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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft im Allgemeinen Datenkommunikationen.
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Hintergrund
der Erfindung
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In
einigen Konfigurationen weist ein Computernetzwerk eine Primärstation
auf, die mit einer Anzahl an Sekundärstationen kommuniziert. Eine
Sekundärstation
könnte
ein Modem sein, das zum Senden und Empfangen von Daten über die
Kabelfernsehinfrastruktur ausgelegt ist. Die Primärstation
könnte ein
Modemserver sein, der mit Sendern und Empfängern zum Austauschen von Daten
mit Modems über die
Kabelfernsehinfrastruktur ausgestattet ist.
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In
einer Art von Netzwerk sendet die Primärstation Informationen an die
Sekundärstationen
auf einem Abwärtskanal.
Die Sekundärstation
sendet Informationen an die Pri märstation
auf einem Aufwärtskanal.
Die Hauptstation steuert die Kommunikation zu der und von der Sekundärstation.
Mit der Zunahme der Anzahl an Sekundärstationen, die an die Primärstation
angeschlossen sind, erhöht
sich die Komplexität
der Steuerung der Kommunikation zwischen der Hauptstation und den
Sekundärstationen.
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Es
sind Protokolle entwickelt worden, um die Steuerung in derartigen
Kommunikationen zu unterstützen.
Ein derartiges Protokoll setzt eine Sendeaufrufsordnung ein. Die
Sendeaufrufsordnung stellt mehreren Übertragungsgeräten einen
gemeinsamen Zugriff auf ein Übertragungsmedium
zur Verfügung. Die
Primärstation
steuert den Zugriff der Sekundärstationen
auf das Übertragungsmedium
durch das Übertragen
von adressierten Sendeaufrufen an einzelne Sekundärstationen
in sequenzieller Weise. Üblicherweise
begrenzt die Hauptstation die Menge an Daten, die in Antwort auf
einen Sendeaufruf gesendet werden kann, auf eine feste Anzahl an
Frames.
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Dieser
Ansatz leidet unter zwei Problemen. Erstens weiß in Systemen, in denen die
Framegröße variabel
ist, die Primärstation
vor dem Übertragen
eines Sendeaufrufs nichts über
die Art oder die Menge an Daten, die als Antwort auf den Sendeaufruf
zurück gesendet
wird. Im Ergebnis weisen Sekundärstationen
mit einigen wenigen großen
Frames eine bessere Leistung auf als Sekundärstationen mit vielen kleinen
Frames.
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Zweitens
kann das System, da die Anzahl an Frames, die als Antwort auf einen
Sendeaufruf gesendet werden kann, fest ist, sich nicht schnell an veränderliche
Datenverkehrmuster auf dem gemeinsamen Medium anpassen. Die einzige
Möglichkeit, das
Datentransfermuster zu verändern,
besteht darin, die Anzahl an Frames zu verändern, die als Antwort auf
einen Sendeaufruf gesendet werden kann. Diese bedarf entweder einer
Neukonfiguration der Sekundärstationen
oder einer Steuersignalgebung, wobei beides die Bandbreite und die
Zeit erweitert.
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Die
EP-A-0483 546 offenbart Verfahren zum Durchführen eines Sendeaufrufs bei
mobilen Anwendern in einem drahtlosem Vielfachzellnetzwerk. Unterschiedliche
Mobileinheiten benötigen
unterschiedliche Bandbreitengrößen und
die Frequenz des Durchführens
eines Sendeaufrufs bei diesen Einheiten wird variiert.
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Die
US 5,003,534 offenbart einen
Mechanismus zur Steuerung einer Verbindungsverwendung für die Bedarfszuweisung
eines Satellitenkommunikationsnetzwerks. Insbesondere offenbart
die
US 5,003,534 eine
Anordnung, die auf dem konventionellen Ansatz des Konkurrenzbetriebs
basiert. Wenn sich sowohl die Gesamtmenge an Daten in dem Puffer
als auch die Menge davon, die sich dort aufgrund einer erlittenen
Konkurrenzkollision befindet, oberhalb eines Schwellenwertes befindet,
sendet die Sekundärstation
eine Anfrage an die Zentralstation, es ihr zu erlauben, zusätzliche
Schlitze zu verwenden.
