DE69219266T2 - Zuweisung von Mitteln in einem dienste-integrierenden Satelliten-Netzwerk durch vorzeitige Reservierung - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die Kontrolle der Mittel für Satellitenkommunikationsnetzwerke unter Verwendung des asynchronen Transfermodus ATM (Asynchronous Transfer Mode).
• Nach Einführung der durch diensteintegrierende digitale Schmalbandnetze angebotenen Dienste haben die Netzentwickler die Notwendigkeit der mittelfristigen Durchführung eines leistungsstärkeren Netzes erkannt. Diese Notwendigkeit basierte auffolgenden Betrachtungen: ein digitales Schmalbandnetz erlaubt keine vollständige Integration der bestehenden oder "futuristischen" Telekommunikationsdienste. Die bestehenden digitalen Netze kommen dem Bedarf nicht vollkommen nach, was die sehr hohe Datenübertragungsrate, Dienste die einen sehr sporadischen Verkehrsfluß erzeugen, oder langfristiger gesehen, Videokommunikationen angeht. So wurde der asynchrone Transfermodus ATM empfohlen, um drei Erfordernissen zu entsprechen: digitale Technik, hohe übertragungsrate und Flexibilität in der Leitweglenkung der verschiedenen Kommunikations type.
• Eine internationale Strategie für die Entwicklung von diensteintegrierenden digitalen "Breitband"-Netzen(RNIS-LB), wie von CCITT definiert, beruht auf drei Grundprinzipien:
• - Eine Einheit zum Informationstransfer, "Zelle" oder noch "Paket" genannt, welche das Grundelement ist, das von allen Bestandmitteln des Netzes verarbeitet wird: Endgeräten, Multiplexern und Vermittlern. Typischerweise besteht eine Zelle aus 53 Bytes, wobei 48 der Informationsübertragung und 5 der Weglenkung der Zelle in das Netz zugeteilt werden,
• - eine asynchrone Verarbeitung der Zellen durch die verschiedenen Mittel des Netzes, und
• - eine Technik im Verbindungsmodus: eine Verbindung muß vor jeglichem Informationstransfer hergestellt werden. Der gewählte Modus ist der Modus "virtueller Kreis" für die Übertragung der Zellen durch die Netzknoten, mit der ähnlichen Eigenschaft wie bei den Netzen X.25.
• Die klassischen Netze, die den Kreis-Modus verwenden, was der Hauptbestandteil des diensteintegrierenden digitalen Schmalband- Netzwerkes ist, lösen die Gesamtheit ihrer Probleme hinsichtlich der Kontrolle der Mittel beim Eingang der Anrufe in das Netz: ist ein Anruf einmal hergestellt, so wird ein Mittel mit festgesetzter Übertragungsrate für einen Verbraucher reserviert. Selbstverständlich würde der Kreis-Modus für eine RNIS-LB Netz nicht geeignet sein, und zwar aus offensichtlichen Gründen der Unter-Verwendung der Übertragungsmittel infolge des sehr sporadischen Charakters bestimmter Verbindungen.
• Die ATM Technik dagegen beruht auf Verbindungen im Paket-Modus und so auf einem Warteschlangen-Betrieb. Jedoch im Gegensatz zu den gewöhnlich eingesetzten Techniken zur Kontrolle der Verstopfung der klassischen Netze durch Paketvermnittlung, ist eine Überdimensionierung des Netzes oder eine Verkehrskontrolle nacheinander zwischen den Netzknoten undenkbar für ein Breitbandnetz, in welchem die Übertragungsraten bis zu Hundert Mbit/s erreichen können. Die Kontrollmechanismen zeigen im wesentlich Übertragungszeitverluste auf und erweisen sich als unwirksam. Eine Lösung besteht darin, das Problem umgekehrt zu stellen: wenn die Verstopfung des Netzes nicht kontrolliert werden kann (Verschlechterung der Übertragungszeiten), so soll sie bei Anforderungen nach Netzzugang von Mittelzuweisungsmechanismen vermieden werden. Aber diese Voraussetzung erfordert eine Einschätzung des zu reservierenden Mittels im Zusammenhang mit dem Dienst. Um so leichter ist es, ein für eine Dienstanforderung mit konstanter oder variabler Übertragungsrate zu reservierendes Mittel zu bestimmen, um so schwieriger ist es, ein für Dienste mit hoher Sporadizität zu reservierendes Mittel zu bestimmen.
