DE60208921T2

DE60208921T2 - Verfahren und vorrichtung zur übertragung fehlertoleranter daten, wobei eine wiederholte übertragung fehlerhafter daten ausgeführt wird, bis die anzahl der übrigen fehlerhaften daten akzeptabel ist

Info

Publication number: DE60208921T2
Application number: DE60208921T
Authority: DE
Inventors: Michael Meyer; Reiner Ludwig; Stefan Wager; Joachim Sachs
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 2002-09-24
Filing date: 2002-09-24
Publication date: 2006-09-21
Anticipated expiration: 2022-09-25
Also published as: US20060168504A1; US7254765B2; WO2004030266A1; CN100492960C; CN1669263A; EP1543644A1; AU2002350456A1; EP1543644B1; DE60208921D1

Description

TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von Daten von einem Sender an einen Empfänger, wobei der Empfänger eine Prüfung durchführt, ob empfangene Daten fehlerhaft sind und wobei der Sender eine weitere Datenübertragung gemäß der Prüfung durchführt.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Zur Übertragung von Daten von einem Sender an einen Empfänger ist es üblich, sowohl den Sender als auch den Empfänger als eine Hierarchie von Protokollschichten zu beschreiben. Eine Hierarchie von Schichten kann beispielsweise zusätzlich zu optionalen weiteren Schichten eine physikalische Schicht, eine Verbindungsschicht, eine Transportschicht und eine Anwendungsschicht umfassen. Jede Schicht führt in dem Übertragungsvorgang spezifische Dienste für die nächsthöhere Schicht durch, während die Verarbeitung in und unterhalb der Schicht für höhere Schichten verborgen ist. Auf diese Weise können das Design und die Beschreibung der sendenden Entitäten und der Protokolle vereinfacht werden.
In den meisten Fällen werden die Daten zur Übertragung in mehrere Datenpakete aufgeteilt, die durch die Hierarchie von Protokollschichten geleitet werden. Während dieser Verarbeitung können Prüfsummen zur Fehlererkennung oder Paketköpfe (Header) in den Schichten zu den Paketen hinzugefügt oder aus diesen entfernt werden. Datenpakete können auch gemäß der Erfordernisse der bestimmten Schichten segmentiert, aufgefüllt, verschachtelt oder verknüpft werden. Die entsprechenden Datenpakete haben im Allgemeinen unterschiedliche Namen, wie Protokolldateneinheit (protocol data unit, PDU), Dienstdateneinheit (service data unit, SDU), Paket, Frame, Zelle, Segment usw., je nach dem spezifischen Protokoll oder der spezifischen Technologie, das bzw. die betroffen ist. In der vorliegenden Patentschrift bezieht sich der Ausdruck „Datenpaket" allgemein auf beliebige solcher Datenpakete, eine PDU bezeichnet ein Datenpaket der betrachteten Protokollschicht, während eine SDU ein Datenpaket bezeichnet, das an die nächsthöhere Schicht in dem Protokollstapel übergeben wird.
Während der Übertragung können in den übertragenen Daten Fehler auftreten, z. B. kann ein Datenpaket komplett verloren gehen oder es können Bitfehler in einem Datenpaket oder Datenstrom auftreten. Insbesondere bei Übertragungsprotokollen auf Datenstrecken mit einer hohen Wahrscheinlichkeit von Datenfehlern, wie drahtlosen Datenstrecken, werden im Stand der Technik Verfahren zum Erkennen und Korrigieren solcher Fehler angewendet. Bei der Vorwärtsfehlerkorrektur (forward error correction, FEC) werden redundante Daten übertragen, was die Korrektur von fehlerhaften Daten durch den Empfänger ermöglicht.
Bei ARQ-Protokollen (ARQ = Automatic Repeat Request, automatische Wiederholungsanforderung) werden fehlerhafte Daten, d. h. Daten, die Übertragungsfehler umfassen, oder verloren gegangene Daten, von dem Empfänger erkannt und gemäß einer entsprechenden Anforderung, die von dem Empfänger an den Sender gesendet wurde, erneut übertragen. Originalpakete und erneute Übertragungen können identisch sein, sie können sich aber auch unterscheiden, z. B. können die Originaldaten und die erneute Übertragung unterschiedlich codiert sein oder sie können einander wie in Schemata zur erneuten Übertragung mit inkrementeller Redundanz ergänzen. Es ist auch möglich, dass eine erneute Übertragung aufgrund von Verlust oder Bitfehlern als fehlerhaft erkannt wird und für eine weitere erneute Übertragung ausgewählt wird. Um eine Identifizierung von fehlerhaften Daten zu ermöglichen, werden die Daten im Allgemeinen in Datenpaketen übertragen, die Sequenznummern und/oder Prüfsummen umfassen. Mit zunehmender Wahrscheinlichkeit von Übertragungsfehlern bestimmt die Fehlerhandhabung des Protokolls die Übertragungseffizienz in wesentlichem Maße.
Als Beispiel ermöglicht die RLC-Verbindungsschicht (RLC = Radio Link Control, Funkverbindungskontrolle) gemäß 3GPP-Spezifikationen eine hohe Übertragungseffizienz, indem sie Funkträger im Modus mit Bestätigung, der Datenzuverlässigkeit sicherstellt, mit einem ARQ-Protokoll betreibt. Dies ist insbesondere für Anwendungen geeignet, die keine strikten Verzögerungsbegrenzungen für die Daten bedingen und zusätzliche Verzögerungen, die von den erneuten Übertragungen eingebracht werden, tolerieren können. Eine hoch effiziente Übertragungskonfiguration ermöglicht in diesem Fall eine gewisse Anzahl von Übertragungsfehlern, was einen übermäßigen Schutz der Informationen durch zuviel FEC oder überhöhte Übertragungsleistung verhindert.
Bei Datenkommunikationen werden Anwendungen und Protokolle zunehmend wichtiger, die eine gewisse Menge an Fehlern bewältigen können, z. B. mittels Durchführen von Fehlerkorrektur, Fehlererkennung, mittels Anwenden von Fehlerverschleierungstechniken oder einer beliebigen Kombination solcher Verfahren. Fehlertolerante Anwendungen sind beispielsweise für Video-, Audio- oder Sprachübertragung gebräuchlich. Aktuelle Transportprotokolle im Internet, wie TCP (Transport Control Protocol, Transportsteuerungsprotokoll) oder UDP (universelles Datagrammprotokoll), sind jedoch nicht für fehlertolerante Anwendungen eingerichtet. TCP ist insbesondere für Anwendungen geeignet, die eine fehlerfreie Übertragung ohne strikte Verzögerungsbegrenzungen erfordern. UDP kann fehlerhafte Datenpakete verwerfen, gewährleistet jedoch keine zuverlässige Datenübertragung und wird beispielsweise für Streaming-Anwendungen mit Verzögerungserfordernissen verwendet. Für die Übertragung von Daten an fehlertolerante Anwendungen im Internet ist das UDP-Lite-Protokoll als ein weiterer Internetstandard vorgeschlagen worden. Das UDP-Lite-Protokoll verwirft Datenpakete, in denen Übertragungsfehler erkannt werden, nicht automatisch, kann sie aber an die Anwendung weiterleiten, die wiederum eine Fehlerkorrektur oder -verschleierung auf der Anwendungsschicht anwenden kann.
Der Artikel „Protecting distortion-tolerant data by automatic repeat request (ARQ)", der von Ericsson Inc. im IBM Technical Disclosure Bulletin, Bd. 39, Nr. 12, Dez. 1996, Seite 173, IBM Corp., New York, USA, offenbart wurde, offenbart ein Verfahren zum Senden von Daten über einen rauschenden Übertragungskanal. Der Empfänger beurteilt die Anzahl von Übertragungsfehlern in einem Datenblock und vergleicht diese mit einem Schwellwert für die maximal zulässige Anzahl von Fehlern, die mit Bezug auf die Wichtigkeit eines Datenblocks definiert werden kann. Unterhalb des Schwellwerts wird der Block als ausreichend zuverlässig erachtet, während andernfalls Korrekturmaßnahmen in Übereinstimmung mit ARQ-Algorithmen aktiviert werden.
Die Patentanmeldung US 2001/052104 betrifft einen Decodierer, der beim Decodieren von faltungscodierten Signalen Iterationsberechnungen unter Verwendung eines lokalen Qualitätsindex anwendet. Die Iterationen werden beendet, wenn die Qualität einen Schwellwert nicht erreicht, und in diesem Fall wird eine erneute Übertragung des entsprechenden Signalteils angefordert.