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Demzufolge
ist ein verbessertes Protokoll äußerst wünschenswert.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
ein Systemblockdiagramm.
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2 ist
ein Blockdiagramm der Primärstation.
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3 ist
ein Blockdiagramm einer Sekundärstation.
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4 ist
ein Flussdiagramm der Protokollprozeduren für die Primärstationen.
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5 ist
ein Flussdiagramm der Protokollprozeduren für eine Sekundärstation.
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Detaillierte
Beschreibung der Zeichnungen
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Ein
verbessertes Protokoll stellt einen gemeinsamen Zugriff auf das Übertragungsmedium
auf eine faire Weise zur Verfügung
und stellt eine schnelle Antwort auf sich verändernde Datenverkehrmuster zur
Verfügung.
Das Protokoll stellt ein dynamisches Steuern der Menge an Daten
zur Verfügung,
die als Antwort auf eine Sendeanfrage gesendet werden kann, indem
innerhalb jeder Sendeanfrage ein zusätzliches Informationselement
enthalten ist, das die maximale Menge an Daten in Bytes spezifiziert,
die als Antwort auf diesen Sendeaufruf gesendet werden kann. Das
Protokoll stellt weiterhin ein dynamisches Antworten auf sich verändernde
Datenverkehrmuster auf dem gemeinsamen Medium zur Verfügung, indem
die Fähigkeit
zum Detektieren des Vorhandenseins einer Datenüberlastung einer Sekundärstation
implementiert wird.
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1 zeigt
ein Datenkommunikationssystem 8 zum Bereitstellen eines
Zugriffs durch Sekundärstationen
auf ein gemeinsames Übertragungsmedium.
Die Primärstation 10 kommuniziert
mit einer Anzahl an Sekundärstationen 12, 14, 16.
Die Primärstation 10 überträgt Daten
an mehrere Sekundärstationen 12, 14, 16 mittels
eines gemeinsamen Übertragungsmediums.
Das gemeinsame Übertragungsmedium
könnte
ein Koaxialkabel oder hybrides Glasfaser-/Koaxialkabelmedium sein,
das von der Kabelfernsehinfrastruktur eingesetzt wird oder ein verdrilltes
zweiadriges Medium, das in analogen und digitalen Datenkommunikationsnetzwerken
eingesetzt wird oder ein beliebiges drahtloses Kommunikationsmedium.
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Der
Abwärtskanal 18 stellt
die Verbindungsfähigkeit
von der Primärstation 10 zu
den Sekundärstationen 12, 14, 16 zur
Verfügung.
Die Primärstation 10 ist
das einzige Gerät,
dem es erlaubt ist, auf einem Abwärtskanal 18 zu übertragen.
Die Sekundärstationen übertragen
Daten an die Primärstation
auf einem zweiten Übertragungsmedium,
das als Aufwärtskanal
bezeichnet wird. Die Sekundärstationen 12, 14, 16 sind
nicht in der Lage, Daten an andere Sekundärstationen 12, 14, 16 zu übertragen.
Die Sekundärstationen 12, 14, 16 teilen
sich den Aufwärtskanal 18. Um
bei gleichzeitigen oder sich überlagernden Übertragungen
auf dem Aufwärtskanal
eine Beschädigung
der Daten zu vermeiden, ist es lediglich einer Sekundärstation 12, 14, 16 erlaubt,
zu einem Zeitpunkt Daten zu senden. Die Primärstation 10 steuert, welche
Sekundärstation
Daten im Aufwärtskanal 20 senden
darf, indem sie auf einem Abwärtskanal 18 spezielle
Frames an Daten sendet, die als Sendeaufruf bezeichnet werden, die
an eine der Sekundärstationen 12, 14, 16 gerichtet
sind. Mit dem Empfangen des Sendeaufrufs kann dann die Sekundärstation
auf dem Aufwärtskanal 20 übertragen.
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Der
Abwärtskanal
könnte
ein analoger Hochfrequenzkanal sein, der einen 6-MHz-Abschnitt einer Bandbreite
irgendwo in dem Kabelfernsehfrequenzspektrum von 5 MHz bis 1 GHz
belegt ist. Üblicherweise
sind Abwärtskanäle, die
zur Datenübertragung verwendet
werden, in dem 350-MHz- bis 1-GHz-Abschnitt des verfügbaren Frequenzspektrums. Die
Datenübertragung
auf einem 6-MHz-Abwärtskanal
setzt ein Quadraturamplitudenmodulationsschema mit 64 Zuständen mit
einer Symbolrate von 5 Millionen Symbolen pro Sekunde und 6 Bits
pro Symbolen bei einer Datenrate von 30 Millionen Bits pro Sekunde
ein.