• Wenn eine Quelle-Verbraucher eine Anforderung nach Herstellung eines Anrufs sendet, so muß die Anforderung die Zieladresse aber auch die erforderliche Kapazität zur Beförderung eines mit der Anforderung verbundenen Verkehrs beinhalten. Diese Anforderung wird innerhalb des Netzes, von Knoten zu Knoten, gemäß durch einen Leitweglenkungsalgorithmus vorbestimmten wegen befördert. Der Anruf wird akzeptiert, wenn mindestens ein Weg zwischen dem Quelle-Verbraucher und dem Ziel existiert, so daß jede Zwischenknoten-Verbindung des Weges über eine genügende Kapazität verfügt, um der vom Verbraucher erforderten Übertragungskapazität zu entsprechen. Somit ist das Problem gestellt: Welche Kapazität der Übertragungsrate ist erforderlich, damit ein Verkehr mit sehr sporadischem Fluß gelenkt werden kann?
• Die komplette Vereinfachung der Netzkapazität erschwert jede Antwort, da die Verbindungen untereinander interaktiv sind.
• Eine Modifizierung der bestehenden Infrastruktur des Telephonnetzes, um ein digitales Breitbandnetz durchzuführen, kann mittelfristig nicht ins Auge gefaßt werden. Die Gründe dafür beruhen nämlich auf finanziellen Betrachtungen, da die einzusetzenden Mittel zur Errichtung eines digitalen Breitband-Bodennetzes beträchtlich sind. Um diese Einschränkung zu lindern, besteht eine natürliche flexiblere und weniger teure Lösung in der Verwendung von Breitband-Satellitennetzen. Das Problem der Mittelkontrolle bleibt jedoch in ähnlicher Form gestellt, in diesem Fall für einen Zugang zu einem Satellitenkanal.
• Die Zeiteinteilung eines Satellitenkanals in mehrere Stationen wurde hauptsächlich nach zwei Techniken hauptsächlich betrachtet:
• - die Zufallstechnik, die eine Vereinfachung der Mittel abzielt, die aber demzufolge Fluktuationen in der Zellenübertragungsverspätung mit sich zieht, die weitgehend die für Dialogbetriebsdienste, wie z.B. Telephondienste, vorgegebenen Grenzen überschreiten, und
• - Die Zugangstechnik durch Reservierung.
• Gemäß dieser letztgenannten Technik, im Gegensatz zu der Zufallszugangstechnik, in welcher eine Verbindung implizit die "Erstellung" eines Zeitintervalls durch Synchronisierung mit sich zieht, werden Rahmen den Kommunikationen periodisch zugewiesen. Ein Rahmenformat, das das AMRT Prinzip übernimmt und im TDMA-Reservierungsprotokoll benutzt wird, wird in Fig. 2 gezeigt. Ein Rahmen Tr wird in einen Subrahmen STDr und einen Signal-Subrahmen STSr geteilt. Die Subrahmen STDr und STSr sind jeweils der Dateiübertragung und der Übertragung von Meldungen über Mittelzuweisungs-Anforderungen/-Antworten zugeteilt.
• Gemäß bestimmten Ausführungen hat der Subrahmen STSr eine in Bezug auf die Übertragungsrate in der Linie variable Länge. Für eine eine Mittelzuweisung anfordernde Bodenstation STi besteht das TDMA-Reservierungsprotokoll in der Übertragung einer Reservierungsmeldung in einem zugeteilten Intervall ITSi eines Signal-Subrahmens STSr nach vollständigem Empfang eines Zellenbündels, der von einem Dienst mit sporadischem Charakter einer Verbraucherstation erzeugt wird. Eine Zentralstation SC, als Empfänger aller Reservierungsmeldungen aus den Bodenstationen, teilt die erforderliche Kapazität der Bodenstation STi zu, wenn eine genügende Übertragungskapazität verfügbar ist. Dieses TDMA- Reservierungsprotokoll informiert vorteilhafterweise die Zentralstation SC mittels des Signal-Subrahmens STSr über eine genau definierte Zuweisungsanforderung, da die Bodenstation ihre Anforderung erst nach vollständigem Empfang des Bündels und demnach Berücksichtigung deren Länge sendet. Jedoch ist diese "store and forward" Verwaltung, welche in der Speicherung der Gesamtheit des Zellenbündels vor der Verarbeitung der Zuweisungsanforderung besteht, nicht zufriedenstellend für Dienste, die sehr lange Bündel einführen, da eine solche Verwaltung Verspätungen in die Übertragung einführen, die für bestimmte Dienste (Abruf von Bilderbanken) unakzeptabel sind.