Das Patent US 6145108 schlägt vor, ARQ-Signale einer erneuten Übertragung mit Informationen von zuvor fehlgeschlagenen Übertragungen desselben Signals zu rekombinieren. Der Empfänger sendet ein ARQ-Signal an den Sender, wenn das Ausgabesignal als unzuverlässig erachtet wird, um die Wahrscheinlichkeit zu erhöhen, dass schnell eine erfolgreiche Übertragung erzielt wird. Die Anzahl von zulässigen erneuten Übertragungen kann auf einer Pro-Dienst-Basis eingestellt werden.
Bei den Verfahren des Standes der Technik bleibt die Übertragungseffizienz jedoch beschränkt und die Vorteile von fehlertoleranten Anwendungen und Protokollen können bestenfalls teilweise ausgenutzt werden.
KURZDARSTELLUNG UND BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die obigen Nachteile zu vermeiden und ein Verfahren für eine effektive Datenübertragung in einem Protokoll bereitzustellen, das Übertragungsfehler zulässt.
Erfindungsgemäß wird das in Anspruch 1 beschriebene Verfahren durchgeführt. Des Weiteren ist die Erfindung in wie in den Ansprüchen 11 bis 13 beschriebenen Vorrichtungen und Computerprogrammen verkörpert. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den weiteren Ansprüchen beschrieben.
In dem vorgeschlagenen Verfahren empfängt eine empfangende Protokollschicht über eine Übertragungsstrecke Daten von einem Sender und für die empfangenen Daten wird ein Zuverlässigkeitsmesswert bestimmt. Vorzugsweise wird der der Zuverlässigkeitsmesswert für einen definierten Bereich von empfangenen Daten bestimmt. Wenn die Daten in Datenpaketen übertragen werden, kann der Bereich von empfangenen Daten ein Datenpaket, ein oder mehrere Teile eines Datenpakets oder eine Gruppe von Datenpaketen sein, z. B. eine vordefinierte Anzahl von aufeinander folgenden Paketen. Ein Datenpaket kann beispielsweise eine Protokolldateneinheit, eine SDU, die in Teilen einer oder mehrerer Protokolldateneinheiten enthalten ist, oder eine beliebige Protokolldateneinheit einer höheren Schicht sein, z. B. eine ADU (Anwendungsdateneinheit), die in Teilen einer oder mehrerer Protokolldateneinheiten enthalten ist.
Der Zuverlässigkeitsmesswert zeigt an, ob empfangene Daten Fehler umfassen. Er kann beispielsweise die Häufigkeit von Fehlern in einem Datenbereich, die Wahrscheinlichkeit von Fehlern in den Daten oder einen Anteil von Fehlern in den Daten anzeigen. Zuverlässigkeitsmesswerte können entweder über die Protokollschicht, die das Verfahren durchführt, oder über eine andere Schicht in dem Protokollstapel, z. B. über die physikalische Schicht, erhalten werden. Beispiele von geeigneten Zuverlässigkeitsmesswerten sind ein Messsignal-zu-Interferenz-Verhältnis, Informationen von dem Kanaldecodierer, wie Pfadgewichte, Informationen aus Prüfungen zur Fehlererkennung, wie eine Anzahl von fehlerhaften Protokolldateneinheiten pro SDU oder ADU oder eine Anzahl von fehlerhaften Datenpaketen innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls. Der Zuverlässigkeitsmesswert kann sich auch auf einzelne Bits oder Bitfehlerprozentanteile in den Daten beziehen. Es kann eine beliebige Kombination derartiger Zuverlässigkeitsmesswerte verwendet werden.
In einem anschließenden Vergleich wird der Zuverlässigkeitsmesswert mit einem Zuverlässigkeitsschwellwert verglichen, der mit dem Grad von akzeptablen Fehlern in den Daten in Zusammenhang steht. Der Zuverlässigkeitsschwellwert kann für verschiedene Teile der übertragenen Daten unterschiedlich sein. Mindestens für einen Teil der Daten ist der Grad von akzeptablen Fehlern höher als Null und der Zuverlässigkeitsschwellwert liegt unter dem Wert, der fehlerfreien Daten entspricht. Gemäß dem Ergebnis des Vergleichs wird eine Entscheidung vorgenommen, ob ein Datenpaket erneut übertragen wird. Es ist bevorzugt, Daten zur erneuten Übertragung auszuwählen, die in einer Prüfung als fehlerhaft erkannt werden. Alternativ dazu können, insbesondere wenn der Zuverlässigkeitsmesswert eine Fehlerwahrscheinlichkeit anzeigt, wie ein Signal-zu-Interferenz-Verhältnis, erneute Übertragungen ohne eine Prüfung, welche Pakete fehlerhaft sind, durchgeführt werden. Im letzteren Fall können Pakete zur erneuten Übertragung in einer definierten Sequenz oder statistisch ausgewählt werden. Wenn die empfangenen Daten ausreichend zuverlässig sind, d. h. wenn der Zuverlässigkeitsschwellwert mindestens erreicht wird, werden erneute Übertragungen entweder nicht durchgeführt oder sie werden nur gemäß weiterer Bedingungen durchgeführt.
Das beschriebene Verfahren ermöglicht eine effektive Übertragung von Daten, die unter Übertragungsfehlern leiden, insbesondere für ein Protokoll, das Daten einer fehlertoleranten Anwendung oder einer fehlertoleranten höheren Protokollschicht transportiert. Es ist für alle Arten von fehlernachgiebigen Anwendungen geeignet, insbesondere Streaming. Die Verwendung von Übertragungsressourcen, insbesondere Netzressourcen und Funkressourcen, kann erheblich reduziert werden. Lokale Ressourcen in dem Sender oder Empfänger können ebenfalls eingespart werden, z. B. Speicher- oder Batterieverbrauch. Das Verfahren kann die Dienstgüte sowohl für die betrachtete Übertragung für einen Anwender als auch für weitere Anwender eines Kommunikationssystems, die die zusätzlichen Ressourcen verwenden können, verbessern. Übertragungsverzögerungen und – im Fall von der Lieferung von Daten in einer Sequenz – Anhäufungen von freigegebenen Daten werden reduziert, da übertragene Daten an die nächste Entität oder Schicht übergeben werden können, wenn sie eine ausreichende Qualität erreicht haben. Das Verfahren ist auf verschiedene Protokollschichten eines Übertragungssystems, z. B. auf eine Verbindungsschicht oder eine Transportschicht, und in verschiedenen Arten von Kommunikationssystemen, beispielsweise in einem GSM- oder UMTS- oder CDMA 2000-Kommunikationssystem oder in einem WLAN-System, anwendbar. Das Verfahren kann auch in Hybrid-ARQ-Übertragungsschemata verwendet werden, in denen redundante Daten, die mit den Originaldaten oder mit der erneuten Übertragung gesendet wurden, eine Korrektur von Fehlern aus den Redundanzen und den erneut übertragenen Daten ermöglichen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform werden weitere Datenübertragungen von Daten durchgeführt, die in einer Prüfung als fehlerhaft erkannt werden. Auf diese Weise können bestehende ARQ-Protokolle einfach auf das vorgeschlagene Verfahren angepasst werden.
Im Allgemeinen ist es möglich, dass der Zuverlässigkeitsmesswert oder das Ergebnis des Vergleichs zwischen Empfänger und Sender übertragen wird, und eine der Entitäten kann die Entscheidung vornehmen, ob eine erneute Übertragung ausgeführt wird. In einer bevorzugten Ausführungsform fordert der Empfänger die erneuten Übertragungen gemäß dem Vergleich an. Auf diese Weise wird die Zeichengabe zwischen Sender und Empfänger minimiert.
In der Regel umfasst ein Datenpaket einen Kopfteil (Header) und einen Teil für die Nutzlastdaten. Fehler in dem Nutzlastdatenteil können oftmals korrigiert, verschleiert oder ignoriert werden, während Fehler in einem Protokollkopf ein Versagen des Protokolls verursachen können. Zudem können ebenfalls in der Nutzlast (Payload) verschiedene Teile eines Pakets eine unterschiedliche Relevanz für das Qualitätsniveau aufweisen, wie beispielsweise in gebräuchlichen Video- und Audio-Codecs. Teile der Nutzlast können sich auch in der Relevanz für andere Schichten des Protokollstapels unterscheiden, z. B. wenn der Kopf eines Protokolls eine Nutzlast in einer darunter liegenden Protokollschicht ist. Wenn es möglich ist zu erkennen, in welchem Teil der Daten ein Fehler auftritt, beispielsweise indem einem individuellen Teil eine Prüfsumme zugeordnet wird, kann ein Zuverlässigkeitsmesswert für den individuellen Teil bestimmt und mit einem entsprechenden Schwellwert verglichen werden. Dies ergibt die vorteilhafte Möglichkeit, Teile der Daten mit unterschiedlicher Relevanz unterschiedlich handzuhaben und nur wertvolle Datenpakete zur erneuten Übertragung auszuwählen, während erneute Übertragungen von anderen korrumpierten Teilen übersprungen werden. Daten mit einem Fehler in einem empfindlichen Teil der Daten oder einer höheren Protokollschicht können mit großer Beharrlichkeit zur erneuten Übertragung angefordert werden, während höhere Fehlerraten in weniger empfindlichen Teilen der empfangenen Daten zugelassen werden können.
