DE102007044558A1

DE102007044558A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Anpassung der Datenrate von WLAN-Funkkanälen und/oder der Paketgröße auf WLAN-Funkkanälen in einem Car2X-Netz

Info

Publication number: DE102007044558A1
Application number: DE102007044558A
Authority: DE
Inventors: Klaus Meier; Andreas Dr. Lübke; Tobias Thomas
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2007-07-26
Filing date: 2007-09-07
Publication date: 2009-01-29

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung in einem Car2X-Netz, wobei die Datenübertragung über WLAN-Funkkanäle stattfindet, wobei der Teilnehmer eine Sende-/Empfangseinheit umfasst sowie Mittel zur Beurteilung der Signalqualität einer Funkverbindung, wobei bei abnehmender Signalqualität die Datenrate und/oder die Paketgröße der Funkverbindung sofort reduziert wird, wobei eine Erhöhung der Datenrate und/oder der Paketgröße nur vorgenommen wird, wenn die Signalqualität für einen vordefinierten Zeitraum Deltat über einem vorgegebenen Wert S<SUB>G</SUB> liegt.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Anpassung der Datenrate von WLAN-Funkkanälen und/oder der Paketgröße auf WLAN-Funkkanälen in einem Car2X-Netz.
Bei allen WLAN-Funksystemen findet eine Anpassung der Datenrate in Abhängigkeit der Signalqualität statt. Sie kann von 1 MBit/s bei schlechter Qualität bis zu 11 MBit/s (802.11b) bzw. von 6 MBit/s bis zu 54 MBit/s (802.11a/g/h) bzw. 3 MBit/s bis zu 27 MBit/s (802.11p) bei sehr guter Qualität erhöht werden. Neue Standards wie 802.11n weisen sogar eine maximale Datenrate bis zu 300 MBit/s auf. Diese Algorithmen sind aber für stationäre Knoten optimiert.
Aus der DE 20 2004 017 120 U1 ist eine Basisstation bekannt, die für die Verwendung in einem drahtlosen lokalen Netzwerk (WLAN) konfiguriert ist und ein vordefiniertes drahtloses Rahmenformat verwendet, wobei in die Basisstation eine Verkehrsüberlaststeuerung implementiert ist. Die Basisstation weist einen Sender und Empfänger auf, die so konfiguriert sind, dass diese drahtlose Kommunikationen in dem vordefinierten Rahmenformat senden und empfangen. Eine mit dem Sender und Empfänger verbundene Verarbeitungseinheit ist so konfiguriert, dass diese empfangene Kommunikationsrahmen und Formatinformationen für die Übertragung in Rahmen verarbeitet, wobei die Verarbeitungseinheit eine Verkehrsprognoseinformation erkennt, die in drahtlose Kommunikationsrahmen eingebettet ist, welche von dem Empfänger von einer drahtlosen Sende-/Empfangseinheit (WTRU) empfangen wird. Die Verarbeitungseinheit wertet die empfangene Verkehrsinformation von der WTRU in Verbindung mit anderen Kommunikationsverkehrsdaten aus, um einen entsprechenden Befehl zu erzeugen, der in einem formatierten Kommunikationsrahmen mit Anweisungen an die WTRU gesendet wird.
Aus der DE 602 06 606 T2 ist ein Verfahren zur Verbesserung eines Datendurchsatzes einer Übertragung über ein Kommunikationsnetz mit einer Verwaltungseinheit zur Verwaltung von Kanälen bekannt, die Übertragungsparameter aufweisen und mit einer Bereitstellungseinheit zur Bereitstellung, zur Verteilung und zum Verschicken von Daten über die Kanäle. Die Verwaltungseinheit informiert die Bereitstellungseinheit über einen Kanalwechsel von einem alten auf einen neuen Kanal, wobei die Information die Übertragungsparameter des neuen und des alten Kanals als auch den Zeitpunkt der Durchführung des Kanalwechsels umfasst, wobei anhand dieser Informationen eine Anpassung der Übertragungsparameter des alten Kanals an die Übertragungsparameter des neuen Kanals durchgeführt werden.