• Andererseits berichtet der Artikel von J.J. BAE et al., "Survey of Traffic Control Schemes and Protocols in ATM Networks", Proceedings of the IEEE., Band 79, Nr. 2, Februar 1991, NEW YORK, Seiten 170-189, über ein Protokoll zur Annahme oder Ablehnung einer Verbindung, um die Verstopfung eines ATM Netzes zu kontrollieren. Nach einem ersten Modell werden neue Verbindungen angenommen, solange die Zellenverlustrate unter einer vorgegebenen Schwelle liegt. Ein zweites Modell basiert auf Probabilitätsbetrachtungen. Dieser Artikel schneidet die Mittelzuweisung von Bündel zu Bündel nicht an.
• Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, den vorgenannten Nachteilen abzuhelfen und insbesondere ein Verfahren zu schaffen, damit die von einer Mittelzuweisung benötigte Zeit verkürzt wird, wobei eine Anforderung nach Mittelzuweisung in den Signal- Subrahmen übertragen wird für ein Bündel einer sporadischen Verbindung, lange bevor dieses Bündel von einer Bodenstation vollständig empfangen wird. Für jedes Bündel der Verbindung wird dann eine Anförderung nach Mittelzuweisung durch eine Bodenstation an eine Zentralstation vor vollständigem Empfang dieses Bündels in der Bodenstation übertragen. Es können dann keine Informationen über die Längen der Bündel der Verbindung in die Zuweisungsanfragen jeweils übertragen werden. Die Erfindung sieht einen Algorithmus vor, der es ermöglicht, zwischen Annahme und Ablehnung der Herstellung einer Verbindung zu wählen. Nach Annahme der Verbindung werden dann die Mittelzuweisungsanforderungen bezüglich der Bündel dieser Verbindung, unabhängig von dem Verkehr, nacheinander entsprochen.
• Zu diesem Zweck ist ein Verfahren zur Zuweisung von Mitteln an Bodenstationen durch eine Zentralstation in einem asynchronen Zeit-Satellitenkommunikationsnetzwerk, wobei die Bodenstationen Zellenbündel von durch Verbraucherstationen während der jeweiligen sporadischen Verbindungen übertragenen Daten erhalten, die Bündel in einen Daten-Subrahmen eines periodischen Rahmens mit Zeitvielfachzugriff übertragen werden, eine sporadische Verbindung durch eine mittlere Länge (Lm) der während der Verbindung zu übertragenden Bündel, durch eine Sporadizität und eine Maximalübertragungsrate definiert wird, wobei eine Bodenstation, die ein Bündel vollständig erhalten hat, das eine die Länge des Bündels einschließende Endemeldung, in einen Signal-Subrahmen des periodischen Rahmens in Richtung der Zentralstation überträgt, damit ein dem Bündel in dem Daten-Subrahmen zugewiesenes Mittel freigegeben wird, wenn das ganze Bündel durch die Bodenstation übertragen wird, gekennzeichnet durch
• - die Entscheidung, eine vorgegebene sporadische zu herstellende Verbindung aufgrund einer Anforderung nach sporadischer Verbindung in dem Signal-Subrahmen durch eine Bodenstation anzunehmen oder abzulehnen, wobei in Abhängigkeit von einem Algorithmus entschieden wird, in welchem die mittleren Längen der Bündel und der Sporadizitäten als vorgegebene Konstanten gesehen werden und welcher von den maximalen und mittleren Übertragungsraten der laufenden Verbindungen und von der vorgegebenen Verbindung abhängt, wobei die Maximalübertragungsrate und die mittlere Übertragungsrate bezüglich der sporadischen vorgegebenen Verbindung in der Verbindungsanforderung eingeschlossen sind,
• - bei Annahme der Anforderung nach sporadischer Verbindung, die Übertragung einer Anforderung nach Zuweisung von Mitteln in dem Signal-Subrahmen durch die Bodenstation zur Zentralstation als Antwort auf den Anfang des Empfangs und der Speicherung jedes Bündels der vorgegebenen Verbindung in der Bodenstation, und
• - die verfrühte Reservierung eines Mittels in der Form eines Zeitintervalls in dem Daten-Subrahmen für ein Bündel durch die Zentralstation, sobald ein Zeitintervall des Daten-Subrahmens freigegeben wird, damit die Bodenstation anfangen kann, das Bündel zu übertragen und dabei das Bündel weiterspeichert.