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Der
Aufwärtskanal
könnte
ein analoger Hochfrequenzkanal sein, der einen 600-kHz-Abschnitt
der Bandbreite irgendwo in dem Kabelfernsehfrequenzspektrum von
5 MHz bis 1 GHz belegt. Üblicherweise
befinden sich Aufwärtskanäle, die
zur Datenübertragung
eingesetzt werden, in dem 5-MHz- bis 42-MHz-Abschnitt des verfügbaren Frequenzspektrums.
Datenübertragungen
auf einem 600-kHz-Aufwärtskanal
setzen Modulationsschemata zur differenziellen Quadraturphasenumtastung mit
einer Symbolrate von 384.000 Symbolen pro Sekunde und zwei Bits
pro Symbol für
eine Datenrate von 768.000 Bits pro Sekunde ein.
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Es
können
selbstverständlich
unterschiedliche Kanalfrequenzbandbreiten und Modulationsschemata
verwendet werden.
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Die
Primärstation 10 ist
detaillierter in 2 gezeigt. Die Primärstation 10 umfasst
den Sendeaufrufscontroller 30, eine Datenbank 38 mit
Sekundärstationssendeaufrufslisten
von Sekundärstationen, die
einen Sendeaufruf erhalten sollen und einen Datenverkehrscontroller 40.
Der Sendeaufrufscontroller 30 stellt dem Datenverkehrscontroller 40 Informationen
zur Verfügung,
wie etwa die Anzahl an Sekundärstationen,
die auf Sendeaufrufe mit Anwendungsdaten antworten, wie viele Daten
von den Sekundärstationen
gesendet werden und welche Sekundärstationen das Vorhandensein
einer Übertragungsdatenüberlastung
anzeigen. Der Datenverkehrscontroller 40 nimmt diese Informationen
auf und führt
die Datenbank mit Sekundärstationsaufrufsliste
hinsichtlich der Sendeaufrufspriorität der Sekundärstationen
und Über tragungszuordnung
für jede
Sekundärstation. Der
Sendeaufrufscontroller 30 sendet Sendeaufrufe an Sekundärstationen
auf dem Abwärtskanal 18 über dem
Primärstationssender 34.
Der Summierer 36 mischt die Sendeaufrufe mit Anwendungsdaten,
die von der Anwendung auf dem Abwärtskanal 18 an Sekundärstationen
gesendet wurden. Die von den Sekundärstationen übertragenen Daten auf dem Aufwärtskanal 20 werden
von dem Primärstationsempfänger 32 angenommen.
Der Sendeaufrufscontroller 30 untersucht alle empfangenen
Daten, wie sie vom Empfänger 32 an
die Anwendung fließen.
Dies ermöglicht
es dem Sendeaufrufscontroller 30, Informationen über eine Übertragungsdatenüberlastung
im Header der Anwendungsdatenframes, die von den Sekundärstationen übertragen
werden, zu erkennen.
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Bezugnehmend
auf 3 umfasst eine Sekundärstation 12 einen
Aufwärtszugriffscontroller 50 und
einen Übertragungscontroller 54.
Der Aufwärtszugriffscontroller 50 untersucht
alle auf einem Abwärtskanal 18 von
der Primärstation 10 über den
Sekundärstationsempfänger 58 übertragene
Daten. Einige Daten sind für
die Anwendung bestimmte Anwendungsdaten, während andere Daten Sendeaufrufe
sind. Wenn ein Sendeaufruf mit einer Adresse empfangen wird, die
die Sekundärstation
erkennt, untersucht der Aufwärtszugriffscontroller 50 das
in dem Sendeaufruf enthaltene Übertragungszuordnungsinformationselement.
Der Aufwärtszugriffscontroller 50 stellt
die Übertragungszuordnung
zu dem Übertragungscontroller 54 zur
Verfügung.
Der Übertragungscontroller 54 aktiviert
den Sekundärstationssender 56,
dann beginnt die Datenübertragung
im Aufwärtskanal 20.