Aus der DE 600 15 510 T2 ist ein Verfahren drahtlos-spezifischer Kommunikation zwischen einer Drahtlosnetz-Hardwarekomponente, die mit einem Computer verbunden ist, und einer Softwarekomponente auf dem Computer bekannt, wobei eine Schnittstelle zu der Drahtlosnetz-Hardwarekomponente aufgerufen wird. Ein Eingang für die Schnittstelle wird bereitgestellt, wobei der Eingang die Position eines Parameters angibt und der Eingang eine Objekt-Kennung enthält, die eine drahtlos-spezifische Anfrage von der Softwarekomponente an die Drahtlosnetz-Hardwarekomponente angibt, die drahtlos-spezifische dynamische Anfragedaten für ein Paket anfordert. Die Antwort der Drahtlosnetz-Hardwarekomponente wird dann empfangen. Die drahtlos-spezifische Anfrage ist dabei vorzugsweise eine Anforderung einer Frequenz eines Beacon-Signals eines Senders eines eingehenden Pakets, das von der Drahtlosnetz-Hardwarekomponente empfangen wird, wobei der Sender ein Anschlusspunkt ist. Anhand des Prozentsatzes der korrekt empfangenen Beacon-Signale, die von dem Anschlusspunkt (Basisstation) gesendet wurden, kann die Zuverlässigkeit der Übertragung von der Basisstation ermittelt werden.
Bei Car2X-Netzes erweisen sich jedoch die bekannten Verfahren zur Datenanpassung als problematisch.
Messungen des Verlaufs der Datenrate, wenn sich ein Fahrzeug einem zweiten Fahrzeug nähert bzw. sich wieder von dem Fahrzeug entfernt, zeigen ein häufiges Umschalten der Datenrate. Nachteil dieses Verhaltens ist, dass während der Umschaltung keine Kommunikation möglich ist und dass zum anderen bei zu "optimistischer" Wahl der Datenrate sich Übertragungsfehler häufen. Tendenziell häufiger lassen sich Fehler bei sich entfernenden Fahrzeugen, also abnehmender Signalqualität, beobachten. Aber auch wenn die Datenrate zu früh zu hoch gewählt wird, kann es zu Fehlern kommen.
Bei der Verwendung von WLAN, aber auch bei Nutzung von TCP/IP oder UDP/IP ganz allgemein, passen größere Datenmengen wie beispielsweise Grafiken oder Videos in der Regel nicht in ein einziges Paket, sondern werden in kleine Einzelpakete gestückelt und nacheinander übertragen. Diese Stückelung erzeugt Overhead und zusätzliche Netzlast. Für WLAN maximal erlaubt sind 2304 Byte, was auch als Maximum Transfer Unit MTU bezeichnet wird. In der Regel werden aber nur 1500 Byte genutzt, was der MTU von Ethernet entspricht.
Insbesondere bei schwachen Signalpegeln, also in der Regel bei größeren Entfernungen, erhöht sich die Gefahr von Übertragungsfehlern und damit die Notwendigkeit von Wiederholungen. Diese ist umso größer, je größer die Pakete. Es gibt also zwei sich eigentlich widersprüchliche Anforderungen. Zum einen sollen möglichst große Einzel-Pakete übertragen werden, um das Overhead durch die Segmentierung zu minimieren, zum anderen sollen die Pakete möglichst klein sein, um Übertragungsfehler zu vermeiden.
Der Erfindung liegt daher das technische Problem zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Anpassung der Datenrate von WLAN-Funkkanälen und/oder der Paketgröße auf WLAN-Funkkanälen in einem Car2X-Netz zu schaffen, mittels derer Übertragungsfehler reduziert werden können.