• Nach einem Merkmal der Erfindung besteht der Algorithmus darin, für die Anforderung nach sporadischer Verbindung ein gleichwertiges Belastungsverhältnis für die sporadischen laufenden Verbindungen zu errechnen, sowie für die vorgegebene Verbindung in Abhängigkeit u.a. von den Konstanten und den Maximalübertragungsraten der sporadischen Verbindungen die Summe der mittleren Übertragungsraten der sporadischen Verbindungen zu errechnen, das Produkt aus der Summe mal das entsprechende Belastungsverhältnis zu errechnen und die Anforderung nach Verbindung anzunehmen, wenn das Produkt kleiner als eine für die sporadischen Verbindungen verfügbare Gesamtkapazität ist.
• Die Erfindung sieht ebenfalls vor, daß Verbindungen mit konstanten Übertragungsraten im Netz zwischen Verbraucherstationen hergestellt werden. Der Algorithmus für eine Verbindung mit konstanter Übertragungsrate besteht dann darin, die konstante Übertragungsrate der verfügbaren Gesamtkapazität zu entziehen, um eine zweite verfügbare Kapazität für die sporadischen Verbindungen zu erstellen, das Produkt für sporadische laufende Verbindungen zu errechnen, und die Anforderung nach Verbindung mit konstanter Übertragungsrate anzunehmen, wenn das Produkt kleiner als die zweite verfügbare Kapazität ist.
• Andere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführung der Erfindung unter Bezugnahme auf die entsprechenden beigefügten Zeichnungen klarer erscheinen, in welchen:
• - die Figuren 1A und 1B jeweils ein Breitband-Satellitennetzwerk und eine Zeitdarstellung einer sporadischen Verbindung im Netz zeigen;
• - die Fig. 2 das Format eines Rahmens, der im TDMA-Reservierungsprotokoll gemäß dem Stand der Technik verwendet wird und der den AMRT (Zeitvielfachzugriff) Modus einsetzt;
• - die Fig. 3 ein Zustandsdiagramm gemäß dem TDMA-Reservierungsprotokoll ist;
• - die Fig. 4 ein Zustandsdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Mittelzuweisung ist;
• - die Figuren 5A, 5B und 5C Zeitdiagramme des Signalaustausches zum Zweck des Vergleiches von Leistungen zwischen dem TDMA-Reservierungsprotokoll und dem erfindungsgemäßen Verfahren sind;
• - die Fig. 6 ein Schema der Verkehrsverteilung in einem digitalen Breitbandnetz ist;
• - die Figuren 7, 8 uns 9 Diagramme zur Herstellung eines Algorithmus zur Annahme/Ablehnung einer Verbindung zur Inbetriebnahme des erfindungsgemäßen Verfahrens sind;
• - die Figuren 10 und 11 Diagramme zur Erläuterung der Parameter- Äquivalenzen gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren sind;
• - die Fig. 12 einen Algorithmus zur Annahme/Ablehnung von erfindungsgemäßen Verbindungen zeigt und
• - die Fig. 13 ein schematisches Blockdiagramm eines Automats zur Ablehnung/Annahme von Verbindungen für den Einsatz eines erfindungsgemäßen Algorithmus.
