) geregelt werden, bieten noch keine Lösung für eine effiziente Verwaltung drahtloser Netzwerke. Gegenwärtige WLANs benutzen eine verteilte Koordinationsfunktion (distributed coordination function – DCF), um auf den Funkkanal zuzugreifen. DCF benutzt Mehrfachzugangsverfahren mit Trägerprüfung und Kollisionsvermeidung (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance – CSMA/CA), wobei Empfänger Bestätigungen (ACKs) senden, wenn sie ein Paket erfolgreich empfangen haben, und der Sender das Paket anderenfalls erneut sendet.
Entsprechend hängt die Leistung der DCF stark von der Kanallast und der Anzahl von Benutzern ab, die um einen Zugangspunkt (ZP) und seinen zugehörigen Funkkanal konkurrieren. Wenn ein ZP und sein zugehöriger Funkkanal überlastet sind, nimmt häufig der Durchsatz pro Benutzer ab, was eine geringere Leistung für alle Benutzer bedeutet, und nicht nur für die letzten, die sich verbunden haben. Bisher hat sich der Großteil der Forschung zur Verbesserung der Leistungsoptimierung von drahtlosen Netzwerken auf das Anpassen von nur jeweils einem Parameter in der MAC-(Media Access Control – Medienzugriffssteuerung)-Schicht zugleich konzentriert. Da ein drahtloses Netzwerk jedoch von einer Kombination von Faktoren wie Störbeeinflussung, Kollisionen von Paketen mit geringer Signalstärke, und anderen beeinträchtigenden Problemen geplagt sein kann, wäre es wünschenswert, verschiedene Netzwerkparameter zu überwachen, und mehrere Netzwerkkonfigurierungsparameter gleichzeitig anzupassen, um die Funkleistung zu verbessern.
Kurze Beschreibung der Figuren
Aspekte, Merkmale und Vorteile der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden anhand der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Figuren deutlich, wobei gleiche Bezugszeichen auf gleichartige Elemente hinweisen, und wobei:
1 ein Blockdiagramm eines drahtlosen Netzwerks gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist;
2 ein funktionales Blockdiagramm ist, das eine beispielhafte adaptive Architektur gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
3 ein Ablaufdiagramm ist, das ein Verfahren zum Anpassen mehrere Kommunikationskonfigurierungsparameter gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
4 ein funktionales Blockdiagramm einer Ausführungsform einer drahtlosen Vorrichtung ist, die dazu ausgebildet ist, ein oder mehrere Verfahren der vorliegenden Erfindung auszuführen.
Detaillierte Beschreibung
Obwohl die nachfolgende detaillierte Beschreibung Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung in Bezug auf Schnittstellen und Architekturen für WLANs beschreibt, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt, und kann auf andere Typen von drahtlosen Netzwerken oder Luftschnittstellen angewandt werden, bei denen Vorteile erzielbar sind. Zu solchen Luftschnittstellen gehören insbesondere, aber ohne Beschränkung darauf, drahtlose Weitverkehrsnetze (wireless wide area networks – WWANs), drahtlose Stadtgebietsnetzwerke (wireless metropolitan area networks – WMANs), wie z.B. drahtlose Breitbandlösungen, die umgangssprachlich als „wireless to the max"-(WiMAX)-Luftschnittstellen bezeichnet werden, Kurzstreckenfunknetzwerke (wireless personal area networks – WPANs) und ähnliches.
Die folgenden erfinderischen Ausführungsformen können in verschiedenen Anwendungen benutzt werden, darunter Sender und Empfänger eines Funksystems, obwohl die vorliegende Erfindung in dieser Hinsicht nicht beschränkt ist. Funksysteme, die speziell im Umfang der vorliegenden Erfindung enthalten sind, sind, ohne Beschränkung darauf, Netzwerkkarten (NICs), Netzwerkadapter, Mobilstationen, Basisstationen, ZPs, Router, Netzübergänge, Brücken, Repeater und Hubs. Ferner können zu den Funksystemen im Umfang der Erfindung Mobiltelefonsysteme, Satellitensysteme, persönliche Kommunikationssysteme (PCS), Wechselverkehrsfunksysteme, Wechselverkehrspager, Personalcomputer (PC) und zugeordnete Peripheriegeräte, persönliche digitale Assistenten (PDAs), Zubehör von Personalcomputern und alle existierenden und künftig aufkommenden Systeme, die in ihrer Natur verwandt sind, und auf die die Grundgedanken der erfinderischen Ausführungsformen in geeigneter Weise angewandt werden können, gehören.