Die Lösung des technischen Problems ergibt sich durch die Gegenstände mit den Merkmalen der Patentansprüche 1, 2, 6 und 7. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Eine erste Lösung besteht darin, bei abnehmender Signalqualität sofort die Datenrate und/oder die Paketgröße der Funkverbindung zu reduzieren, wobei eine Erhöhung der Datenrate und/oder der Paketgröße nur vorgenommen wird, wenn die Signalqualität für einen vordefinierten Zeitraum über einem vorgegebenen Wert liegt. Der vordefinierte Zeitraum liegt dabei vorzugsweise zwischen 0,1–10 Sekunden. Als Parameter für die Beurteilung der Signalqualität können verschiedene Werte in Frage kommen, die jeweils einzeln oder in Kombination zur Anwendung kommen können. Im einfachsten Fall wird die Signalstärke ausgewertet. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass der Ausfall periodischer Nachrichten (Beacons) ausgewertet wird oder das Ausbleiben von Empfangbestätigungssignalen. Das Grundprinzip des Verfahrens ist, dass im Zweifel davon ausgegangen wird, dass die Signalqualität schlechter wird, weil sich die Teilnehmer voneinander fortbewegen, dass sofort die Reduzierung der Datenrate und/oder der Paketgröße erfolgt, um Übertragungsfehler zu reduzieren.
Um zu verhindern, dass durch zu optimistische Annahmen zu früh auf eine zu hohe Datenrate und/oder Paketgröße zurückgeschaltet wird, muss die Signalqualität über einen längeren Zeitraum über dem vorgegebenen Wert liegen. Die Beurteilung der Signalqualität kann bei einem Teilnehmer oder bei allen Teilnehmern erfolgen.
In einer alternativen Lösung sendet mindestens ein Teilnehmer periodisch Nachrichten (Beacons) an den mindestens einen anderen Teilnehmer der Funkverbindung, wobei die Nachricht jeweils mindestens die aktuelle Position des Teilnehmers umfasst, wobei aus der übermittelten Position die Entfernung zwischen den Teilnehmern ermittelt wird, wobei mindestens in Abhängigkeit der ermittelten Entfernung die Paketgröße gewählt wird, und/oder aus der übermittelten Position ermittelt wird, ob sich die Teilnehmer aufeinander zu oder voneinander weg bewegen und die Datenrate bei einer Annäherung erhöht oder gleich bleibt und bei einer Bewegung voneinander weg erniedrigt wird. Die Positionsdaten werden dabei beispielsweise mittels einer satellitengestützten Positionsermittlungseinrichtung wie beispielsweise GPS ermittelt. Zur Bestimmung der Relativbewegung ist es dabei erforderlich, dass auch der andere Teilnehmer seine Position kennt, die entweder fest und bekannt ist (z. B. fest installierter Accesspoint) oder ermittelt werden muss (z. B. stehendes oder sich bewegendes Fahrzeug). Insbesondere die Anpassung der Paketgröße kann sprunghaft oder kontinuierlich erfolgen. Beispielsweise kann jeweils fest einem Abstandsbereich eine Paketgröße zugeordnet sein, wobei im Extremfall nur zwei Paketgrößen zur Anwendung kommen.
Vorzugsweise wird neben der Position auch eine Information über die Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder die Fahrtrichtung übermittelt. Diese sind leicht aus den GPS-Daten oder anderen Fahrzeugsensorgrößen ableitbar. Hierdurch kann bereits eine relativ genaue Abschätzung der zukünftigen Empfangslage getroffen werden. Bewegt sich beispielsweise ein Teilnehmer sehr schnell fort, so kann die Datenrate und/oder die Paketgröße auch stärker reduziert werden.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird zusätzlich die Signalstärke der empfangenen periodischen Nachrichten (Beacons) und/oder der übertragenen Netzsignale bei der Anpassung der Datenrate und/oder der Paketgröße berücksichtigt, wobei bei der Signalstärke zu beachten ist, dass diese nicht nur vom Abstand, sondern auch von möglichen Hindernissen und anderen Eigenschaften abhängig ist. Dabei sei angemerkt, dass auch das alternative Verfahren entweder nur bei einem Teilnehmer oder bei mehreren Teilnehmern einer Funkverbindung durchgeführt werden kann.