• In einem ersten Teil der folgenden Beschreibung ist eine Darstellung des Vorteils des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zu dem bekannten TDMA-Reservierungsprotokoll bezüglich des Versendens durch jede Bodenstation einer Übertragung einer Anfrage nach Mittelzuweisung für jedes emptangene Bündel eingeführt. Dieser Vergleich könnte auf jeden bekannten Protokolltyp erweitert werden, der einen nicht verfrühten Mittelreservierungsmodus benutzt.
• Ein zweiter Teil der Beschreibung bezieht sich auf einen erfindungsgemäßen Algorithmus, der in einer Zentralstation errichtet ist und es ermöglicht zu bestimmen, ob eine Anfrage nach Verbindung angenommen werden soll oder nicht. Tatsächlich sind erfindungsgemäß die Anfragen nach Mittelzuweisung für die während einer Verbindung übertragenen Bündel unabhängig von den Merkmalen dieser Bündel und sollen also alle entsprochen werden.
• Ein besonderer Modus zur Inbetriebsetzung der Erfindung ist in der nachfolgenden Beschreibung beschrieben und betrifft die Zweistrahl-Architektur eines Satellitennetzes. Der Fachmann wird es natürlich zu schätzen wissen, daß im Rahmen der Erfindung Änderungen vorgenommen werden können. Zum Beispiel ist die Erfindung auf eine Einstrahl-Architektur oder eine Architektur mit einer beliebigen Anzahl von Strahlen von Satellitennetzen anwendbar.
• Die Fig. 1A ist eine schematische Darstellung einer Architektur eines digitalen Zweistrahl- Breitbandnetzes. Das Netz stellt Kommunikationen zwischen einer Gruppe von ersten Verbraucherstationen SU&sub1;, ... SUi, ...SUI eines ersten Strahles A, und einer Gruppe von zweiten Verbraucherstationen eines zweiten (nicht dargestellten) Strahles B via Satelliten her, z.B. in dem Kontext von interkontinentalen Kommunikationen. Der Begriff "Verbraucherstation" bezeichnet willkürlich ein Verbrauchergerät bzw. Terminal, oder ein lokales Netz, an welches eine Mehrzahl von Verbrauchergeräten angeschlossen sind.
• Die Verbraucherstationen SUi, wobei i eine zwischen 1 und I variierende Ganzzahl ist, werden an Bodenstationen STi jeweils angeschlossen, und zwar durch die Verbraucher Schnittstellen IUi.
• Die Bodenstationen gewährleisten außerdem die Funktionen der Modulation und Kodierung der durch die verschiedenen Verbraucherstationen übertragenen Informationen zur Weiterübertragung in Satelliten-Richtung SA. Eine Zentralverwaltungsstation SC gewährleistet die sofortige Verwaltung der gemeinsamen Mittel: mindestens ein Satellitenkanal mit Trägerfrequenz, die Überwachung und die Kontrolle der verschiedenen Bodenstationen ST&sub1; bis STI, und die Herstellung und Freigabe der Verbindungen, wie nachfolgend gesehen wird. In dem (nicht dargestellten) Strahl B führt eine Kontrollstation eine sogenannte "Echo"-Funktion durch, diese "Echo"-Funktion besteht im wesentlichen in der Weiterübertragung zum entgegengesetzten Strahl, hier dem Strahl A, des in Rahmen mit AMRT Format empfangenen Signal-Subrahmen dieses entgegengesetzten Strahles. Nämlich trägt diese "Echo"- Funktion zur Weiterübertragung von Meldungen von Anfragen nach Verbindung und von Anfragen nach Mittelzuweisung bei, die durch die Bodenstationen in den Signal-Subrahmen übertragen werden, in Richtung der Zentralstation SC, die Garant für Entscheidungen zur Annahme der Verbindungen ist. Wie schon hingewiesen wurde, verbietet die Digital-Breitbandtechnik die Kontrolle des Flusses zwischen den Verbindungen durch klassische Verfahren. Mittelzuweisungsmechanismen müssen eingesetzt werden, und zwar vor einem Zugang zu den Mitteln. Die Rolle der Zentralstation SC ist die Verwaltung der Gesamtheit der Anforderungen nach Verbindung, die die Bodenstationen STi verlangen, um dem erfindungsgemäßen Mittelzuweisungsmechanismus zu entsprechen.