Bezugnehmend auf 1 können die hier beschriebenen erfinderischen Ausführungsformen in einem drahtlosen Netzwerk 100 mit einer oder mehreren Mobilstationen 110 bis 116 und einer oder mehreren Netzwerkzugangsstationen 120 verwendet werden. In einer beispielhaften Implementierung kommunizieren die Mobilstationen 110 bis 116 und die Netzwerkstation 120 über WLAN-Protokolle miteinander, die einem oder mehreren der IEEE-802.11x-Standards für WLAN (z.B. 802.11 a, b, g oder n) entsprechen, obwohl die Ausführungsformen der Erfindung in dieser Hinsicht nicht beschränkt sind.
Jede beliebige Mobilstation 110 bis 116 und/oder Netzwerkzugangsstation 120 (die in WLAN-Ausführungsformen jeweils als STAs bzw. ZPs bezeichnet werden), kann eine adaptive MAC-Architektur aufweisen, die es der STA und/oder dem ZP erlaubt, die Kennlinien oder Eigenschaften der drahtlosen Umgebung zu analysieren, und sich intelligent an die dynamische Umgebung anzupassen. In bestimmten Ausführungsformen kann die adaptive MAC-Architektur aufgrund der Funktionen der MAC-Schicht und ihrer Position dazu konfiguriert sein, einfache Anpassungen unterschiedlicher Protokollschichten und/oder Kommunikationskonfigurierungsparameter gleichzeitig oder in Folge vorzusehen, um die Leistung des drahtlosen Netzwerks 100 zu optimieren. Im hier verwendeten Sinne bedeutet das Anpassen von mehr als einem Kommunikationskonfigurierungsparameter „im wesentlichen gleichzeitig", „in Folge", „simultan" und/oder „im wesentlichen simultan", daß für die nächste Übertragung von einer drahtlosen Netzwerkvorrichtung zwei oder mehr Kommunikationskonfigurierungsparameter gegenüber ihrem bisherigen Zustand verändert werden.
Die Anpassungen der Kommunikationskonfigurierungsparameter für verschiedene Protokollschichten können die Anpassung von Parametern in den verschiedenen OSI-(Open Systems Interconnection – Offene Kommunikation)-Referenzmodellrahmen zur Kommunikation zwischen Systemen betreffen, obwohl die erfinderischen Ausführungsformen in dieser Hinsicht nicht beschränkt sind. Beispielsweise können Anpassungen von Parametern in der physikalischen Schicht, der Datenverbindungsschicht, der Netzwerkschicht, der Transportschicht, der Kommunikationssteuerungsschicht, der Darstellungsschicht und/oder der Anwendungsschicht erfolgen, und Kombinationen von Schichten und/oder Unterschichten, die von verschiedenen Standards spezifiziert werden (z.B. ist die MAC-Schicht eine IEEE-Spezifikation für die untere Hälfte der Datenverbindungsschicht) können ebenfalls vorgenommen werden, obwohl die erfinderischen Ausführungsformen in dieser Hinsicht nicht beschränkt sind.
Im hier verwendeten Sinne bedeutet der Begriff Kommunikationskonfigurierungsparameter einen Wert oder Werte, die die Übertragung der drahtlosen Kommunikation beeinflussen können, und die dynamisch verändert werden, um die Optimierung der Leistung eines drahtlosen Netz werks zu unterstützen. Spezifische Beispiele, die in den verschiedenen erfinderischen Ausführungsformen in Bezug auf WLAN verändert werden können, werden im folgenden erörtert, obwohl die Ausführungsformen der Erfindung in dieser Hinsicht nicht beschränkt sind.
Für die physikalische (PHY) Schicht kann die adaptive Modulation und/oder adaptive Sendeleistung angepaßt werden, um die Leistung der physikalischen Verbindung zu erhöhen. Die adaptive Modulation kann beispielsweise das Ändern des Modulationsverfahrens (z.B. binäre Phasenumtastung (binary phase shift keying – BPSK), Komplementärcodetastung (complementary code keying – CCK), orthogonales Frequenzmultiplexen (orthogonal frequency division multiplexing – OFDM) umfassen, um die Leistung zu erhöhen. Bei Architekturen mit mehreren Antennen für eine MIMO-(multiple input multiple output)-Übertragung kann das Anpassen von Parametern beispielsweise das Anpassen der strahlformenden Algorithmen zum Erhöhen der Leistung umfassen. Die Sendeleistung kann anhand der Störbeeinflussung oder Position von STAs durch ZPs angepaßt werden. Derartige Anpassungen können an einem oder mehreren Algorithmen zur automatischen Sendeleistungssteuerung (automatic transmit power control – ATPC) vorgenommen werden.
Für die MAC-Schicht können Anpassungen in Bezug auf Zugangspunktauswahl, um überlastete ZPs zu vermeiden, und adaptiver Fragmentierungsgrad, adaptive Datenrate, adaptiver Sendeanforderungs-(request to send – RTS)- und Sendebereitschafts-(clear to send – CTS)-Schwellenwert, adaptive Kollisionsvermeidung, adaptive Leistungsverwaltung, dynamische Kanalzuteilung und spektrale Wiederverwendung können angepaßt werden, um die Leistung der Datenverbindungsschicht zu erhöhen. Beispielhafte Anpassungen des Fragmentierungsgrads und der Datenrate werden detaillierter in der US-Anmeldung Seriennummer 10/839,054 erörtert, aufgrund derer diese Anmeldung den Vorteil der Priorität beansprucht.