Bewegt sich ein Fahrzeug auf einen Accesspoint oder ein anderes Fahrzeug zu, so steigt die Signalstärke (Signalpegel) tendenziell und die Datenrate und/oder die Paketgröße wird erhöht. Durch die kurzzeitige Abschaltung bricht der Signalpegel ein. Um nun zu verhindern, dass aufgrund des gegebenenfalls nur kurzfristigen Signalpegeleinbruchs die Datenrate gleich wieder erniedrigt wird, wird in diesem Fall eine Zeit gewartet, ob sich der Signalpegel wieder verbessert und solange die Datenrate gleich gelassen. Dies verhindert zu häufiges Ändern der Datenrate und erhöht den Maximaldurchsatz. Bei einer Erhöhung der Datenrate bei Annäherung wird also kurzfristig die Signalstärke nicht berücksichtigt, um die Verbindungsqualität zu schätzen. Diese Wartezeit kann sehr kurz sein, wenn auf Grund von GPS oder Fahrzeugsignalen bekannt ist, dass sich die Teilnehmer aufeinander zu bewegen.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Fig. zeigen:
1 einen schematischen Ablauf der Anpassung der Datenrate und
2 einen schematischen Ablauf der Anpassung der Paketgröße.
In 1 ist einerseits die Signalstärke S eines Empfangssignals bei einem Teilnehmer einer WLAN-Funkverbindung dargestellt und darunter die Datenrate DR dieser Funkverbindung. Zum Zeitpunkt t₀ liegt die Signalstärke über einem Grenzwert S_G und die Funkverbindung wird mit einer hohen Datenrate DR2 durchgeführt. Zum Zeitpunkt t₁ unterschreitet die Signalstärke S den Grenzwert S_G und die Datenrate DR wird sofort von DR2 auf DR1 reduziert. Zum Zeitpunkt t₂ übersteigt dann die Signalstärke S wieder den Grenzwert S_G, aber die Datenrate DR bleibt bei dem reduzierten Wert DR1. Die Signalstärke S bleibt bis zum Zeitpunkt t₃ über S_G, so dass nach Ablauf des vordefinierten Zeitraums Δt = t₃ – t₂ wieder auf die höhere Datenrate DR2 umgeschaltet wird. Zum Zeitpunkt t₄ unterschreitet dann die Signalstärke S wieder den Grenzwert S_G, so dass wieder auf die kleinere Datenrate DR1 umgeschaltet wird. Anschließend bleibt die Signalstärke S zunächst nicht für einen Zeitraum Δt über dem Grenzwert S_G. Erst zum Zeitpunkt t₅ übersteigt dann wieder die Signalstärke S den Grenzwert S_G und bleibt dann für den Zeitraum Δt darüber, so dass zum Zeitpunkt t₆ wieder auf die höhere Datenrate DR2 umgeschaltet wird. Dabei sei angemerkt, dass der Zeitraum Δt vorzugsweise nutzerindividuell einstellbar ist, insbesondere wenn ein Fahrzeug mit einer Basisstation kommuniziert. Eine Funkverbindung kann im Allgemeinen direkt zwischen Fahrzeugen stattfinden oder zwischen einem Fahrzeug und einer Road-Side Unit oder einem stationären Accesspoint. Das vorgeschlagene Verfahren ist für alle Arten von Anwendungen wie Mediendownload, Übertragung von POI-Daten, Daten zur Verkehrssteuerung, aber auch sicherheitsrelevanten geeignet.
In der 2 ist das Grundprinzip für die Anpassung der Paketgröße dargestellt. Dabei ist zum einen der Abstand A bzw. die Entfernung eines Teilnehmers zu einem anderen Teilnehmer, beispielsweise einem Access Point über der Zeit dargestellt. Der Funkverbindung ist ein Grenzabstand A_G zugeordnet, d. h. ist der Abstand zwischen zwei Teilnehmern kleiner AG, so wird eine Paketgröße P2 gewählt, die beispielsweise der MTU entspricht. Dies ist zum Zeitpunkt t₁ bis zum Zeitpunkt t₂ der Fall. Ansonsten wird eine kleinere Paketgröße P1 verwendet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 202004017120 U1 [0003]
- DE 60206606 T2 [0004]
- DE 60015510 T2 [0005]

Claims

Verfahren zur Anpassung der Datenrate von WLAN-Funkkanälen und/oder der Paketgröße auf WLAN-Funkkanälen in einem Car2X-Netz, wobei die Teilnehmer mit Sende-/Empfangseinheiten ausgebildet sind, wobei mindestens ein Teilnehmer einer Funkverbindung Mittel zur Beurteilung der Signalqualität der Funkverbindung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass bei abnehmender Signalqualität die Datenrate der Funkverbindung und/oder die Paketgröße sofort reduziert wird, wobei eine Erhöhung der Datenrate und/oder Paketgröße nur vorgenommen wird, wenn die Signalqualität für einen vordefinierten Zeitraum Δt über einem vorgegebenen Wert S_G liegt.