• Infolge einer Verbindungsannahme durch die Zentralstation SC mit einer Bodenstation STi, werden Verbindungsbündel zwischen der Bodenstation STi und einer anderen beliebigen Station des Bündels B via Satellit SA übertragen.
• Wie in Fig. 1B gezeigt, erzeugen die in den verschiedenen Verbraucherstationen des- digitalen Breitbandnetzes integrierten verschiedenen sporadischen Dienste, während den jeweiligen Verbindungen, Meldungen variabler Länge T (Linie a), wobei die Längen in Bit-Zahlen angegeben werden. Die Meldungen durchlaufen das Netz in Form von den schon oben definierten ATM-Zellen (Linie b). Diese verschiedenen digitalen Dienste bilden Quellen eines sporadischen Verkehrs, die durch relativ lange Zeitintervallen lT zwischßn den aufeinanderfolgenden Meldungen gekennzeichnet sind, deren Bits mit einer Maximalübertragungsrate Dmax erzeugt werden. Die drei folgenden Parameter bestimmen den Verkehr einer Quelle:
• - die mittlere Übertragungsrate der Erzeugung einer Meldung Dmoy = Tm/ITm, wobei Tm und ITm die mittlere Länge einer Meldung und das mittlere Intervall zwischen zwei Meldungen bezeichnen,
• - die Sporadizität SP des Quellendienstes SP = Dmax/Dmoy, und
• - die mittlere Länge der ausgedruckten Bündel in Zellenzahlen.
• Wie Linie b der Figur 1B zeigt, werden die von einem digitalen Dienst (Linie a) erzeugten verschiedenen Meldungen nach der festgesetzten Norm in das Digitalnetz in Form von ATM Zellen übertragen. Das nachfolgend verwendete Wort "Bündel" bezeichnet eine Gesamtheit von Zellen mit dem ATM Format, die aus der Segmentierung einer Dienstmeldung mit sporadischem Charakter zu Zellen, die bei der Übertragungsrate des Netzes DR größer als Dmax übertragen wurden.
• Zur Vereinfachung werden nur Verfahren (oder Protokolle) zur Mittelzuweisung an Bodenstationen ST&sub1;,... STi, ...STI durch die Zentralstation SC beschrieben, ohne die Gesamtheit der im Bezugsmodell des ATM-Satellitennetzprotokolls definierten Funktionen zu berücksichtigen, wie z.B. Segmentierung von Bündelmeldungen, Skalierung der durch diverse Verbraucherstationen einer Gruppe übertragenen Zellen, die durch die jeweiligen Bodenstationen dieser Gruppe empfangen werden, Modulation, u.s.w. So müssen die Verfahren (oder Protokolle), die im Laufe der Beschreibung definiert werden, wie "Schichten" in einem allgemeineren Modell von Zwischenverbindungen via Satellit verstanden werden.
• Die zwischen den Bodenstationen hergestellten Verbindungen der zwei Strahlen sind zweier Arten, je nach der Natur der Dienste:
• Verbindungen mit konstanter Übertragungsrate entsprechend Kommunikationen in "Kreis-Modus" und infolgedessen durch "kontinuierliche" ATM Zellenzüge, und
• Verbindungen mit sporadischem Charakter, die durch Zellenzüge definiert werden, die durch relativ lange Zeitintervalle beabstandet sind.
• In bezug auf die Fig. 3 bezieht sich ein Zustandsdiagramm E1 bis E5 für eine Bodenstation STi, welche Verbindungen via Satellit SA durch die Zentralstation SC herstellt, auf das TDMA Reservierungsprotokoll, das Mittelzuweisungsprotokoll Bündel nach Bündel. Dieses bekannte Protokoll wird für eine dynamische Mittelzuweisung durch die Zentralstation SC an diverse Bodenstationen eingesetzt, damit Kommunikationen via Satellit SA hergestellt werden. Die Zentralstation SC verwaltet außerdem die Mittelzuweisungen, die den diversen Bodenstationen STi für via Satellit SA zu herstellende Verbindungen zugeteilt werden.
