-
Technisches
Gebiet
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein paketvermittelndes Mehrwegkommunikationssystem
mit Mehrfachzugriff und insbesondere ein Betriebsmittel-Reservierungsprotokoll,
welches einen Durchsatz an gesendeten Signalen in einem solchen
Kommunikationssystem verbessert.
-
Technischer
Hintergrund
-
Im
Allgemeinen müssen
Kommunikationssysteme, in denen zahlreiche Sendeempfänger-Anschlüsse sich
die gesamte zur Verfügung
stehende Sendekapazität
teilen, irgendeine Art von Betriebsmittel-Zugriffssteuerprotokoll
einsetzen, um eine effiziente Verwendung dieser Kapazität zu erzielen.
In paketorientierten Funksystemen mit diskontinuierlichem Verkehr,
d.h. kurzen sporadischen Übertragungen,
werden beispielsweise Konkurrenzprotokolle, wie z.B. ALOHA, Slotted
ALOHA, und CSMA (Mehrfachzugang mit Trägerprüfung) verwendet, um einen Zugriff
auf Kanalbetriebsmittel zu steuern.
-
Alternativ,
oder in Kombination dazu, kann ein Zugriffsprotokoll durch ein Kanalreservierungsprotokoll
vorgesehen werden, wie z.B. Reservation-ALOHA und verwandte Variantenprotokolle
wie eine prioritätsgeordnete
Bedarfszuweisung ("Priority Oriented
Demand Assignment, PODA").
Diese Protokolle erfordern es typischerweise, dass eine Gruppe von
um Betriebsmittel kämpfenden Übertragungsanschlüssen ihrer
eigenen Übertragung
zuhört,
um irgendeine Reservierungsinformation zu empfangen.
-
Während solche
Konkurrenzprotokolle eine Verwendungseffizienz verbessern, entstehen
Probleme in Mehrweg- oder Mehrbündelkommunikationssystemen,
da Quell- und Zielanschlüsse
auf verschiedenen Wegen oder Bündeln
liegen können.
Somit könnte
ein Sende- bzw. Übertragungsanschluss nicht
dazu in der Lage sein, irgendeine seiner eigenen Übertragungen
zu empfangen. Im Ergebnis werden herkömmliche Reservierungsprotokolle,
wie z.B. Reservation-ALOHA oder PODA, kein zufriedenstellendes Niveau
für eine
Zugriffsteilung und eine Systemverwendung bereitstellen, da der
einzige Weg, einen Empfang der angeforderten Reservierungsinformation
sicherzustellen, ist, den Zielanschluss die Reservierungsinformation
zurück
zu dem Sendeanschluss übertragen
zu lassen. Eine solche Anordnung kann die Verzögerungszeit zum Empfangen der Reservierungsinformation
verdoppeln, einen Anschlussdurchsatz verringern und zusätzliche
Bandbreite verbrauchen.
-
Offenbarung
der Erfindung
-
Es
ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
und ein System zum Reservieren von Kanalbetriebsmitteln in einem
paketvermittelten Mehrwegkommunikationssystem vorzusehen, das die
Schwächen
von bekannten Reservierungsprotokollen überwindet.
-
Es
ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
und ein System zum Reservieren von Kanalbetriebsmitteln in einem
paketvermittelnden Mehrwegsatellitenkommunikationssystem vorzusehen,
das keinerlei spezielle Anpassung eines Paketleitcontrollers erfordert.
-
Es
ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
und ein System zum Reservieren von Kanalbetriebsmitteln in einem
paketvermittelnden Mehrwegsatellitenkommunikationssystem vorzusehen,
das die zum Kommunizieren einer Reservierungsinformation unter konkurrierenden Anschlüssen erforderliche
Zeit verringert.
-
Es
ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren
und ein System zum Reservieren von Kanalbetriebsmitteln in einem
paketvermittelnden Mehrwegsatellitenkommunikationssystem vorzusehen,
das keinen Empfangs-/Ziel-Anschluss benötigt, um irgendeine Reservierungsinformation
zurück
zu übertragen.