Eine oder mehrere weitere Bedingungen können bestimmen, ob eine erneute Übertragung eines Datenpakets durchgeführt wird. Die weitere Bedingung kann in einem weiteren Vergleich geprüft werden, in dem derselbe oder ein anderer Zuverlässigkeitsmesswert mit einem weiteren Schwellwert verglichen wird. Die weitere Bedingung kann z. B. prüfen, ob eine erneute Übertragung die Dienstgüte für die Anwendung von einem ersten auf ein zweites vorbestimmtes Niveau erhöht. Um eine bestimmte Dienstgüte sicherzustellen, kann eine weitere Bedingung auch ein Vergleich von Ressourcen, die zur erneuten Übertragung erforderlich sind, mit einem spezifischen Schwellwert sein, z. B. auf die Menge von Funkressourcen, die für eine erneute Übertragung erforderlich sind. Erneute Übertragungen können z. B. durch Verzögern anderer Daten die Dienstgüte sowohl für die betrachtete Übertragung als auch für andere Anwender in einem Kommunikationssystem beeinträchtigen. Weitere Bedingungen, die die Dienstgüte bestimmen, können ebenfalls in Erwägung gezogen werden, z. B. ein Schwellwert für die Zeitspanne, die ein Datenpaket bereits zur Übertragung gespeichert ist, oder ein Verzögerungsbudget, das zur Übertragung verbleibt. In der weiteren Bedingung kann auch die Verwendung von lokalen Ressourcen in dem Sender oder Empfänger, wie Speicher- oder Batterieverbrauch, geprüft werden. Eine beliebige Kombination der obigen Bedingungen ist möglich. Dies ermöglicht beispielsweise, das Zuverlässigkeitsniveau gemäß verfügbaren Ressourcen zu wählen.
Wenn ein zweiter Zuverlässigkeitsschwellwert definiert wird, d. h. wenn zwei oder mehr Zuverlässigkeitsschwellwerte existieren, ist es möglich, eine Entscheidung vorzunehmen, erneute Übertragungen fortzusetzen, bis ein ausgewählter der mindestens zwei Zuverlässigkeitsschwellwerte erreicht wird. Auf diese Weise können verschiedene Übertragungsqualitätniveaus gewählt werden. Die Entscheidung kann auf einer beliebigen weiteren, wie im vorstehenden Absatz beschriebenen Bedingung basieren.
Ein Sender für ein ARQ-Protokoll im Stand der Technik empfängt im Allgemeinen Informationen zu verloren gegangenen Datenpaketen, während dies bei dem vorliegenden Verfahren nicht der Fall ist, nachdem der Zuverlässigkeitsschwellwert erreicht wurde. Gegebenenfalls sendet der Empfänger daher eine Zuverlässigkeitsinformation an den Sender, beispielsweise in einer Nachricht zur Anforderung einer erneuten Übertragung oder in einer separaten Nachricht enthalten. Die Zuverlässigkeitsinformation zeigt eine Fehlerstufe an, d. h. die Übertragungsqualität, und kann der Zuverlässigkeitsmesswert oder eine aus Zuverlässigkeitsmesswerten errechnete Information sein. Auf diese Weise kann der Sender Betriebsparameter gemäß der Zuverlässigkeitsinformation einrichten.
Die Information, ob eine erneute Übertragung für einen oder mehrere Anwender eines Kommunikationssystems von Vorteil ist, ist in vielen Fällen an dem Sender verfügbar. Sie kann beispielsweise von dem Inhalt zur Übertragung oder Betriebsparametern des Kommunikationssystems abgeleitet sein. Um die Entscheidung durch den Sender zu ermöglichen, ob eine erneute Übertragung durchgeführt wird, kann zusätzlich zu verbindlichen Anforderungen einer erneuten Übertragung eine optionale Anforderung einer erneuten Übertragung definiert sein. Optionale und verbindliche Anforderungen einer erneuten Übertragung können Nachrichten verschiedener Art sein oder sie können durch ein Optionsfeld in einer Nachricht unterschieden werden. Eine optionale Anforderung einer erneuten Übertragung wird gesendet, wenn der Zuverlässigkeitsmesswert zu dem Zuverlässigkeitsschwellwert, d. h. einem ausgewählten der Schwellwerte für den Fall, dass mehr als ein Schwellwert definiert ist, mindestens gleich ist. Bei einer optionalen Anforderung einer erneuten Übertragung kann von dem Empfänger mit der Anforderung für alle oder spezifische erneute Übertragungen ein Wichtigkeitswert angegeben werden oder er kann aus an dem Sender vorliegenden Informationen bestimmt werden. Im Vergleich zu einer verbindlichen Anforderung einer erneuten Übertragung führt der Sender mindestens eine weitere Entscheidung durch, ob als Antwort auf die optionale Anforderung einer erneuten Übertragung eine erneute Übertragung durchgeführt wird. Das Ergebnis der Entscheidung sowie der Wichtigkeitswert für erneute Übertragungen kann beispielsweise gemäß einem Zuverlässigkeitsmesswert und/oder einem Zuverlässigkeitsschwellwert, den Ressourcen, die für die erneute Übertragung erforderlich sind, Bedingungen, die die Dienstgüte bestimmen, wie ein Verzögerungsbudget, das zur Übertragung verbleibt, oder einer beliebigen Kombination dieser bestimmt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann der Sender ein Zuverlässigkeitserfordernis an den Empfänger senden. Das Zuverlässigkeitserfordernis steht mit der Signifikanz von Datenpaketen, z. B. einer PDU, SDU oder ADU, Teilen oder Gruppen dieser, in Zusammenhang und kann zum Auswählen des Zuverlässigkeitsschwellwerts verwendet werden. Das Zuverlässigkeitserfordernis kann in einem Header-Feld einer Protokolldateneinheit enthalten sein oder es kann eine separate Nachricht sein. Auf diese Weise wird die Flexibilität des Verfahrens im Vergleich zu vorkonfigurierten Schwellwerten verbessert. Die Schwellwerte können beispielsweise gemäß der Gesamtbelastung des Kommunikationssystems durch die Anwender eingerichtet werden.
Wenn teilweise fehlerhafte Daten übertragen werden, tritt das weitere Problem auf, dass höhere Protokollschichten und die Anwendung in dem Empfänger sich der Zuverlässigkeit der empfangenen Daten nicht bewusst sind. Um die Datenverarbeitung zu verbessern, ist es vorteilhaft, den Zuverlässigkeitsmesswert einer höheren Protokollschicht oder einer Anwendung bereitzustellen und die Verarbeitung der Schicht oder der Anwendung gemäß dem Zuverlässigkeitsmesswert einzurichten. Die Anwendung oder die höhere Protokollschicht kann die Information in verbesserten Fehlerverschleierungsverfahren verwenden, z. B. durch Anwenden anderer Datenabwicklungs- oder Fehlerverschleierungsalgorithmen gemäß der Datenzuverlässigkeit. Eine Anwendung kann beispielsweise eine Entscheidung gemäß der Zuverlässigkeitsinformation vornehmen, ob Fehlerkorrektur oder Fehlerverschleierung durchgeführt werden müssen oder ob Fehler ignoriert werden können.
Ein erfindungsgemäßer Empfänger empfängt von einem Sender gesendete Daten und leitet sie zur weiteren Verarbeitung an eine weitere Schicht in einem Protokollstapel oder an eine Anwendung weiter. Der Empfänger weist eine Empfangseinheit für die Daten auf, im Allgemeinen Datenpakete. Die Empfangseinheit decodiert die empfangenen Daten und leitet sie an ein Verarbeitungssystem weiter, das eine Prüfung durchführt, ob die Daten fehlerhaft sind. Der Empfänger kann beispielsweise fehlende Datenpakete, die in der Empfangseinheit aufgrund eines Fehlers verworfen wurden, aus einer fehlenden Sequenznummer erkennen. Bitfehler in einem Datenpaket können aus einer zyklischen Redundanzprüfung (cyclic redundancy check, CRC) erkannt werden. Eine Übertragungseinheit in dem Empfänger, im Allgemeinen mit der Empfangseinheit integriert, ist dazu eingerichtet, eine Anforderung an den Sender nach einer weiteren Datenübertragung gemäß der Prüfung zu senden, insbesondere der Daten, die als fehlerhaft erkannt wurden.