Der RTS/CTS-Schwellenwert, der die Benutzung von RTS/CTS aufgrund der Datenpaketgröße vorgibt, kann abhängig von der Netzwerkumgebung angepaßt werden. Die adaptive Kollisionsvermeidung kann das Anpassen von Trägerprüfungsalgorithmen betreffen, damit Nicht-802.11-Vorrichtungen ignoriert werden, die in der Netzwerkumgebung Energie übertragen. Die adaptive Leistungsverwaltung kann das Anpassen von Leistungseinsparungsverfahren betreffen, die von bestimmten MAC-Architekturen benutzt werden, um die Akkumulatorlebensdauer von mobilen Vorrichtungen zu verlängern. Die dynamische Kanalzuteilung kann das Wechseln des Kanals (beispielsweise das Wechseln von Standardkanal 6) auf einen neuen Kanal betreffen, um Störbeeinflussung zu vermeiden oder die Überlastung eines Kanals zu reduzieren. Anpassungen der spektralen Wiederverwendung können dynamische Frequenzzuteilungen für WLAN-Vorrichtungen betreffen, beispielsweise das Wiederholen von Frequenzen, die von Netzwerkeinheiten benutzt werden, die sich in der Umgebung befinden, aber nicht benachbart angeordnet sind.
Für traditionelle Transport- und Netzwerkschichten, wie z.B. die TCP-(Transmission Control Protocol)-Schicht, die UDP-(User Datagram Protocol)-Schicht und/oder die Internetprotokoll-(IP)-Schicht, können Ende-zu-Ende-Protokolle und Überlastkontrolle angepaßt werden, um die Netzwerkleistung zu erhöhen. Traditionelle Transportprotokolle arbeiten gut in verdrahteten Netzwerken, da sie Verfahren zum Überwinden von Überlastproblemen im Netzwerk benutzen. Im Fall von drahtlosen Netzwerken geht ein Paketverlust vor allem auf Übertragungsfehler und Weiterreichungen zurück. TCP interpretiert dies als eine Überlastung und wendet traditionelle Überlastkontrollverfahren wie „Slow Start" an, um diese Probleme zu überwinden, was die Situation verschlimmert und den Gesamtdurchsatz senkt. Mit Information zur physikalischen Schicht und der Umgebung kann die Transport- und Netzwerkschicht klügere Entscheidungen treffen, beispielsweise können drahtlose Netzwerke einen Mechanismus zum Verlangsamen (oder „Backoff") von Paketen bereitstellen, die an die MAC-Schicht gesendet werden, wenn eine Anzahl von Paketkollisionen ermittelt wurde.
Für die Anwendungsschicht können Anpassungen vorgenommen werden, indem eine Anwendung als mobilitätsbewußte Multimedia-Anwendung angepaßt wird. Ein Beispiel hierfür wäre eine mobilitätsbewußte Anwendung, die sich an Änderungen der Akkumulatorleistung anpaßt, die im Mobilsystem verblieben ist, um die Anwendungsqualität und die Akkumulatorlebensdauer auszugleichen. Beispielsweise kann eine virtuelle private Netzwerk-(VPN)-Anwendung angepaßt werden, so daß sie Unterbrechungen oder Störbeeinflussung berücksichtigt, die sich in einer drahtlosen Umgebung ergeben.
Während die individuelle Anpassung eines jeden der vorstehenden beispielhaften Kommunikationskonfigurierungsparameter bekannt sein mag, wurde die koordinierte und dynamische Anpassung von zwei oder mehreren dieser Parameter gleichzeitig oder in Folge anhand der Netzwerkkennlinien bzw. Netzwerkeigenschaften zwecks Optimierung der Netzwerkleistung bisher nicht vorgeschlagen oder erreicht. Algorithmen zum Koordinieren einer dynamischen Anpassung dieser Arten von Parametern werden hier als „Smarts" oder „adaptive Smarts" bezeichnet.
Unter Hinwendung zu 2 kann ein Blockdiagramm, das eine Beispielarchitektur 200 zum Koordinieren der Anpassung von zwei oder mehr Kommunikationskonfigurierungsparametern zeigt, im allgemeinen einen Funkressourcenmeßabschnitt 205, einen Funkressourcenüberwachungsabschnitt 210 und adaptive Smarts 225 aufweisen. Adaptive Smarts 225 können mit den verschiedenen Protokollschichtschnittstellen 232 bis 238 zusammenwirken, um jeweilige Kommunikationskonfigurierungsparameter anzupassen.