-
In Übereinstimmung
mit diesen und anderen Aufgaben sieht die vorliegende Erfindung
ein Mehrwegkommunikationssystem mit Zufallszugriff vor, das eine
Vielzahl von Sendeempfänger-Anschlüssen aufweist,
die miteinander in Verbindung stehen. Ein Paket-Router wird zum
Weiterleiten von gesendeten Signalen an ein Ziel-Sendeempfängeranschluss vorgesehen. Ein
Verfahren zum Reservieren von Kanalbetriebsmitteln wird vorgesehen,
insbesondere eines temporären
Besitzes von Kanalbetriebsmitteln zum Übertragen zwischen einer Anschlussgruppe,
was bei jedem Übertragungsanschluss
ein Assemblieren eines Reservierungsanfragepakets einschließlich eines
die gesamte Gruppe von Anschlüssen
als den Zielanschluss für
das Paket identifizierenden Adressanfangsblock und eines den Anschluss
und die Kanalbetriebsmittel identifizierendes Datenelement umfasst,
wie z.B. einen Zeitschlitz oder eine Zeitdauer, die zu reservieren
ist. Nachdem das Reservierungsanfragepaket an den Paket-Router übertragen
ist, wird die Übertragungsreihenfolge
in Abhängigkeit von
der Sequenz bestimmt, in der alle Reservierungspakete von dem Router
empfangen werden.
-
In Übereinstimmung
mit einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung umfasst ein
Mehrwegkommunikationssystem mit Zufallszugriff eine Vielzahl von
Sendeempfänger-Anschlüssen, die
in die jeweiligen Gruppen von Anschlüssen zum Teilen vorbestimmter
Betriebsmittel des Mehrwegkommunikationssystems angeordnet sind.
Jeder Anschluss umfasst einen Prozessor und einen Codierer, die
betrieben werden, um ein Reservierungsanfragepaket, einschließlich eines
die gesamte Gruppe von Anschlüssen,
zu der der Übertragungsanschluss
gehört,
als Ziel für
einen das Reservierungsanfragepaket identifizierenden Adressanfangsblock
und eines den Anschluss und die reservierten Kanalbetriebsmittel
identifizierendes Datensegment, zu bilden. Ein Paket-Router steht
mit jedem Anschluss der Vielzahl von Sendeempfänger-Anschlüssen in Verbindung, wobei ein
vorbestimmter Weg der vielen Wege verwendet wird, und überträgt alle
empfangenen Reservierungsanfragepakete an die adressierte Gruppe von
Anschlüssen.
Der Prozessor in jeder der Vielzahl von Sendeempfängern ist
des Weiteren betrieblich, die Übertragungsreihenfolge
in Abhängigkeit
von der Sequenz zu bestimmen, in der alle Reservierungspakete von
dem Router empfangen werden.
-
Die
obigen Aufgaben und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der
vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung der
besten Ausführungsform
der Erfindung einfacher ersichtlich, wenn sie in Verbindung mit
den beigefügten
Zeichnungen gesehen werden.