Das Verarbeitungssystem umfasst eine Einheit zum Bestimmen eines Zuverlässigkeitsmesswerts für die empfangenen Daten, z. B. aus einer der obigen Prüfungen. Ein Zuvelässigkeitsmesswert kann auch von der Empfangseinheit bezogen werden, z. B. ein Signal-zu-Interferenz-Verhältnis. Des Weiteren umfasst das Verarbeitungssystem eine Einheit für einen Vergleich des Zuverlässigkeitsmesswerts mit einem Zuverlässigkeitsschwellwert. Das Verarbeitungssystem ist dazu eingerichtet, die Anforderung nach der erneuten Übertragung der Daten gemäß dem Ergebnis des Vergleichs zu initiieren, z. B. von Datenpaketen, die als fehlerhaft erkannt werden. Zu diesem Zweck kann das Verarbeitungssystem eine Entscheidung vornehmen, ob eine erneute Übertragung angefordert wird oder ob die Anforderung verbindlich oder optional ist. Die Einheiten in dem Verarbeitungssystem können als Softwarecode implementiert sein und sie können beliebige Ausführungsformen des obigen Verfahrens durchführen.
Wenn das obige Verfahren ausschließlich in dem Empfänger implementiert wird, kann ein wie im Stand der Technik bekannter Sender in dem Verfahren verwendet werden. Ein entsprechender Sender weist eine Übertragungseinheit zum Senden von Daten an einen Empfänger und eine Empfangseinheit zum Empfangen von Anforderungen von dem Empfänger nach einer weiteren Übertragung von zuvor gesendeten Daten auf. In der Regel sind beide Einheiten Teil eines Sender/Empfängers. Ein Verarbeitungssystem speichert die gesendeten Daten in einem Speicher, ruft gespeicherte Daten gemäß der Anforderungen ab und initiiert eine erneute Übertragung der abgerufenen Daten durch die Übertragungseinheit.
Es ist oftmals vorteilhaft, alle oder einige Schritte des Verfahrens in dem Sender durchzuführen. In diesem Fall umfasst der Sender zusätzlich zu den beschriebenen Einheiten eine Einheit zum Bestimmen eines Zuverlässigkeitsmesswerts für die empfangenen Daten, beispielsweise durch Messungen und durch Extrahieren der Informationen aus einer von dem Empfänger gesendeten Nachricht. Das Verarbeitungssystem umfasst eine Einheit für einen Vergleich des Zuverlässigkeitsmesswerts mit einem Zuverlässigkeitsschwellwert und ist dazu eingerichtet, erneute Übertragungen gemäß dem Ergebnis des Vergleichs zu initiieren. Die Einheiten in dem Verarbeitungssystem können beispielsweise als Softwarecode implementiert sein. Sie können beliebige Ausführungsformen des obigen Verfahrens durchführen.
Wenn ein Sender eine optionale Anforderung einer erneuten Übertragung empfängt, kann die Entscheidung zur erneuten Übertragung auf der Wichtigkeit einer erneuten Übertragung für einen Dienst basieren. Die Wichtigkeit kann in der Anforderungsnachricht angegeben sein oder sie kann von dem Sender bestimmt werden, z. B. wenn eine PDU einen Header einer höheren Protokollschicht enthält. Des Weiteren können gegenwärtig verfügbare Ressourcen, die Belastung durch andere Dienste und Erfordernisse dieser, Senderbetriebsbedingungen, wie der Warteschlangenfüllstatus für Funkverbindungen, die derzeit verfügbare Datenrate oder die Zeitspanne, die Datenpakete bereits in Senderspeichern, -puffern und -warteschlangen verbracht haben, oder eine beliebige Kombination dieser Bedingungen berücksichtigt werden.
Eine erfindungsgemäße Programmeinheit steuert die Übertragung von Daten von einem Sender an einen Empfänger. Die Programmeinheit implementiert ein Protokoll, in dem der Empfänger eine Prüfung durchführt, ob empfangene Daten fehlerhaft sind, und wobei der Sender eine weitere Datenübertragung gemäß der Prüfung durchführt. Die Programmeinheit umfasst Softwarecode zum Durchführen der Schritte des Beziehens eines Zuverlässigkeitsmesswerts für die empfangenen Daten, Durchführens eines Vergleichs des Zuverlässigkeitsmesswerts mit einem Zuverlässigkeitsschwellwert und Initiierens der weiteren Datenübertragungen gemäß dem Ergebnis des Vergleichs. Die Programmeinheit ist beispielsweise auf einem Datenträger gespeichert oder ist in einen Sender oder Empfänger ladbar, z. B. als eine Sequenz von Signalen. Sie kann Teil eines Softwarepakets sein, das weitere Softwarekomponenten umfasst, z. B. ein Verarbeitungssystem. Die Programmeinheit kann in beliebigen Ausführungsformen des obigen Verfahrens verwendet werden.
Die vorstehenden und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden in der folgenden ausführlichen Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen, wie sie in den begleitenden Zeichnungen dargestellt sind, offensichtlicher werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1a zeigt eine Datenübertragung über eine Verbindung, die eine unzuverlässige Datenstrecke umfasst,
1b zeigt einen Empfänger für die Übertragung,
2 zeigt eine erfindungsgemäße Übertragung von Datenpaketen von einem Sender an einen Empfänger,
3 zeigt das Weiterleiten von Zuverlässigkeitsinformationen zwischen verschiedenen Protokollentitäten,
4a zeigt ein vorteilhaftes Format für eine Zuverlässigkeitsinformation,
4b zeigt ein Beispiel eines Datenpakets, das die Zuverlässigkeitsinformation von 4a umfasst.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG VON BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
In 1a ist eine Datenübertragung von einem Sender ST an einen Empfänger SR mit den entsprechenden Protokollschichten gezeigt. Die Verbindung wird über verschiedene Netze FN1, FN2 ausgeübt und umfasst eine unzuverlässige Datenstrecke WL zwischen einem optionalen Zwischenempfänger SR' und einem optionalen Zwischensender ST'. In 1a sind unterschiedliche Entitäten die Sender und Empfänger für unterschiedliche Protokollschichten auf der drahtlosen Datenstrecke WL, d. h. für die drei unteren Schichten sind der Zwischenempfänger SR' und der Zwischensender ST' die beteiligten Entitäten, während obere Schichten nur im Sender ST und Empfänger SR verarbeitet werden. Die Netze FN1, FN2 sind optionale Entitäten und es ist üblich, z. B. bei einem Mobiltelefon, dass alle Protokollschichten in eine einzige Vorrichtung SR'' integriert sind, die über eine drahtlose Datenstrecke WL' mit dem Zwischensender ST' verbunden ist. Ein Bluetooth-Netz, Infrarotverbindungen oder ein anderes Ad-hoc-Netz FN2 können jedoch andere Anwendervorrichtungen verbinden, z. B. ein Laptop, Mobiltelefon oder persönlicher digitaler Assistent (PDA).
Jeder Sender ST, ST' empfängt Dienstdateneinheiten (SDU) von einer höheren Protokollschicht oder von einer Interworkingfunktion und sendet sie in einer oder mehreren Protokolldateneinheiten (PDU) an die entsprechende Protokollschicht des Empfängers SR, SR', SR''. In dem Beispiel umfasst der Protokollstapel eine physikalische Schicht L1, eine Verbindungsschicht L2, ein Konvergenzprotokoll (convergence protocol) CP für die drahtlose Datenstrecke WL, das Internetprotokoll IP, das Benutzerdatagrammprotokoll (User Datagram Protocol) UDP und das Echtzeit-Protokoll (Real Time Protocol) RTP, das die Daten von der Anwendung an dem Sender ST empfängt und sie an die Anwendung an dem Empfänger SR, SR'' weiterleitet.
1b zeigt einen Empfänger SR'' für die übertragenen Daten. Eine Sender/Empfänger-Einheit TRU ermöglicht die Codierung von Daten zur Übertragung und das Senden von Daten an andere Vorrichtungen als auch den Empfang und die Decodierung von Daten. Im Allgemeinen werden die Daten DP in Datenpaketen gesendet. Der Protokollstapel ist in einem Verarbeitungssystem PRU implementiert, das die erforderliche Verarbeitungs- und Speicherfunktionalität zum Ausführen der Datenverarbeitung bereitstellt. Die Daten werden zwischen der Sender/Empfänger-Einheit TRU und der untersten Schicht L1 in dem Protokollstapel weitergeleitet. Eine entsprechende Funktionalität ist auch in allen anderen, in 1a bildlich dargestellen Entitäten implementiert, d. h. allen Empfängern SR, SR', SR'' und Sendern ST, ST'. Darüber hinaus weist der Endempfänger SR, SR'' eine Eingabe-/Ausgabeeinheit IOU, z. B. mit einer Tastatur, Lautsprechern und einer Anzeige, zur Darstellung von Daten gegenüber einem Anwender und zum Empfangen von Anwenderbefehlen auf. Oftmals weist eine Eingabe-/Ausgabeeinheit IOU auch eine Verarbeitungs- und Speicherungseinheit mit einem Speicher oder einer Festplatte auf. Der Protokollstapel weist eine Anwendungsschicht AP zum Austauschen von Daten mit der Eingabe-/Ausgabeeinheit IOU auf.