Der Funkressourcenmeßabschnitt 205 kann arbeiten, um Funkressourcenmeßdaten und/oder drahtlose Netzwerkinformation von der PHY- und der MAC-Schicht 232, 234 zu erfassen, und kann die Daten oder Informationen in einem internen oder externen Speicher 206 speichern. In bestimmten Ausführungsformen kann der Funkressourcemneßabschnitt 205 auch Daten und Information von anderen Netzwerkvorrichtungen erfassen und/oder mit diesen austauschen. Der Funkressourcenmeßabschnitt kann mit jeder beliebigen Hardwarekomponente oder Kombination von Komponenten und oder Software/Firmware implementiert werden, um diese Funktionen auszuüben.
Der Funkressourcenüberwacher 210 kann arbeiten, um die Meßdaten und/oder Informationen vom Meßabschnitt 205 zu überwachen und aufgrund von einem oder mehreren intelligenten Auslösern adaptive Smarts 225 auszulösen. Intelligente Auslöser sind eine Menge von Schwellenwerten, die, falls sie erfüllt werden, ein oder mehrere adaptive Smarts 205 aktivieren können, um aufgrund der Kennlinien bzw. der Eigenschaften der Netzwerkumgebung eine Kombination von Kommunikationskonfigurierungsparametern anzupassen. Der Funkressourcenüberwacher 210 kann jede beliebige Hardwarekomponente oder Kombination von Komponenten und/oder Software/Firmware sein, die diese Funktionen ausführen kann. Bei der physikalischen Implementierung kann der Überwacher 210 bei Bedarf auch mit dem Meßabschnitt 205 und/oder den adaptiven Smarts 225 kombiniert werden.
Adaptive Smarts 225 können verschiedene Algorithmen umfassen (z.B. PHY-Smarts, MAC-Smarts, TCP/UDP-Smarts, IP-Smarts, Anwendungssmarts usw. und/oder Kombinationen derselben), die den jeweiligen Protokollschichten 232 bis 238 entsprechen. Jedes Smart 225 kann eine Menge (z.B. 2 oder mehr) von Kommunikationskonfigurierungsparametern auswählen und/oder anpassen, um die Gesamtleistung der drahtlosen Vorrichtung zu optimieren, wenn es von Überwacher 210 ausgelöst wird. Adaptive Smarts können als jede beliebige Hardwarekomponente oder Kombination von Komponenten und/oder Software/Firmware implementiert sein, die zum Erfüllen dieser Funktionen geeignet ist.
Entsprechend können eine Mobilstation, eine Netzwerkzugangsstation, eine Netzwerkkarte, ein Netzwerkadapter oder eine andere Vorrichtung, die die Architektur 200 aufweisen, mehrere Kommunikationskonfigurierungsparameter gleichzeitig und/oder in Folge anpassen. Man wird jedoch erkennen, daß in der Architektur 200 im Fall einer Implementierung mit einem ZP oder anderen Vorrichtungen Unterschiede vorliegen können. Beispielsweise ist es möglich, daß ein ZP keine adaptiven Smarts für die Netzwerk-, Transport- oder Anwendungsschicht 235 bis 238 benötigt. Viele Hardware- und/oder Firmwarekonfigurierungen sind möglich, und die erfinderischen Ausführungsformen sind nicht auf eine bestimmte Auslegungsimplementierung beschränkt.
Unter Hinwendung zu 3 kann ein Verfahren 300 zum Kommunizieren in einem drahtlosen Netzwerk im allgemeinen folgendes aufweisen: (i) Beobachten von Kennlinien oder Eigenschaften der drahtlosen Kommunikationsnetzwerkumgebung; und (ii) im wesentlichen gleichzeitiges Anpassen von wenigstens zwei unterschiedlichen Kommunikationskonfigurierungsparametern anhand der beobachteten Kennlinien oder Eigenschaften.
In einer beispielhaften WLAN-Implementierung kann das Beobachten der Kennlinien oder Eigenschaften der drahtlosen Umgebung das Erfassen 305 von Funkressourcendaten von der MAC- und/oder PHY-Schicht umfassen. Die Funkressourcendaten können benutzt werden, um Kennlinien oder Eigenschaften (z.B. Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) oder andere Kennlinien oder Eigenschaften) zu analysieren, und können verschiedene Arten von Messungen und/oder Berichten umfassen, einschließlich beispielsweise Strahlbericht, Kanallast, Rauschhistogramm, Knotenbericht, Histogramm zur mittleren Meßzeit, Statistiken zu gleichrangigen STAB, Leistungsanzeiger des Empfangskanals (received channel power indicator – RCPI) oder andere Funkkennlinien bzw. Funk-Eigenschaften. Drahtlose Netzwerkinformation kann ebenfalls erfaßt 305 werden, um eine weitere Charakterisierung der Netzwerkumgebung zu unterstützen. Derartige Netzwerkinformation kann beispielsweise Information von einem ZP-Kanalbericht (z.B. Kanalband, Kanalliste, Liste potentieller ZP-Kanäle usw.), oder einen Standortsbericht (z.B. Roaming-Kandidaten-ZPs, BSSID (Basic-Service-Set-Identifikator), BSSID-Zuordnungsstatus usw.) umfassen.