Wenn die Übertragungszuordnung ausgeschöpft ist,
wird der Sekundärstationssender 56 deaktiviert.
Der Datenverkehrscontroller 40 untersucht auch die Menge
an Anwendungsdaten, die in der Übertragungswarteschlange 52 eingefügt ist und eine Übertragung
erwartet. Wenn die Menge an Daten übermäßig ist, zeigt der Datenverkehrscontroller 40 das
Vorhandensein einer Überlastung
in dem Header der Applikationsdatenframes an, die auf dem Aufwärtskanal 20 an
die Primärstation 10 übertragen werden.
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Die 4 und 5 zeigen
ein Protokoll, in dem eine Primärstation
eine Sendeaufrufsordnung zum Steuern des Zugriffs einer oder mehrer
Sekundärstationen
auf einem Aufwärtskanal 20 verwendet. Das
Protokoll umfasst ein Mittel zum Steuern der maximalen Menge an
Daten in Bytes, die eine Sekundärstation
in Antwort auf einen Sendeaufruf übertragen darf. Das Protokoll
umfasst auch Mittel zum Detektieren des Vorhandenseins einer Übertragungsdatenüberlastung
in einer Sekundärstation.
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Innerhalb
jedes von einer Primärstation 10 übertragenen
Sendeaufrufs befindet sich ein Element, das die maximale Menge an
Anwendungsdaten anzeigt, die auf einem Aufwärtskanal 20 in Antwort
auf den Sendeaufruf übertragen
werden kann. Innerhalb der Primärstation 10 ist
eine Datenbank mit Identifizierern oder Adressen für alle Sekundärstationen,
die aufgerufen werden, enthalten. Ebenfalls in der Datenbank enthalten
ist eine Übertragungszuordnung
für jede
Sekundärstation.
Der Datenverkehrscontroller 40 in der Primärstation 10 führt die Datenbank.
Der Sendeaufrufscontroller 30 in der Primärstation 10 enthält die Adressen
und Übertragungszuordnung
für eine
Sekundärstation
für eine Datenbank
und überträgt einen
Sendeaufruf, der das Übertragungszuordnungsinformationselement
umfasst, das an diese Sekundärstation
adressiert ist. Der Sendeaufrufscontroller 30 wartet dann
auf eine Antwort von der Sekundärstation.
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4 ist
ein Flussdiagramm, das die Schritte zeigt, die an der Primärstation 10 durchgeführt werden.
Die Primärstation 10 wartet
(102), bis das Aufrufen initiiert ist. Wenn das Aufrufen
initiiert ist, erhält der
Sendeaufrufscontroller 30 die nächste Sekundärstationsidentifikation
(ID) von der Sekundäraufrufslistendatenbank 38.
Er überträgt dann
einen Sendeaufruf (106). Nach dem Übertragen des Sendeaufrufs wartet
die Primärstation
auf eine Antwort (108).
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Sobald
Antworten auf dem Aufwärtskanal 20 von
den Sekundärstationen
empfangen werden, untersucht der Sendeaufrufscontroller 30 die
Frameheader, um zu bestimmen, ob die Antworten der Sekundärstation
angezeigt haben, dass ihre Übertragungswarteschlange überlastet
ist. Der Sendeaufrufscontroller 30 informiert den Datenverkehrscontroller 40 darüber, wie
viele Daten von der Sekundärstation
in Antwort auf den Sendeaufruf (111) empfangen wurden.
wenn keine Überlastung
angezeigt ist, wird die Antwort entsprechend weitergeleitet und
die Primärstation 10 erhält die nächste Sekundärstations-ID
von der Sekundärsendeaufrufslistendatenbank 38 und
der Vorgang wiederholt sich.
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Wenn
eine Überlastung
angezeigt wird, sendet der Sendeaufrufscontroller 30 die Überlastungsinformation
an den Datenverkehrscontroller 40 (109). Der Datenverkehrscontroller 40 passt
dann die Übertragungszuordnung
für diese
Sekundärstation
und für
andere Sekundärstationen
an, wenn dies erforderlich ist (110) und passt die Sendeabrufspriorität in der
Sekundärsendeaufrufslistendatenbank 38 (112) an.