Mindestens eine Protokollschicht in einem der Empfänger SR, SR', SR'' prüft die empfangenen Datenpakete auf Fehler oder fehlende Pakete und fordert erneute Übertragungen von der entsprechenden Protokollschicht in dem Sender ST, ST' an. Dieses Protokoll wird als ARQ-Protokoll bezeichnet, obwohl mehrere Schichten mit einem ARQ-Mechanismus in dem Protokollstapel vorliegen können. Gemäß der Anforderungen überträgt der Sender zuvor übertragene Datenpakete erneut.
Das vorgeschlagene ARQ-Protokoll ist auf die Erfordernisse von fehlertoleranten Anwendungen eingerichtet. Eine im Empfänger SR ausgeführte Clientanwendung kann beispielsweise anfordern, Daten mit einem definierten Grad an Zuverlässigkeit zu empfangen. Der angeforderte Grad an Zuverlässigkeit ist beispielsweise der minimale Grad an korrekt empfangenen Daten, der zum Verarbeiten der Daten erforderlich ist, oder er kann einer erforderlichen Ausgabequalität der Anwendung entsprechen. Daten werden über Datenstrecken in den Netzen FN1, FN2 übertragen, einschließlich der drahtlosen Datenstrecke WL, die alle Fehler in die übertragenen Daten einbringen können, z. B. wenn Pakete aufgrund einer Stauung in einem Netz FN1, FN2 oder aufgrund eines Übertragungsfehlers auf der drahtlosen Datenstrecke WL fallen gelassen werden.
Um die Fehler auszumerzen, wendet das ARQ-Protokoll das vorgeschlagene Verfahren an. Wenn mehrere ARQ-Protokolle vorliegen, ist es möglich, dass mehrere Protokollschichten das vorgeschlagene Verfahren durchführen, z. B. sowohl die Transportschicht als auch die Verbindungsschicht. Der von der Anwendung angeforderte Grad an Zuverlässigkeit wird auf einen Zuverlässigkeitsschwellwert an der Protokollschicht, die das vorgeschlagene Verfahren durchführt, abgebildet. Der Zuverlässigkeitsschwellwert entspricht dem akzeptablen Ausmaß an Fehlern und liegt unter dem Wert, der fehlerfreien Daten entspricht, z. B. unter 100%, wenn der Zuverlässigkeitsschwellwert den erforderlichen Anteil von korrekten Daten darstellt. Wenn mehrere Protokollschichten das Verfahren durchführen, können die Schwellwerte für die Schichten unterschiedlich sein.
Im Gegensatz zum Stand der Technik merzt das vorgeschlagene Protokoll ARQ nicht alle Übertragungsfehler aus, d. h. Anforderungen einer erneuten Übertragung werden nicht gesendet, bis alle Daten erfolgreich übertragen wurden. Stattdessen werden Anforderungen nach erneuten Übertragungen bei fehlerhaften Daten nur gesendet, bis die empfangenen Daten den definierten Zuverlässigkeitsschwellwert erreicht haben. Selbst wenn Datenpakete noch immer fehlerhaft sind und genügend Zeit für erneute Übertragungen vorhanden ist, werden keine weiteren erneuten Übertragungen durchgeführt, nachdem der Zuverlässigkeitsschwellwert erreicht wurde.
Streaming-Technologie ermöglicht einen nahezu augenblicklichen Zugriff der Anwender auf zuvor gespeicherte Inhalte ohne die Notwendigkeit, eine komplette Datei vor der Darstellung zu übermitteln. Streaming-Anwendungen, z. B. für Video- oder Audiodateien, können oftmals eine Verschleierung von Bitfehlern bis zu einem gewissen Ausmaß vornehmen. Auf der Anwendungsschicht kann als Alternative oder zusätzlich zu ARQ-Verfahren Vorwärtsfehlerkorrektur angewendet werden, d. h. die Anwendungsschicht kann Bitfehler aus redundanten Informationen korrigieren. Des Weiteren kann eine Anwendung Bitfehler tolerieren, wie viele Video-Codecs zur Sprachübertragung, z. B. der AMR-Codec (AMR = Adaptive Multirate).
Streaming-Anwendungen haben jedoch Übermittlungsverzögerungserfordernisse auf dem Kommunikationspfad, denen nachgekommen werden muss, um eine erforderliche Qualität zu erzielen. Datenpakete, die nach der Verzögerungstoleranz ankommen, werden fallen gelassen, da die Verarbeitung der entsprechenden Informationen vor dem Zeitpunkt der Darstellung gegenüber dem Anwender beendet sein muss. Da erneute Übertragungen zum Korrigieren von Fehlern Verzögerungen einbringen, können ARQ-Protokolle nur angewendet werden, wenn die Verzögerungserfordernisse nicht zu knapp bemessen sind. Wenn sowohl Verzögerungs- als auch Qualitätserfordernisse bestehen, ist ein geeignetes Ausmaß an sowohl Fehlern als auch Verzögerung erforderlich.
Das vorgeschlagene Verfahren ist insbesondere für einen Streaming-Dienst über einen Funkträger eines Kommunikationssystems, das ein ARQ-Protokoll einsetzt, von Vorteil. Wenn das Streaming von einem Server durchgeführt wird, der mit dem Kommunikationssystem verbunden ist, ist der Zwischensender ST' beispielsweise eine Funkbasisstation (radio base station, RBS) oder eine Funknetzsteuerung (radio network controller, RNC), je nach der ARQ-Schicht in dem Protokollstapel, während der Empfänger SR'' eine Anwendereinrichtung sein kann. Es ist jedoch auch möglich, ein Streaming in der Aufwärtsstrecke (Uplink) mit der Anwendereinrichtung als Sender und der RBS oder RNC als Empfänger durchzuführen.
Die Verarbeitung von Datenpaketen zur Übertragung ist in 2 detaillierter gezeigt, die der Einfachheit halber nur ausgewählte Schichten des Protokollstapels bildlich darstellt. Ein Videostream kann verschiedene Arten von Frames umfassen, einschließlich von Informationen, die Teil eines Bilds sind, oder Informationen zu Veränderungen zwischen aufeinander folgenden Bildern. Ein Beispiel ist ein I-Frame eines Videostreams, der größer als ein IP-Paket (IP = Internetprotokoll) sein kann. Wenn der Sender ST2 den I-Frame aus der Anwendungsschicht des Protokollstapels an die IP-Schicht weiterleitet, wird er daher in mehrere IP-Pakete aufgeteilt, die jeweils einen Kopfteil (Header) H und einen Payloadteil P aufweisen. Wenn die IP-Pakete zur weiteren Übertragung durch die Verbindungsschicht L2 verarbeitet werden, passt ein IP-Paket im Allgemeinen nicht in einen Datenblock RLC, bei dem es sich um die Verbindungsschicht-PDU eines UMTS-Kommunikationssystems handelt. Folglich wird auf der Verbindungsschicht L2 eine weitere Segmentierung durchgeführt.
Die Pakete werden dann an die physikalische Schicht L1 zur Übertragung über die Funkverbindung RC an den Empfänger SR2 weitergeleitet. Der Empfänger SR2 führt eine umgekehrte Verarbeitung für alle Schichten durch, um I-Frames der Anwendung aus den RLC-Paketen durch Entfernen der Kopfteile H und Verknüpfen der Payloadteile P zusammenzusetzen. Die RLC-Pakete umfassen auch einen Kontrollinformationsteil, der es ermöglicht, eine Prüfung durchzuführen, ob auf der Funkverbindung RC Bitfehler aufgetreten sind.
Im Beispiel kann die Anwendung bis zu 20% Bitfehler tolerieren, d. h. sie benötigt 80% korrekte Bits in der Payload (Nutzlast), um die Informationen zu verarbeiten. In einer ressourceneffizienten Übertragung kann der ARQ-Vorgang gestoppt werden, wenn dieser Schwellwert überschritten wird. Bestehende ARQ-Protokolle übertragen jeden Datenblock erneut, bis ein Verzögerungsbudget für den Datenblock abgelaufen ist oder eine Höchstzahl von erneuten Übertragungen erreicht worden ist. Im vorgeschlagenen Verfahren wird die Ressourcennutzung durch Stoppen des Vorgangs der erneuten Übertragung von Daten, die ausreichend fehlerfrei sind, verbessert. Das erforderliche Ausmaß wird vorzugsweise von der Anwendung bestimmt, da die Fehlerstufe, die toleriert werden kann, für unterschiedliche Arten von Anwendungen, wie Audio oder Video, oder für unterschiedliche Verarbeitungsverfahren stark variieren kann, z. B. wenn Fehlerverschleierung durchgeführt wird oder wenn redundante Informationen eine Fehlerkorrektur ermöglichen. Ressourcen, die für die erneute Übertragung nicht benötigt werden, können zum Übertragen neuer Daten für denselben Anwender verwendet werden oder sie können anderen Anwendern zugewiesen werden.