Die erfaßten Daten und/oder Informationen können bei Bedarf gespeichert werden 315 (z.B. Verwaltungsinformationsbank (VIB) 206; 2) und mit mehreren Schwellenwerten (z.B. intelligenten Auslösern) verglichen werden 320, um zu bestimmen, ob Anpassungen an den Kommunikationskonfigurierungsparametern vorgenommen werden sollten. Wenn einer oder mehrere der Schwellenwerte erfüllt werden 325, können einer oder mehrere Algorithmen (z.B. Smarts), die dem Schwellenwert zugeordnet sind, aktiviert werden 330. Die aktivierten Algorithmen können dann die zwei oder mehr Kommunikationskonfigurierungsparameter zum Optimieren der Leistung des drahtlosen Netzwerks auswählen und anpassen 335.
Gemäß einem Aspekt einer erfinderischen Ausführungsform können Konfigurierungsparameter der PHY-Schicht zugeordnet werden, wie z.B. die Modulationsanpassung oder die Anpassung der Sendeleistungssteuerung. In einem anderen Aspekt können Konfigurierungsparameter der MAC-Schicht zugeordnet werden, beispielsweise für die ZP-Auswahlanpassung, die Anpassung des Fragmentierungsgrads, die Anpassung der Datenrate, die Anpassung des RTS/CTS-Schwellenwerts, die Anpassung der Kollisionsvermeidung, die Anpassung der Leistungsverwaltung, die dynamische Kanalzuteilung oder die spektrale Wiederverwendung.
In anderen Ausführungsformen können Kommunikationskonfigurierungsparameter der Netzwerk- und/oder der Transportprotokollschicht zugeordnet werden, darunter Parameter für die Anpassung des durchgehenden Protokolls oder die Anpassung der Überlastkontrolle. In weiteren Ausführungsformen können Kommunikationskonfigurierungsparameter der Anwendungsschicht zugeordnet werden, um eine Anwendung in Bezug auf das Mobilitätsbewußtsein zu beeinflussen. Jede beliebige Kombination von Konfigurierungsparametern für verschiedene Protokollschichten kann angepaßt werden, um die Leistung des drahtlosen Netzwerks zu optimieren.
In bestimmten Ausführungsformen können Daten und/oder Information zum Analysieren der drahtlosen Netzwerkumgebung wenigstens teilweise von einer gleichrangigen Netzwerkvorrichtung wie z.B. einer Benutzerstation bereitgestellt werden.
Unter Hinwendung auf 4 kann eine drahtlose Netzwerkvorrichtung 400 gemäß einer Ausführungsform eine zentrale Verarbeitungsschaltung 450 und wahlweise eine Funkfrequenz-(FF)-Schnittstelle 410 aufweisen.
Die zentrale Verarbeitungsschaltung 450 kann jede beliebige Schaltung, Komponente oder Kombination aus Schaltungen und/oder Komponenten und/oder maschinenlesbarem Code sein, die dazu ausgebildet ist, eins oder mehrere der hier beschriebenen Verfahren auszuführen. In bestimmten Ausführungsformen kann die Schaltung 450 Hardware-, Software- und/oder Firmware-Komponenten für die PHY-Schicht- und MAC-Schicht-Verarbeitung jeweiliger Empfang/Sendesignale aufweisen, und kann beispielsweise eine Medienzugriffsteuerung 459 und einen Basisbandverarbeitungsabschnitt 456 und/oder andere Komponenten/Schaltungen aufweisen, die dazu ausgebildet sind, wenigstens teilweise die Kennlinien oder Eigenschaften der Netzwerkumgebung zu analysieren und die Kommunikationskonfigurierungsparameter anhand der Netzwerkumgebung anzupassen, wie hier beschrieben.
Zu diesem Zweck kann die Verarbeitungsschaltung 450 einen Funkressourcenmeßabschnitt 455, einen Funkressourcenüberwacher 456 und Algorithmen („Smarts") 457, 458, 461 aufweisen oder über eine Schnittstelle zu diesen verfügen. Die Vorrichtung 400 weist vorzugsweise Smarts zum Anpassen von Konfigurierungsparametern für verschiedene Protokollschichten auf, beispielsweise MAC/Netzwerk/Transport-Smarts 457, PHY-Smarts 458 und/oder Anwendungssmarts 461, obwohl die erfinderischen Ausführungsformen in keiner Weise auf dieses Beispiel beschränkt sind.