• In einem ersten Zustand E1 erwartet die Bodenstation STi ein Bündel. Wie schon angedeutet, bedeutet dies, daß die Station STi den Empfang eines Bündels von Meldungen erwartet, die durch eine der durch diese Station STi (Fig. 1A) hergestellten sporadischen Verbindungen erzeugt wurden. Sobald der Bündelanfang erkannt wird, befindet sich die Bodenstation STi in einem zweiten Zustand E2, um das Bündel zu speichern. Diese Speicherung wird nach dem Mechanismus "store and forward" durchgeführt, d.h. daß vor der vollständigen Speicherung des Bündels keine Handlung durch die Bodenstation STi unternommen wird. Nach Erkennen des Bündelendes errechnet die Bodenstation STi die Länge des in Zahlen der empfangenen Zellen ausgedrückten Bündels LR (Zustand E3), wobei die Zellen eine konstante Länge aufweisen, die in Bitzahlen ausgedrückt wird. Nach Errechnen der Bündellänge, die einem für die Bodenstation STi zur Übertragung des Bündels via Satellit SA erforderlichen vorgegebenen Mittel entspricht, erwartet die Bodenstation STi ein Signal-Zeitintervall ITSi, das ihr in dem in Fig. 2 gezeigten Rahmen mit dem AMRT Format zugeteilt wird (Zustand E4).
• In einer Reservierungsmeldung MRi, die ihr im dem ihr zugeteilten Zeitintervall ITSi übertragen wird, überträgt die Bodenstation STi eine Mittelreservierungsanfrage, die mit einer Information über die Länge des zu übertragenden Bündels LR begleitet ist. Eine Vorrichtung zur Mittelzuweisung in der Zentralstation SC empfängt die Reservierungsmeldung MRi durch Echo Weiterübertragung des Strahles B durch ein Terminal. Diese Zuweisungsvorrichtung verwaltet verschiedene Reservierungsanfragen, die mittels der jeweiligen Reservierungsmeldungen MR&sub1;, ... MRI durch die verschiedenen Bodenstationen ST&sub1;, ... STI übertragen werden, damit Mittel zugewiesen werden. Beim Empfang durch die Zentralstation SC der durch die Bodenstation STi gesendeten Reservierungsmeldung MRi teilt die Zuweisungsvorrichtung der Zentralstation SC der Bodenstation STi nach Ablauf einer von dem Verkehr im Netz abhängigen Wartezeit Ta Mittel zu. Diese Mittelzuweisung wird durch die Zuweisung eines Zeitintervalls ITi in einem Daten-Subrahmen STDi durch die Zentralstation SC an die Bodenstation STi ausgedrückt. Die Länge des der Bodenstation STi zugeteilten Zeitintervalls ITi ist direkt proportional zu der Länge des in der Reservierungsmeldung MRi übertragenen Bündels. So wird ein Mittel (Zustand E5) für eine von der Länge LR des Bündels abhängige Dauer, einer Bodenstation STi zugewiesen, damit letztere das ganze empfangene Bündel in Form von ATM Zellen überträgt. Am Ende der Bündelübertragung durch die Bodenstation STi, welche der Freigabe von Mitteln oder Zeitintervall ITi durch die Zentralstation SC entspricht, kommt die Station STi in den ersten Zustand E1 zurück und erwartet das nächste Bündel.
• Die Nachteile der Verwendung des TDMA-Reservierungsprotokolls in einem digitalen Breitbandnetz resultieren aus zwei entgegenwirkenden Betrachtungen für die Übertragungen von Langzeitbündeln:
• - Die "Reaktionszeiten" des Netzes müssen sehr kurz sein, um den Verbrauchern gute Dienstleistungen in den verschiedensten Bereichen anzubieten, wie im Bereich des Bildes, der Echtzeit- Abfrage von Datenbasen, u.s.w...
• - Die asynchrone Zeittechnik ist vor allem eine Technik in Paket-Modus, die auf einer Warteschlange-Verwaltung basiert.