Ein Zuverlässigkeitsmesswert RM wird definiert, um zu prüfen, ob die empfangenen Daten eine ausreichend niedrige Fehlerstufe aufweisen. Der Zuverlässigkeitsmesswert RM wird vorzugsweise ausgewählt, um anzuzeigen, ob ein fehlerhaftes Datensegment dennoch verarbeitet werden kann. Ein fataler Fehler in einem empfindlichen Teil kann beispielsweise bedingen, dass ein Paket komplett fallen gelassen werden muss, z. B. wenn ein Bitfehler die Paketsequenznummer löscht. Fehler in weniger empfindlichen Informationen können dennoch eine Verarbeitung zulassen. Wenn ein Fehler fatal sein kann, reicht es aus, wenn der Zuverlässigkeitsmesswert anzeigt, ob eine Dateneinheit fehlerfrei ist oder einen Fehler aufweist. Der Zuverlässigkeitsmesswert für Dateneinheiten, die im Fall von Fehlern verarbeitet werden können, zeigt vorzugsweise die Fehlerstufe an. Der Zuverlässigkeitsmesswert für jede Dateneinheit kann beispielsweise aus Decodierungsinformationen, die von der physikalischen Schicht bereitgestellt werden, oder aus Fehlererkennungscodes des Protokolls bestimmt werden. Der Zuverlässigkeitsmesswert wird dann für alle Dateneinheiten in einem betrachteten Datensegment zusammengestellt und der aggregierte Zuverlässigkeitsmesswert für das Segment wird mit einem Zuverlässigkeitsschwellwert verglichen. Erneute Übertragungen werden angefordert, bis der Schwellwert erreicht wird.
Informationen zu Paketen höherer Schichten können für die Definition eines geeigneten Zuverlässigkeitsmesswerts oder die Auswahl eines geeigneten Schwellwerts verwendet werden. Die IP-Header beispielsweise müssen korrekt sein, um die Verarbeitung von IP-Paketen zuzulassen. Andernfalls wird das IP-Paket fallen gelassen. Somit bestimmt eine weitere Prüfung vorzugsweise, ob die Information, die aus den Datenblöcken RLC wieder zusammengesetzt wurde, in einem gültigen IP-Paket mit intaktem Header und einer korrekten Paketgröße resultiert. Der IP-Header umfasst ein CRC-Feld als auch ein Feld, das die Paketgröße anzeigt. Die CRC kann verwendet werden, um zu prüfen, ob der Header intakt ist. Eine Prüfung der Paketgröße ist vorteilhaft, wenn auf einer unteren Schicht eine Verknüpfung angewendet wird, d. h. wenn eine PDU der unteren Schicht Teile von zwei IP-Paketen enthalten kann. In diesem Fall ist das Framing des IP-Pakets unklar, wenn die Abgrenzung zwischen den IP-Paketen nicht bestimmt werden kann. Wenn ein komplettes Datenpaket einer unteren Schicht fehlt, kann die Längeninformation des IP-Pakets dazu verwendet werden, den fehlenden Payloadteil auf zufüllen.
In der einfachen Ausführungsform von 2 wird der Anteil von fehlerfreien Datenblöcken RLC für jedes IP-Paket auf der RLC-Protokollschicht gezählt. Der Zuverlässigkeitsmesswert RM ist folglich der Anteil von fehlerfreien Datenblöcken RLC in einem IP-Paket. Wenn mindestens 80% der Datenblöcke RLC in einem IP-Paket fehlerfrei sind, werden Anforderungen einer erneuten Übertragung von Datenblöcken RLC in diesem IP-Paket gestoppt. Vorzugsweise werden Datenblöcke RLC, die Teile des IP-Headers H umfassen, anders behandelt, da im Fall eines fehlerhaften Headers das gesamte IP-Paket fallen gelassen wird. Die entsprechenden Datenblöcke RLC werden vorzugsweise erneut übertragen, bis sie alle korrekt empfangen werden oder bis ihr Verzögerungsbudget abläuft.
Alternativ dazu kann der Zuverlässigkeitsmesswert RM auf Bitniveau bestimmt werden, z. B. als ein Prozentanteil von Bitfehlern in einem Datenpaket, oder es können Bitfehlerpositionen angezeigt werden. Detaillierte Informationen zu Fehlern sind besonders vorteilhaft, wenn der Zuverlässigkeitsmesswert in der Entität beurteilt wird, in der er bestimmt wird, und der Übertragungs-Overhead für detaillierte Informationen akzeptabel ist, z. B. aufgrund von Übertragung auf einem internen Datenbus.
Ein Definieren von mehr als einem Grad an Zuverlässigkeit kann das Verfahren weiter verbessern. Die Gütequalität kann beispielsweise verbessert werden, wenn die empfangenen Daten den Zuverlässigkeitsgrad B aufweisen, der höher als ein Mindestgrad A ist, der für die Verarbeitung erforderlich ist. In diesem Fall kann der Sender oder der Empfänger damit fortfahren, erneute Übertragungen zur Fehlerausmerzung über den Zuverlässigkeitsgrad A hinweg bis hin zum Zuverlässigkeitsgrad B zu initiieren. Die Entscheidung, ob erneute Übertragungen durchzuführen sind, bis einer der Zuverlässigkeitsgrade erzielt wird, kann auf einem einzigen oder mehreren Parametern aus einer Gruppe basieren, die Diensterfordernisse, z. B. ein verbleibendes Verzögerungsbudget, Priorisierung, z. B. ausgewählte Dienste oder Anwender, Funkressourcenverfügbarkeit und Kosten umfasst.
In manchen Protokollen werden Sender- und Empfängerfenster zum Aufspüren von fehlerhaften oder nicht bestätigten Datenpaketen verwendet. Wenn der Empfänger ein Datenpaket außerhalb des Empfängerfensters empfängt, wird das Paket verworfen, während der Sender nur erneute Übertragungen von Paketen innerhalb des Senderfensters durchführt. Andernfalls können Fehlfunktionen des Protokolls auftreten, insbesondere wenn für die Datenpakete zyklische Nummerierungsschemata verwendet werden.
Das obige Verfahren kann ebenfalls zusammen mit Sender- und Empfängerfenstern verwendet werden. Insbesondere ist es möglich, das Empfängerfenster vorzurücken, wenn die für die Datenpakete erforderliche Zuverlässigkeit erreicht wird. Um optionale erneute Übertragungen unterzubringen, kann ein weiterer Abschnitt des Empfängerfensters unterhalb des Empfängerfensters definiert werden. Der weitere Abschnitt kann verschoben werden, wenn keine erneute Übertragungen innerhalb einer bestimmten Zeitspanne empfangen werden, z. B. innerhalb einer Rundreisezeit des Protokolls. Das Senderfenster kann nach einer Entscheidung, keine weitere erneuten Übertragungen von ausgewählten Daten zu senden, verschoben werden. Eine Nachricht von dem Sender an den Empfänger initiiert eine entsprechende Verschiebung des Empfängerfensters, z. B. gemäß der wie in den 3GPP-Spezifikationen definierten Vorgehensweise „Move Receiver Window" (Empfängerfenster verschieben).
In dem vorgeschlagenen Verfahren gewährleistet die Auswahl des Zuverlässigkeitsschwellwerts die Bereitstellung von Daten mit einem ausreichenden Qualitätsniveau an die Anwendung, während es gleichzeitig eine hoch effektive Übertragung ermöglicht. Für eine angemessene Definition des Schwellwerts ist es erforderlich, dem ARQ-Protokoll die Zuverlässigkeitserfordernisse der Anwendung oder einer höheren Protokollschicht bereitzustellen. Sowohl für die Quelle als auch die Mittel zum Bereitstellen der Zuverlässigkeitserfordernisse existieren mehrere Möglichkeiten. Informationen, die die Zuverlässigkeitsschwellwerte bestimmen, können beispielsweise vorkonfiguriert sein oder sie werden von der Anwendung, dem Anwender oder einem weiteren Protokoll bereitgestellt.