-
Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
-
1 stellt
ein Blockdiagramm einer exemplarischen Ausführungsform eines Mehrweg-Satellitenkommunikationssystems
mit Zufallszugriff dar, das die vorliegende Erfindung einsetzt;
-
2 stellt
ein Diagramm dar, das eine Paketübertragungsanordnung
in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
3 stellt
ein Diagramm dar, das eine Reservierungsanfrage-Paketanordnung in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
4 stellt
ein Diagramm dar, das eine Reservierungswarteschlange in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung zeigt;
-
5 stellt
ein Flussdiagramm dar, das den Gesamtbetrieb der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht; und
-
6 stellt
ein Diagramm dar, das ein Reservierungs-Synchronisierungspaket in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
Beste Ausführungsform
der Erfindung
-
1 zeigt
eine exemplarische Ausführungsform
eines Mehrwegsatellitenkommunikationssystems 10 mit hoher
Datenrate, in welches die vorliegende Erfindung eingebaut sein könnte. Das
System 10 umfasst allgemein eine Vielzahl von Endnutzeranschlüssen 12,
wie z.B. Anschlüssen
mit einer kleinen Antenne ("very
small aperture terminals, VSATs"),
die mittels eines Satellitenübertragungssystems 14 miteinander
in Verbindung stehen, das als Paket-Router betrieben wird. Wie in 1 gezeigt, stellen
Anschlüsse 12a und 12b eine
Vielzahl von Anschlüssen
dar, die sich eines der Bündel
bzw. der Strahlen teilen, wobei eine Übertragungs- bzw. Sendegruppe
gebildet wird. Anschlüsse 12c und 12d sind
für eine
Vielzahl von Anschlüssen
repräsentativ, die
in Bezug auf ein anderes Bündel ähnlich liegen.
-
Ein
Netzwerkkontrollzentrum ("Network
Control Center, NCC") 16 kann
vorgesehen sein, um eine Kommunikation zwischen den Nutzeranschlüssen 12 und
dem Satelliten 14 zu koordinieren, wie z.B. durch Informieren
jedes Nutzeranschlusses hinsichtlich der Identität ihrer jeweiligen Sendegruppe.
Ein Frequenzmultiplexen ("Frequency-Division-Multiplexing, FDM"), Zeitmultiplexen
("Time-Division-Multiplexing, TDM") oder ein Codemultiplexen
("Code-Division-Multiplexing,
CDM") kann bei Aufwärtsstrecken von
Anschlüssen 12 und
dem NCC 16 und bei Abwärtsstrecken
von dem Satelliten eingesetzt werden, wie es im Stand der Technik
wohlbekannt ist.
-
Jeder
Endnutzer-Anschluss 12 umfasst einen Codierer-/Signalprozessor 18,
einen Sendeempfänger 20 zum
Modulieren und Demodulieren von Eingangs- und Ausgangsdaten und
eine Antenne 22 zum Übertragen
und Empfangen codierter Daten zu und von einem Satellitenübertragungssystem 14. Das
Satellitenübertragungssystem 14 umfasst
eine Vielzahl von Empfangsantennen 24, eine Vielzahl von
Sendeantennen 26 und einen Signalprozessor 28,
der als Paket-Router dient. Das NCC 16 umfasst einen Steuerprozessor 30 zum
Erzeugen von Konfigurations- und Steuersignalen, die die Nutzeranschlüsse 12 mittels
des Satellitenübertragungssystems 14 verbinden,
und eine Antenne 32, die an den Steuerprozessor 30 zum
Senden und Empfangen der Konfigurations- und Steuersignale gekoppelt
ist.
-
Die
Vielzahl von Empfangsantennen 24 arbeiten in einem ersten
Frequenzband und erzeugen eine erste Vielzahl von Strahlen bzw.
Bündeln,
die einen vordefinierten geographischen Dienstbereich abdecken.
Die Vielzahl von Empfangsantennen 26 empfängt Daten
von einem sendenden Nutzeranschluss 12 über ein erstes Bündel. Die
Vielzahl von Sendeantennen 26 arbeitet in einem zweiten
Frequenzband und erzeugt eine zweite Vielzahl von Bündeln, die
das vordefinierte Dienstgebiet abdecken. Die Vielzahl von Sendeantennen 26 sendet
Daten an einen empfangenen zweiten Nutzeranschluss 12 über ein
zweites Bündel.