Die Vorrichtung 450 kann außerdem nach Bedarf weitere Komponenten/Schaltungen aufweisen oder über Schnittstellen zu diesen verfügen. Beispielsweise kann die Vorrichtung 450 einen Analog-Digital-Umsetzer (ADU) 452, einen Digital-Analog-Umsetzer (DAU) 454, einen Speicher oder eine Speichersteuerung 459 und/oder Anwendungen 460 aufweisen. Obwohl separat gezeigt, können die Smarts 457, 458 und 461 oder alle anderen Elemente der Vorrichtung 400 nach Bedarf zu einem einzigen Element oder einer einzigen Schaltung kombiniert oder weiter unterteilt werden.
Die FF-Schnittstelle 410 kann jede beliebige Komponente oder Kombination aus Komponenten sein, die dazu ausgebildet sind, Signale zu senden und zu empfangen. Vorzugsweise ist die FF-Schnittstelle dazu ausgebildet, Spreizspektrum- oder OFDM-modulierte Signale zu senden und zu empfangen, obwohl die Ausführungsformen nicht auf ein bestimmtes Modulationsverfahren oder eine Luftschnittstelle beschränkt sind. Die FF-Schnittstelle kann einen Empfänger 412, einen Sender 414 und einen Frequenzgenerator 416 aufweisen. Die Schnittstelle 410 kann bei Bedarf auch Bias-Steuerungen, Oszillator(en) und/oder eine oder mehrere Antennen 418, 419 aufweisen. Verschiedene FF-Schnittstellenauslegungen und ihr Betrieb sind im Stand der Technik bekannt, weshalb auf ihre Beschreibung verzichtet wird.
Die Vorrichtung 400 kann eine drahtlose Vorrichtung wie z.B. ein Mobiltelefon, ein persönlicher digitaler Assistent, ein Computer, eine persönliche Unterhaltungsvorrichtung, ein drahtloser Router, ein Zugangspunkt, eine Basisstation oder andere Ausrüstung und/oder eine drahtlose Netzwerkschnittstelle oder ein Adapter dafür sein. Entsprechend können die Funktionen und/oder spezifischen Konfigurierungen der Vorrichtung 400 nach entsprechendem Bedarf variiert werden.
Die Komponenten und Merkmale der Vorrichtung 400 können unter Benutzung jeder beliebigen Kombination diskreter Schaltungen, anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreise (ASICs), logische Gatter und/oder einfacher Chip-Architekturen implementiert sein. Ferner können die Merkmale der Vorrichtung 400 unter Benutzung von Mikrosteuerungen, programmierbaren Logikarrays und/oder Mikroprozessoren oder jeder beliebigen Kombination der genannten Elemente implementiert sein, wenn dies dem Bedarf entspricht.
Man wird verstehen, daß die Vorrichtung 400, die im Blockdiagramm aus 4 gezeigt ist, nur ein funktional beschreibendes Beispiel vieler möglicher Implementierungen ist. Entsprechend legt das Teilen, Auslassen oder Einbeziehen von Blockfunktionen, die in den begleitenden Figuren dargestellt sind, nicht nahe, daß die Hardwarekomponenten, Schaltungen, Software und/oder Elemente zum Implementieren dieser Funktionen notwendigerweise in Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kombiniert, geteilt, ausgelassen oder einbezogen werden.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter Benutzung von SISO-(Single Input Single Output)-Systemen implementiert werden. Allerdings können bestimmte alternative Implementierungen MIMO-(Multiple Input Multiple Output)-, SIMO-(Single Input Multiple Output)- oder MISO-(Multiple Input Single Output)-Architekturen benutzen, die mehrere Antennen aufweisen (z.B. 418, 419; 4).
Soweit nicht physikalisch unmöglich, sehen die Erfinder vor, daß die hier beschriebenen Verfahren: (i) in jeder beliebigen Abfolge und/oder in jeder beliebigen Kombination durchgeführt werden können; und (ii) die Komponenten einzelner Ausführungsformen in jeder beliebigen Weise kombiniert werden können.
Obwohl Ausführungsbeispiele dieser neuartigen Erfindung beschrieben wurden, sind viele Variationen und Modifikationen möglich, ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Entsprechend sind die erfinderischen Ausführungsformen nicht durch die vorangegangene spezifische Offenbarung beschränkt, sondern nur durch den Umfang der beiliegenden Ansprüche und ihrer rechtlichen Äquivalente.