Informationen, die die Zuverlässigkeitserfordernisse definieren, können beispielsweise in einem weiteren Protokoll, wie einem Reservierungsprotokoll, signalisiert werden, z. B. in einer Erweiterung des RSVP (Resource Reservation Protocol, Ressourcenreservierungsprotokoll). Zuverlässigkeitserfordernisse können auch bei der Herstellung einer Verbindung bereitgestellt oder verhandelt werden. Bei einem Transportprotoll können Zuverlässigkeitserfordernisse Optionen sein, die an dem Socket-Interface verhandelt werden. Bei einem Funkverbindungsprotokoll können sie in einer Funkträgerherstellungsanforderung enthalten sein, entweder von dem Clientenendgerät oder von dem Netz. Ein vorkonfiguriertes Zuverlässigkeitserfordernis kann als ein Profil gespeichert sein. Zuverlässigkeitserfordernisse können auch aus den übertragenen Daten bestimmt werden, z. B. gemäß der Art transportierter Medien, die aus den Protokollköpfen bestimmt werden kann. Wenn das UDP-Lite-Protokoll beispielsweise das RTP (realtime protocol, Echtzeit-Protokoll) mit einem spezifischen RTP-Format, d. h. Medienart, transportiert, kann für diese Konfiguration ein bestimmtes Zuverlässigkeitserfordernis vorkonfiguriert werden. Zuverlässigkeitserfordernisse können auch in den übertragenen Daten signalisiert werden, z. B. als ein Optionsfeld in Paketköpfen. Kombinationen dieser Optionen sind möglich, insbesondere wenn mehrere Schwellwerte angewendet werden.
In einer weiteren Verbesserung des Verfahrens werden Zuverlässigkeitsinformationen der Anwendung oder einer weiteren Protokollschicht bereitgestellt. Zu diesem Zweck ist Funktionalität erforderlich, um Zuverlässigkeitsinformationen auf effektive Weise zusammen mit den Informationen, die übertragen werden, zu übergeben. Zuverlässigkeitsinformationen sind insbesondere an der Empfangsseite des ARQ-Protokolls verfügbar, obwohl beliebige Zuverlässigkeitsinformationen, die entlang des Pfads durch das Netz aufgenommen wurden, verwendet werden können. Die Zuverlässigkeitsinformationen können beispielsweise in Fehlerverschleierungs- oder -korrekturvorgängen angewendet werden. Auch wenn die Verwendung und Weiterleitung von Zuverlässigkeitsinformationen hier mit Bezug auf ein Verfahren zum Durchführen von erneuten Übertragungen beschrieben wird, sollte angemerkt werden, dass die wie beschriebene Verwendung und Weiterleitung von Zuverlässigkeitsinformationen eine allgemeine Richtlinie ist, die auch für ein Protokoll ohne erneute Übertragungen oder für ein Protokoll, das erneute Übertragungen anders als das vorgeschlagene Verfahren durchführt, angewendet werden kann.
In einem einzigen Protokollstapel kann das Weiterleiten von Zuverlässigkeitsinformationen mittels wohl bekannter Vorgänge durchgeführt werden, z. B. mittels Stammelementen, die zwischen den Schichten gesendet werden, oder mittels Verwendung von gemeinsam genutzten Speichern. Oftmals müssen Zuverlässigkeitsinformationen jedoch an eine andere Protokollentität weitergeleitet werden, wie in 3 bildlich dargestellt. Die Sender ST3, ST3' umfassen wie mit Bezug auf 1 beschriebene Protokollschichten, mit der Ausnahme, dass ein allgemeines Transportprotokoll TP und eine Anwendungsschicht AP in dem Protokollstapel angezeigt sind. Der Empfänger besteht aus einem mobilen Endgerät MT, das über eine Standardschnittstelle INT mit einer Endgeräteinrichtung TE verbunden ist. Das mobile Endgerät MT und die Endgeräteinrichtung TE können in derselben Hardware, z. B. in einem Multimedia-Mobiltelefon, oder in separaten Hardwareeinheiten, z. B, in einem Laptop, das über ein Kabel oder eine Bluetooth-Verbindung mit einem Mobiltelefon verbunden ist, implementiert sein. Auf der drahtlosen Datenstrecke WL können auf der Verbindungsschicht L2 Paketverluste auftreten, z. B. aufgrund einer Übertragung ohne Bestätigungen oder aufgrund von Paketen, die nach übermäßigen Verzögerungen in einem Übertragungsschema mit Bestätigung fallen gelassen wurden. Das Protokoll AQP, das erneute Übertragungen gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren durchführt, ist in diesem Fall die Transportschicht TP in der Endgeräteinrichtung, während die Zuverlässigkeitsinformationen auf der Verbindungsschicht L2 in dem mobilen Endgerät ME verfügbar sind.
Für die Weiterleitung von Zuverlässigkeitsinformationen INF zwischen logisch oder physikalisch getrennten Protokollentitäten existieren mehrere Alternativen. Da die Weiterleitung innerhalb eines Protokollstapels geradlinig ist, ist es möglich, dass eine andere Schicht als das Protokoll AQP, das erneute Übertragungen durchführt, die weitergeleiteten Zuverlässigkeitsinformationen INF in der empfangenden Entität empfängt. In 3 beispielsweise empfängt die Schicht IP in der Endgeräteinrichtung TE die Zuverlässigkeitsinformationen INF und leitet sie an das Protokoll AQP weiter.
Ein Beispiel eines vorteilhaften Formats der Zuverlässigkeitsinformationen RI ist in 4a gezeigt. Ein Feld SSI spezifiziert die Segmentgröße, d. h. die Granularität, für die Zuverlässigkeitsinformationen verfügbar sind. Ein Feld NOS zeigt die Anzahl von Segmenten an, auf die die Zuverlässigkeitsinformationen zutreffen. Eine Bitmap BMP stellt die Zuverlässigkeit jedes Segments dar, wobei ein oder mehrere Bits mit jedem Segment in Zusammenhang stehen können. Wenn ein Protokoll Segmente mit unterschiedlichen Längen zulässt, ist eine Liste, die die Größe und Zuverlässigkeit jedes Segments anzeigt, eine vorteilhafte Alternative zu der gezeigten Ausführungsform. Die Granularität der Zuverlässigkeitsinformationen kann variieren. Zuverlässigkeitsinformationen für jedes Bit können von dem Kanaldecodierer auf der physikalischen Schicht bezogen werden, was jedoch in einer großen Menge von Informationen resultiert. Informationen für Protokolldateneinheiten der Schicht 2, z. B. pro RLC-Protokolldateneinheit in GPRS-(General Packet Radio Service, allgemeiner paketorientier ter Funkdienst) oder UMTS-Systemen, sind eine vorteilhafte Option und können aus der CRC-Prüfung an dem Empfänger der Verbindungsschicht bezogen werden. In beiden Fällen kann eine Anwendung Fehlerwahrscheinlichkeiten für verschiedene Teile der empfangenen Daten identifizieren.
Die Zuverlässigkeitsinformationen können als Header-Feld einer Protokolldateneinheit einer höheren Schicht an die Anwendung übergeben werden. 4b stellt die Verwendung des wie mit Bezugnahme auf 4a definierten allgemeinen Formats in einem IP-Paket. Das IP-Paket umfasst die Header von mehreren höheren Protokollschichten sowie Anwendungsdaten und wird von einer sendenden Protokollentität SP an eine empfangende Entität RP gesendet. Zu diesem Zweck wird das IP-Paket in mehrere Segmente RLC aufgeteilt, die Protokolldateneinheiten der Verbindungsschicht entsprechen, und an der empfangenden Entität aus diesen wieder zusammengesetzt. Die Zuverlässigkeitsinformationen werden in einem optionalen Feld des IP-Headers angezeigt, das während der Zusammensetzung geändert wird. In diesem Fall entspricht das Feld SSI' der Größe der Verbindungsschicht-PDU, das Feld NOS' entspricht der Anzahl von PDUs in einem IP-Paket und das Feld BMP' stellt die Zuverlässigkeitsinformationen für jede PDU als Eintrag in eine Bitmap dar. Die Anwendung an dem Empfänger extrahiert das optionale Feld. Eine Implementierung dieser Alternative bedingt eine Erweiterung von IP-Socket-Funktionen, um die Änderung der Zuverlässigkeitsinformationen zu ermöglichen. Vorteilhafterweise kann diese Alternative zusammen mit der Verschlüsselung von IPsec (secure Internet Protocol, sicheres Internetprotokoll) verwendet werden, da der IP-Header nicht verschlüsselt ist und somit von unteren Protokollschichten geändert werden kann.