-
Ein
Signalprozessor/Paket-Router 28 ist angeordnet, um auf
dem ersten Bündel
von dem ersten Nutzeranschluss empfangene Daten zu demodulieren,
um die demodulierten Daten derart weiterzuleiten, dass sie über ein
zweites Bündel
an den zweiten Nutzeranschluss übertragen
werden, um die demodulierten Daten erneut zu modulieren, um codierte Daten
vorzusehen, und um die codierten Daten auf dem zweiten Bündel an
den zweiten Nutzeranschluss zu senden.
-
Wie
in 2 gezeigt, wird eine Datenübertragung von einem Anschluss 12 zu
einem anderen unter Verwendung eines paketvermittelnden Protokolls
durchgeführt,
wobei Datenübertragungen
in kleinere Paketsegmente 34 unterteilt werden, bevor sie über die
Aufwärtsstrecke
gesendet werden. Jedes Paket 34 umfasst eine Zieladresse 36 und
einen Datenpaketteil 38. Eine Vielzahl von Paketen oder eine
Gruppe von Paketen werden dann assembliert und in einen codierten
Block 40 übertragen.
-
In Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung muss jeder Anschluss 12,
der ein Signal übertragen
will, zuerst ein Reservierungsanfragepaket 42 senden, das
an die Sendegruppe adressiert ist, die zum Arbeiten auf dem gleichen
Bündel
oder Weg angewiesen ist. Ein Beispiel eines solchen Reservierungsanfragepakets 42 ist
in 3 gezeigt, das zumindest ein Adressanfangsblockteil 44,
der seine eigene Über tragungsgruppe
als Ziel bezeichnet, und ein Reservierungsinformationsteil 46 aufweist,
einschließlich
einer Identifizierung des Anschlusses des zu reservierenden Kanalbetriebsmittels,
wie z.B. einen bestimmten Zeitschlitz oder eine Zeitdauer (t) einer
zu reservierenden Übertragung, und
der Start- oder Endzeit der Übertragung.
Mit einer solchen Anordnung kann die vorliegende Erfindung sicherstellen,
dass alle Reservierungsanfragepakete von allen Anschlüssen einer
jeweiligen Sendegruppe empfangen werden. In Übereinstimmung mit seiner normalen
Betriebsweise wird der Weiterleitpunkt, wie z.B. das Satellitenübertragungssystem 14,
alle Reservierungen zu der Übertragungsgruppe zurückleiten.
Außerdem
kann jedes geeignete Prioritätsweiterleitprotokoll
eingesetzt werden, wie z.B. ein First-in-first-out-(FIFO)-Prioritätsschema
oder alternative, prioritätsteilende
Schemata, die die Ordnung oder Position bei einem bestimmten Anschluss
in einer Reservierungswarteschlange 48 gewichten, wie sie
symbolisch in 4 gezeigt ist.
-
Jeder
Anschluss 12 speichert aufeinanderfolgend und verfolgt
die Reservierungen in der Reihenfolge, in der sie empfangen werden,
um so die zugeteilte Übertragungsreihenfolge
zu kennen. Die Reservierungswarteschlange 48 wird konstant
aktualisiert, wenn neue Reservierungspakete empfangen werden.
-
5 sieht
ein Flussdiagramm vor, das den Gesamtbetrieb der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht. Wie bei einem Block 100 gezeigt, bestimmt
der Anschluss, falls ein Anschluss ein Signal senden will, ob seine
Reservierungsinformation aktualisiert wurde, bevor eine Reservierungsaktivität initiiert
wird. Dieser Vorgang lässt
den Anschluss eine vorbestimmte Zeitdauer warten, um es zu ermöglichen,
eine solche aktuelle Information zu empfangen. Bei einem Block 102 wird
dann ein Reservierungsanfragepaket 42 assembliert, an die
Sendegruppe selbst adressiert und zu dem Weiterleitpunkt bei 24 gesendet.
Bei einem Block 104 überträgt der Router 28 das
selbstadressierte Paket 42 an die gesamte Sendegruppe derart
zurück,
dass alle Anschlüsse 12a,
b oder 12c, d in der Sendegruppe die jeweiligen Reservierungsanfragen 46 empfangen.