ZUSAMMENFASSUNG
Beobachten von Eigenschaften (d.h. Erfassen von Funkressourcendaten von der MAC- und/oder physikalischen Schicht, wie Signal-Rausch-Verhältnis (SNR), und Einbeziehen verschiedener Arten von Messungen oder Berichten, z.B.: Funkleitstrahlbericht, Kanallast, Rauschhistogramm, Bericht zu verborgenen Knoten, Histogramm zur mittleren Meßdauer, Stationsstatistiken, Leistungsanzeiger des Empfangskanals usw.) einer drahtlosen Kommunikationsnetzumgebung, und im wesentlichen gleichzeitiges Anpassen von wenigstens zwei unterschiedlichen Kommunikationskonfigurierungsparametern anhand der beobachteten Eigenschaften (z.B. Anpassen von Fragmentierungsgrad, Modulation, Datenrate, Kollision, Leistung, Kanalzuteilung, Parameter zur spektralen Wiederverwendung). Eine drahtlose Vorrichtung kann Funkressourcen (z.B. eine Kommunikationsverbindung) überwachen, die aus der Überwachung erhaltenen (d.h. erfaßten) Daten mit mehreren Schwellenwerten vergleichen, und die Anpassung von Kommunikationsparametern verschiedener Protokollschichten (d.h. der physikalischen Schicht, der Datenverbindungsschicht, der Netzwerkschicht, der Transportschicht und der Anwendungsschicht; insbesondere erfolgt dies für die MAC-Schicht) gleichzeitig (d.h. simultan) auslösen.

Claims

Verfahren zur Kommunikation, das umfaßt: Beobachten von Eigenschaften einer drahtlosen Kommunikationsnetzwerkumgebung; und Anpassen von wenigstens zwei unterschiedlichen Kommunikationskonfigurierungsparametern im wesentlichen gleichzeitig anhand der beobachteten Eigenschaften.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei einer oder mehrere der wenigstens zwei unterschiedlichen Kommunikationskonfigurierungsparameter einer physikalischen (PHY) Schicht zugeordnet sind, und aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Konfigurierungsparametern für die Anpassung der Modulation und die Anpassung der Sendeleistungssteuerung besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei einer oder mehrere der wenigstens zwei unterschiedlichen Kommunikationskonfigurierungsparameter einer MAC-(Media Access Control)-Schicht zugeordnet sind und aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Konfigurierungsparametern für die Zugangspunkt-(ZP)-Auswahl, die Anpassung des Fragmentierungsgrads, die Anpassung der Datenrate, die Anpassung des Sendeanforderungs-(RTS)-Sendebereitschafts-(CTS)-Schwellenwerts, die Anpassung der Kollisionsvermeidung, die Anpassung der Leistungsverwaltung, die dynamische Kanalzuteilung oder die spektrale Wiederverwendung besteht.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei einer oder mehrere der wenigstens zwei unterschiedlichen Kommunikationskonfigurierungsparameter wenigstens der Netzwerk- oder der Transportschicht zugeordnet sind, und aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus Konfigurierungsparametern für die Anpassung des Ende-zu-Ende-Protokolls oder die Anpassung der Überlastkontrolle besteht.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei wenigstens die Netzwerk- oder die Transportschicht eine TCP-(Transmit-Conrol-Protokoll)-UDP-(User-Datagram-Protokoll)-IP-(Internetprotokoll)-Schicht aufweist.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei wenigstens einer der wenigstens zwei unterschiedlichen Kommunikationskonfigurierungsparameter einer Anwendungsschicht zugeordnet ist, um ein Anwendungsprogramm in Bezug auf das Mobilitätsbewußtsein zu beeinflussen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Beobachten der Eigenschaften einer drahtlosen Kommunikationsumgebung ein Erfassen von Funkressourcenmeßdaten oder drahtloser Netzwerkinformation von einer PHY- oder MAC-Schicht, sowie ein Vergleichen der erfaßten Daten oder Informationen mit mehreren vorbestimmten Schwellenwerten umfaßt.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei, wenn einer der vorbestimmten Schwellenwerte erfüllt wird, eine Menge von Kommunikationskonfigurierungsparametern angepaßt wird, die den erfüllten Schwellenwerten entspricht.
Verfahren nach Anspruch 6, wobei die erfaßten Daten oder Informationen Daten oder Informationen umfassen, die wenigstens teilweise von einer gleichrangigen Netzwerkvorrichtung bereitgestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die drahtlose Kommunikationsnetzwerkumgebung eine drahtlose lokale Netzwerk-(WLAN)-Umgebung umfaßt.