Alternativ dazu können Zuverlässigkeitsinformationen an die Anwendungsprotokolldateneinheit ADU angehängt werden. Aufgrund der Verschlüsselung von IPsec ist diese Alternative für IPsec nicht geeignet. Anwendungen, die nicht auf die zusätzlichen Informationen eingerichtet sind, können die empfangenen Daten falsch interpretieren. Daher veranlasst der Sender vorzugsweise das Anhängen von Zuverlässigkeitsinformationen an ADUs. Eine Option für einen UDP-Fluss ist eine anfängliche UDP-Nachricht von dem Sender an den Empfänger auf einer spezifischen Portnummer, wobei die Nachricht die Flussidentität anzeigt. Der Empfänger überwacht alle UDP-Pakete und identifiziert die anfängliche UDP-Nachricht durch die Portnummer. Der Empfänger fügt dann UDP-Paketen in dem Fluss mit der angezeigten Identität Zuverlässigkeitsinformationen hinzu. Wenn die Anwendungsdaten in ADUs mit einem Header übertragen werden, kann es sich bei den Informationen um ein Header-Feld der ADUs handeln, z. B. in dem in 4a bildlich dargestellten Format. Alternativ dazu sind sie in der Nutzlast (Payload) enthalten.
In einer weiteren Alternative kann die empfangende Protokollentität eine Nachricht an das empfangende Endgerät erstellen. Die Nachricht umfasst die Zuverlässigkeitsinformationen für einen Datenfluss und kann mit dem Datenfluss assoziiert sein, der an eine spezifische Portnummer gesendet wird. Die Anwendung kann den Datenfluss und die Zuverlässigkeitsinformationen synchronisieren, z. B. wenn der RTP-Header in der Nachricht enthalten ist. Diese Alternative ist vorteilhaft, da sie keine Modifizierungen des Socket-Interface des empfangenden Endgeräts bedingt.
Die obigen Ausführungsformen erfüllen die Aufgaben der Erfindung auf vortreffliche Weise. Man wird jedoch zu schätzen wissen, dass von Fachmännern Abweichungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der Erfindung abzuweichen, der nur durch die Ansprüche eingeschränkt ist.

Claims

Verfahren zur Übertragung von Daten von einem Sender (ST) an einen Empfänger (SR), wobei ein erstes Protokoll in dem Empfänger (SR) eine Prüfung durchführt, ob empfangene Daten (DP) fehlerhaft sind und wobei der Sender (ST) eine weitere Datenübertragung gemäß der Prüfung durchführt und das erste Protokoll die empfangenen Daten (DP) verarbeitet und eine Dienstdateneinheit an die nächsthöhere Protokollschicht übergibt, wobei die folgenden Schritte durchgeführt werden: – Bestimmen eines Zuverlässigkeitsmesswerts (RM) für die empfangenen Daten (DP), – Aggregieren des Zuverlässigkeitsmesswerts für mindestens einen Teil der Dienstdateneinheit, – Durchführen eines Vergleichs des aggregierten Zuverlässigkeitsmesswerts (RM) mit einem Zuverlässigkeitsschwellwert (RT), – Durchführen der weiteren Datenübertragung gemäß dem Ergebnis des Vergleichs für Daten (DP), die als fehlerhaft erkannt werden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Empfänger (SR) die weiteren Datenübertragungen gemäß dem Vergleich anfordert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Zuverlässigkeitsmesswert (RM) für einen ausgewählten Teil der empfangenen Daten (DP) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei mindestens eine weitere Bedingung bestimmt, ob die weitere Datenübertragung durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei mindestens ein zweiter Zuverlässigkeitsschwellwert definiert wird und wobei eine Entscheidung vorgenommen wird, weitere Datenübertragungen fortzusetzen, bis ein ausgewählter der Zuverlässigkeitsschwellwerte erreicht wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Empfänger (SR) eine Zuverlässigkeitsinformation (RI), die eine Fehlerstufe der empfangenen Daten (DP) anzeigt, an den Sender (ST) sendet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei eine optionale Anforderung einer erneuten Übertragung in dem ersten Protokoll definiert ist, der Empfänger (SR) die optionale Anforderung einer erneuten Übertragung sendet, wenn der Zuverlässigkeitsmesswert (RM) zu einem der Zuverlässigkeitsschwellwerte (RT) zumindest gleich ist und wobei der Sender (ST) eine Entscheidung vornimmt, ob als Antwort auf die optionale Anforderung einer erneuten Übertragung eine weitere Datenübertragung durchgeführt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sender (ST) ein Zuverlässigkeitserfordernis an den Empfänger (SR) sendet und der Empfänger (SR) den Zuverlässigkeitsschwellwert gemäß dem Zuverlässigkeitserfordernis auswählt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Zuverlässigkeitsmesswert (RM) einer höheren Protokollschicht (AP) oder einer Anwendung bereitgestellt wird und die Verarbeitung der höheren Protokollschicht (AP) oder der Anwendung gemäß dem Zuverlässigkeitsmesswert (RM) eingerichtet wird.
Empfänger für von einem Sender (ST) gesendete Daten, wobei der Empfänger (SR) eine Empfangseinheit (TRU) für die Daten (DP) und zum Weiterleiten der Daten (DP) an ein Verarbeitungssystem (PRU) aufweist, wobei das Verarbeitungssystem (PRU) zum Durchführen einer Prüfung in einem ersten Protokoll, ob empfangene Daten (DP) fehlerhaft sind, eingerichtet ist und das erste Protokoll die empfangenen Daten (DP) verarbeitet und eine Dienstdateneinheit an die nächsthöhere Protokollschicht übergibt und wobei der Empfänger (SR) eine Übertragungseinheit aufweist, die zum Senden einer Anforderung an den Sender (ST) nach einer weiteren Datenübertragung gemäß der Prüfung eingerichtet ist, wobei das Verarbeitungssystem (PRU) eine Einheit zum Bestimmen eines Zuverlässigkeitsmesswerts (RM) für die empfangenen Daten (DP) und zum Aggregieren des Zuverlässigkeitsmesswerts für mindestens einen Teil der Dienstdateneinheit umfasst, das Verarbeitungssystem (PRU) eine Einheit für einen Vergleich des aggregierten Zuverlässigkeitsmesswerts (RM) mit einem Zuverlässigkeitsschwellwert (RT) umfasst und das Verarbeitungssystem (PRU) zum Initiieren der Anforderung nach der weiteren Datenübertragung gemäß dem Ergebnis des Vergleichs für Daten (DP), die als fehlerhaft erkannt werden, eingerichtet ist.
Sender mit einer Übertragungseinheit zum Senden von Daten (DP) an einen Empfänger (SR), wobei in dem Empfänger ein erstes Protokoll die empfangenen Daten (DP) verarbeitet und eine Dienstdateneinheit an die nächsthöhere Protokollschicht übergibt, der Sender eine Empfangseinheit zum Empfangen von Anforderungen von dem Empfänger (SR) nach einer weiteren Übertragung gesendeter Daten und ein Verarbeitungssystem zum Speichern der gesendeten Daten und zum Abrufen der gespeicherten Daten gemäß der Anforderungen und zum Initiieren einer weiteren Datenübertragung durch die Übertragungseinheit aufweist, wobei das Verarbeitungssystem eine Einheit zum Bestimmen eines Zuverlässigkeitsmesswerts (RM) für die von dem Empfänger (SR) empfangenen Daten und zum Aggregieren des Zuverlässigkeitsmesswerts für mindestens einen Teil der Dienstdateneinheit umfasst, das Verarbeitungssystem eine Einheit für einen Vergleich des aggregierten Zuverlässigkeitsmesswerts (RM) mit einem Zuverlässigkeitsschwellwert (RT) umfasst und das Verarbeitungssystem zum Initiieren der weiteren Datenübertragung gemäß dem Ergebnis des Vergleichs eingerichtet ist.
Programmeinheit zum Steuern der Übertragung von Daten (DP) von einem Sender (ST) an einen Empfänger (SR), wobei ein erstes Protokoll in dem Empfänger (SR) zum Durchführen einer Prüfung, ob empfangene Daten (DP) fehlerhaft sind, eingerichtet ist und das erste Protokoll zum Verarbeiten der empfangenen Daten (DP) und zum Übergeben einer Dienstdateneinheit an die nächsthöhere Protokollschicht eingerichtet ist und wobei der Sender (ST) zum Durchführen einer weiteren Datenübertragung gemäß der Prüfung eingerichtet ist, wobei die Programmeinheit Softwarecode umfasst, der zum Durchführen der folgenden Schritte eingerichtet ist: – Beziehen eines Zuverlässigkeitsmesswerts (RM) für die empfangenen Daten (DP), – Aggregieren des Zuverlässigkeitsmesswerts für mindestens einen Teil der Dienstdateneinheit, – Durchführen eines Vergleichs des aggregierten Zuverlässigkeitsmesswerts (RM) mit einem Zuverlässigkeitsschwellwert (RT), – Initiieren der weiteren Datenübertragung gemäß dem Ergebnis des Vergleichs für Daten (DP), die als fehlerhaft erkannt werden.