Das Anpassen der Übertragungszuordnung
(110) besteht aus einem Verändern der Menge an Daten, die
die Sekundärstation 12, 14, 16 an
die Primärstation 10 als
Antwort auf einen Sendeaufruf senden kann. Wenn die Sekundärstation 12, 14, 16 überlastet
ist, könnte
die Übertragungszuordnung
erhöht werden.
Wenn andererseits die Sekundärstation 12, 14, 16 für einige
Zeit nicht überlastet
war, könnte
die Übertragungszuordnung
erniedrigt werden. Demzufolge versucht das System, ständig die Übertragungszuordnungen
zwischen den verschiedenen Sekundärstationen zu optimieren.
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Der
Datenverkehrscontroller 40 befiehlt dann dem Sendeaufrufscontroller 30,
das Aufrufen zu beenden.
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Wenn
keine Anwendungsdaten als Antwort auf einen Sendeaufruf innerhalb
einer vorgegebenen Zeit zurückgesendet
werden, informiert der Sendeaufrufscontroller 30 den Datenverkehrscontroller 40 darüber, dass
die Sekundärstation
keine Daten übertragen
hat (113). Der Sendeaufrufscontroller 30 fährt dann
fort, die nächste
Sekundärstation
aufzurufen.
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Der
Datenverkehrscontroller 40 nimmt die oben erwähnten Eingaben
von dem Sendeaufrufscontroller 30; die Menge an Daten,
wenn welche von jeder Sekundärstation
empfangen wurden, sowie das Vorhandensein einer Übertragungswarteschlangenüberlastung,
die von einer beliebigen Sekundärstation
angezeigt wurde, mit der Anzahl an Sekundärstationen, die in der Sekundärsendeaufrufslistendatenbank 38 enthalten
sind, auf und passt die Übertragungszuordnung
und die Sendeaufrufspriorität
an, um die Datenübertragungsleistung
auf dem Aufwärtskanal 20 zu
optimieren.
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5 ist
ein Flussdiagramm, das die Schritte zeigt, die an der Sekundärstation
durchgeführt
werden. Die Sekundärstation 12 wartet
auf einen Sendeaufruf (202). Auf das Empfangen eines Sendeaufrufs
auf einem Abwärtskanal 18 hin
untersucht der Aufwärtszugriffscontroller 50 in
der Sekundärstation das
innerhalb des Sendeaufrufs (203) enthaltene Sendeaufrufszuordnungsinformationselement
und stellt diese Information dem Übertragungscontroller 54 zur
Verfügung.
Der Übertragungscontroller 54 setzt
dann die Übertragungszuordnung
fest, indem er den Sender aktiviert und die Daten auf dem Aufwärtskanal 20 an
die Primärstation 10 sendet
(206). Der Übertragungscontroller 54 überwacht
auch ständig die
Menge an Anwendungsdaten in der Übertragungswarteschlange,
die auf eine Übertragung
warten. Wenn die Menge an Daten in der Übertragungswarteschlange übermäßig ist,
modifiziert der Übertragungscontroller 54 ein
Bitfeld in dem Header der Aufwärtsframes,
um das Vorhandensein einer Übertragungsdatenüberlastung
in der Sekundärstation 12 anzuzeigen.
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Das
oben beschriebene Verfahren und die Vorrichtung weisen viele Vorteile
auf. Erstens wird ein Netzwerk mit einer Fähigkeit zur Verfügung gestellt, einen
höheren
Grad an Fairness für
das Bereitstellen eines gemeinsamen Sekundärstationsmehrfachzugriffs auf
ein Übertragungsmedium
zu erzwingen, die mit Protokollen möglich ist, in denen die Menge
an Daten, die als Antwort auf einen Sendeaufruf gesendet werden
dürfen,
fest und in Frameeinheiten aufgeteilt ist. Zusätzlich ist das Protokoll in
der Lage, eine verbesserte Netzwerkleistung zur Verfügung zu
stellen, indem die Übertragungszuordnung
als Antwort auf veränderliche
Datenverkehrsbedingungen ohne der Notwendigkeit einer Neukonfiguration
von Sekundärstationen
dynamisch variiert wird. Schließlich detektiert
das Protokoll Übertragungsdatenüberlastungen,
die Sekundärstationen
erfahren und hilft der Überlastung
schnell ab, indem die Übertragungszuordnung
und die Sendeaufrufspriorität
variiert werden.