Vorrichtung zur drahtlosen Kommunikation, wobei die Vorrichtung umfaßt: eine Verarbeitungsschaltung, die so konfiguriert ist, daß wenigstens zwei unterschiedliche Kommunikationskonfigurierungsparameter im wesentlichen gleichzeitig anhand von einer oder mehreren beobachteten Eigenschaften einer drahtlosen Netzwerkumgebung angepaßt werden können.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die wenigstens zwei unterschiedlichen Kommunikationskonfigurierungsparameter jeweils unterschiedlichen Protokollschichten zugeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die unterschiedlichen Protokollschichten zwei oder mehr Protokollschichten umfassen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus einer physikalischen (PHY-) Schicht, einer MAC-(Media Access Control)-Schicht, einer Netzwerkschicht, einer Transportschicht oder einer Anwendungsschicht besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 11, die ferner eine Funkfrequenz-(FF)-Schnittstelle umfaßt, die kommunizierend an die Verarbeitungsschaltung gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Vorrichtung wenigstens einen Teil einer Mobilstation umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Vorrichtung wenigstens einen Teil einer Netzwerkzugangsstation umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Vorrichtung eine Netzwerkkarte (NIC) umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die wenigstens zwei unterschiedliche Kommunikationskonfigurierungsparameter aus einer Gruppe ausgewählt sind, die aus Parametern für die Anpassung der Modulation, die Anpassung der Sendeleistungssteuerung, die Anpassung der Zugangspunkt-(ZP)-Auswahl, die Anpassung des Fragmentierungsgrads, die Anpassung der Datenrate, die Anpassung des Sendeanforderungs-(RTS)-Sendebereitschafts-(CTS)-Schwellenwerts, die Anpassung der Kollisionsvermeidung, die Anpassung der Leistungsverwaltung, die dynamische Kanalzuteilung, die spektrale Wiederverwendung, die Anpassung des Ende-zu-Ende-Protokolls oder die Anpassung der Überlastkontrolle besteht.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Vorrichtung eine drahtlose lokale Netzwerk-(WLAN)-Vorrichtung umfaßt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Verarbeitungsschaltung ferner so konfiguriert ist, daß sie Funkressourcenmeßdaten erfassen und die erfaßten Daten mit mehreren Schwellenwerten vergleichen kann, um zu bestimmen, welche Kommunikationskonfigurierungsparameter anzupassen sind.
System, das umfaßt: eine Verarbeitungsschaltung, die so konfiguriert ist, daß wenigstens zwei unterschiedliche Kommunikationskonfigurierungsparameter im wesentlichen gleichzeitig anhand beobachteter Eigenschaften einer drahtlosen Netzwerkumgebung angepaßt werden können; und eine Funkfrequenz-(FF)-Schnittstelle, die kommunizierend an die Verarbeitungsschaltung gekoppelt ist, wobei die FF-Schnittstelle so ausgebildet ist, daß sie Daten mit Hilfe von orthogonalem Frequenzmultiplexen (OFDM) senden oder empfangen kann.
System nach Anspruch 21, wobei die wenigstens zwei unterschiedliche Kommunikationskonfigurierungsparameter jeweils unterschiedlichen Protokollschichten zugeordnet sind.
System nach Anspruch 22, wobei die unterschiedlichen Protokollschichten wenigstens zwei Protokollschichten umfassen, die aus der Gruppe ausgewählt sind, die aus einer physikalischen (PHY) Schicht, einer MAC-(Media Access Control)-Schicht, einer TCP-(Transmit Control Protocol)-UDP-(User Datagram Protocol)-IP-(Internetprotokoll)-Schicht oder einer Anwendungsschicht besteht.
Speicher mit einem maschinenlesbaren Code, der darauf gespeichert ist, wobei der maschinenlesbare Code umfaßt: Code zum Anpassen einer Menge unterschiedlicher Kommunikationskonfigurierungsparameter im wesentlichen gleichzeitig in Reaktion auf sich verändernde Kanalbedingungen.
Speicher nach Anspruch 24, wobei die Kommunikationskonfigurierungsparameter MAC-(Media Access Control)-Parameter und/oder physikalische (PHY-) Parameter umfassen.
Speicher nach Anspruch 25, wobei die MAC-Parameter einen oder mehrere Parameter zum Anpassen des Fragmentierungsgrads, der Datenrate, des Sendeanforderungs-(RTS)-Sendebereitschafts-(CTS)-Schwellenwerts, der Kollisionsvermeidung, der Leistungsverwaltung, der dynamischen Kanalzuteilung oder der spektralen Wiederverwendung umfassen.
Speicher nach Anspruch 25, wobei die PHY-Parameter einen oder mehrere Parameter zum Anpassen der Modulation oder der Sendeleistungssteuerung umfassen.
Drahtlose Kommunikationsvorrichtung, die umfaßt: eine Funkressourcenmeßschaltung zum Erfassen von Funkressourcenmeßdaten; eine Funkressourcenüberwachungsschaltung in Kommunikation mit der Meßschaltung, um die Meßdaten mit mehreren Schwellenwerten zu vergleichen; und eine Kommunikationskonfigurierungsanpassungsschaltung zum Anpassen von zwei oder mehr Kommunikationskonfigurierungsparametern der drahtlosen Kommunikationsvorrichtung anhand des Vergleichs von der Funkressourcenüberwachungsschaltung.
Drahtlose Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 28, wobei die Vorrichtung eine drahtlose lokale Netzwerk-(WLAN)-Vorrichtung umfaßt.
Drahtlose Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 28, wobei die Vorrichtung wenigstens einen Teil einer Mobilstation umfaßt.
Drahtlose Kommunikationsvorrichtung nach Anspruch 29, wobei die Vorrichtung wenigstens einen Teil eines Zugangspunkts (ZP) umfaßt.