-
Wie
bei einem Block 106 gezeigt, aktualisiert jeder Anschluss 12a,
b oder 12c, d in der Gruppe die Reservierungswarteschlange 48,
um die Reihenfolge zu bestimmen, in der die jeweiligen Anschlüsse 12 anfangen
werden, zu senden. Bei einem Block 108 beginnt der Anschluss,
dessen Reservierungsanfragepaket 42 sich an dem Kopf der
Warteschlange 48 befindet, seine Übertragung unter Verwendung
des in dem Reservierungsanfragepaket 42 spezifizierten Kanalbetriebsmittels.
Bei einem Block 110 wird der Übertragungsanschluss 12 ein
Synchronisierungspaket 116 (6) senden,
während
er in Besitz des reservierten Kanalbetriebsmittels ist, welches
das Terminal 12 anzeigt, das momentan in Besitz des Betriebsmittels
ist und wann dieser Besitz enden wird. Ein Beispiel eines Synchronisierungspakets 116 ist
in 6 gezeigt, das einen Adressanfangsblock 118, der
das Paket an die gesamte Sendegruppe adressiert, und einen Informationsteil 120 aufweist,
der die Sendeanschluss-ID und die Länge oder Endzeit der reservierten Übertragung
transportiert. Das Synchronisierungspaket 116 kann derart
angeordnet sein, dass alle Anschlüsse 12a, b oder 12c,
d in der Gruppe eine Berechnung durchführen werden, um das Ende einer Übertragung
bei einem Empfang des Synchronisierungspakets 116 vorherzusagen.
Wie bei einem Block 112 gezeigt, wird bei dem vorhergesagten
Ende der Übertragung
der nächste
Anschluss 12a, b oder 12c, d in der Warteschlange 48 seine Übertragung
beginnen. Wie bei einem Block 114 gezeigt, wird dieser
Vorgang kontinuierlich wiederholt, bis es keine Anschlüsse 12a,
b oder 12c, d in der Gruppe mehr gibt, die ein Signal senden
wollen.
-
Das
Reservierungsanfragepaket 42 kann über einen normalen konkurrierenden
Kanal unter Verwendung eines beliebigen gewünschten Konkurrenzprotokolls
gesendet werden, oder es kann über einen
geeigneten Reservierungskanal oder irgendeinen anderen Zugriffskanal
gesendet werden, durch den ein Paket den Router 28 erreichen
könnte,
wie z.B. über
das reservierte Kanalbetriebsmittel selbst. Somit ermöglicht die
vorliegende Erfindung ein Zugriffsprotokoll, das sicherstellt, dass
alle Anschlüsse 12a,
b oder 12c, d einer Gruppe von Übertragungsanschlüssen 12 die
erforderliche Reservierungsinformation 46 empfangen. Bei
einer solchen Anordnung kann eine effiziente Betriebsmittelaufteilung
in einem Mehrbündel-Kommunikationssystem 10 erzielt
werden, ohne dass irgendeine zusätzliche
Schaltung oder Programmierung in dem Satellitenübertragungssystem 14 erforderlich
ist und ohne dass der Zielanschluss 12 eine Empfangsbestätigung senden muss.
Dies wiederum erhöht
die Zeitdauer, die zum Bestimmen der Reservierungswarteschlange 48 erforderlich
ist. Das geteilte Betriebsmittel kann ein oder mehrere Kanäle umfassen,
abhängig
von dem Gesamtdurchsatz, der für
die Gruppe gewünscht
ist.
-
Während die
beste Ausführungsform
der Erfindung detailliert beschrieben wurde, wird der die Erfindung
betreffende Fachmann zahlreiche alternative Konstruktionen und Ausführungsformen
zum Umsetzen der Erfindung, wie sie in den nachfolgenden Ansprüchen definiert
ist, in der Praxis erkennen.