Verfahren zur Anpassung der Datenrate von WLAN-Funkkanälen und/oder der Paketgröße auf WLAN-Funkkanälen in einem Car2X-Netz, wobei die Teilnehmer mit Sende-/Empfangseinheiten ausgebildet sind, wobei mindestens ein Teilnehmer einer Funkverbindung Mittel zur Beurteilung der Signalqualität der Funkverbindung aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Teilnehmer periodisch Nachrichten an den mindestens einen anderen Teilnehmer sendet, wobei die Nachricht jeweils mindestens die aktuelle Position des Teilnehmers umfasst, wobei aus der übermittelten Position der andere Teilnehmer die Entfernung zwischen den Teilnehmern ermittelt, wobei mindestens in Abhängigkeit der ermittelten Entfernung die Paketgröße gewählt wird, und/oder aus der übermittelten Position ermittelt wird, ob sich die Teilnehmer aufeinander zu oder voneinander weg bewegen und die Datenrate bei einer Annäherung gleich bleibt oder erhöht wird und bei einer Bewegung voneinander weg erniedrigt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachricht eine Information über die Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder die Fahrtrichtung enthält.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass eine Signalstärke einer empfangenen Nachricht und/oder eines Nutzsignals bei der Anpassung der Datenrate und/oder Paketgröße berücksichtigt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach einer Erhöhung der Datenrate eine Zeit abgewartet wird, bevor die Signalstärke wieder bei der Beurteilung der Signalqualität berücksichtigt wird.
Teilnehmer in einem Car2X-Netz, wobei die Datenübertragung über WLAN-Funkkanäle stattfindet, wobei der Teilnehmer eine Sende-/Empfangseinheit umfasst sowie Mittel zur Beurteilung der Signalqualität einer Funkverbindung, dadurch gekennzeichnet, dass bei abnehmender Signalqualität die Datenrate der Funkverbindung und/oder die Paketgröße sofort reduziert wird, wobei eine Erhöhung der Datenrate nur vorgenommen wird, wenn die Signalqualität für einen vordefinierten Zeitraum Δt über einem vorgegebenen Wert S_G liegt.
Teilnehmer in einem Car2X-Netz, wobei die Datenübertragung über WLAN-Funkkanäle stattfindet, wobei der Teilnehmer eine Sende-/Empfangseinheit umfasst sowie Mittel zur Beurteilung der Signalqualität einer Funkverbindung, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Beurteilung der Signalqualität anhand einer empfangenen Nachricht eines anderen Teilnehmers der Funkverbindung, wobei die Nachricht mindestens die Position des anderen Teilnehmers umfasst, die Entfernung zwischen den Teilnehmern ermitteln, wobei mindestens in Abhängigkeit der ermittelten Entfernung die Paketgröße gewählt wird, und/oder aus der übermittelten Position ermittelt wird, ob sich die Teilnehmer aufeinander zu oder voneinander weg bewegen und eine Datenrate der Funkverbindung bei einer Annäherung der Teilnehmer gleich bleibt oder erhöht wird und bei einer Bewegung voneinander sofort erniedrigt wird.
Teilnehmer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zur Beurteilung der Signalqualität zusätzlich eine übermittelte Fahrzeuggeschwindigkeit und/oder Fahrtrichtung und/oder eine empfangene Signalstärke bei der Anpassung der Datenrate und/oder der Paketgröße berücksichtigen.