• Wie im Zustandsdiagramm der Fig. 3 gezeigt wurde, wird eine Mittelzuweisunganfrage an die Zentralstation SC durch eine Bodenstation STi mittels Reservierungsmeldung MRi erst nach vollständiger Speicherung des Bündels durchgeführt, damit dieses Bündel der Ziel-Bodenstation übertragen wird. Die Mittelzuweisungsvorrichtung der Zentralstation SC erhält also die Reservierungsmeldung erst nach einer Zeit T&sub1;, so daß T&sub1; = TR + 2Tt, wobei TR die Dauer des Bündels ist und 2Tt die Zeit für Hin- und Zurückübertragung der Reservierungsmeldung zwischen der Bodenstation STi und der Zentralstation SC (Boden-Satellit-Boden- Satellit-Boden). Die Reservierungsmeldung wird dann in einer Warteschlange FIFO der Zuweisungsvorrichtung der Zentralstation SC gespeichert, um nach einer Wartezeit Ta verarbeitet zu werden. Somit wird ein Mittel, d.h. in der Praxis ein Zeitintervall ITi eines Daten-Subrahmens STDj, der Bodenstation STi durch die Zentralstation SC erst nach Ablauf einer Dauer T&sub2;, so daß T&sub2; = TR + 2Tt + Ta zugewiesen.
• Die Übertragungszeit "Hin und Zurück" 2Tt und die Wartezeit Ta sind nicht leicht zu ändern, da sie von netzinneren Merkmalen je nach gewählter Ausführungsform (Kapazität, Linien, Errichtung) abhängen. Jedoch bringt die Dauer des Bündels TR kritische Verspätungen mit sich, wenn das Bündel oder die Meldung, woraus sie hergeleitet wird, eine lange Dauer hat (Bilderdienste).
• Die hauptsächliche Aufgabe des erfindungsgemäßen Verfahrens ist, die Mittelzuweisungszeiten zu reduzieren, wie im Zustandsdiagramm Et1, ET2-ET2', ET3'-ET3 und ET4 der Fig. 4 gezeigt wurde. in einem ersten Zustand ET1 erwartet zunächst die Bodenstation STi ein Bündel. Beim Erkennen des während einer durch die Bodenstation STi hergestellten Verbindung erzeugten Bündelanfangs, d.h. einer ersten Bündelzelle, geht die Bodenstation STi in einen zweiten Zustand ET2 über, um mit dem Speichern des Bündels anzufangen. Jedoch im Gegensatz zu dem TDMA-Reservierungsprotokoll, erwartet die Bodenstation STi in diesem Speicherungszustand ET2 ein Signal-Zeitintervall ITSi, das ihr in den Signal- Subrahmen STSr eigen ist. Beim Erkennen eines Zeitintervalls ITSi, das dem Anfang des Speicherns des Bündels nachkommt, überträgt die Bodenstation STi darein eine Meldung der Zuweisungsanfrage MDi zur Zentralstation SC (Zustand ET2') hin. Diese Meldung der Zuweisungsanfrage MDi, die durch die Zentralstation SC empfangen wird, wird in einem Speicher FIFO der Mittelzuweisungsvorrichtung gespeichert. Alle Meldungen MD&sub1; bis MDI, die aus den Bodenstationen ST&sub1; bis STI kommen und sich auf Mittelzuweisungsanfragen beziehen, werden durch die Zuweisungsvorrichtung auf diese Weise, der Reihe nach gemäß ihrer Ankunft verarbeitet, diese Vorrichtung verarbeitet eine nach der anderen die verschiedenen in der Warteschlange gespeicherten Mittelzuweisungsanfragen und teilt Mittel, die durch die periodischen Zeitintervalle ITi materialisiert werden, den verschiedenen entsprechenden entfernten Bodenstationen in Abhängigkeit von der verfügbaren Mittelkapazität zu.
• So, im Gegensatz zu dem TDMA Reservierungsprotokoll, in welchen eine Reservierungsmeldung MRi erst nach komplettem Empfang eines Bündels durch eine Bodenstation STi übertragen wird, sieht das erfindungsgemaße Verfahren die Übertragung der Meldung einer Zuweisungsanfrage MDi durch die Bodenstation STi an die Zentralstation SC beim Erkennen des Bündelanfangs vor.
• Nach Erkennen eines Zeitintervalls ITi in dem der Bodenstation STi durch die Zentralstation SC zugewiesenen Daten-Subrahmen nach Verarbeitung der Meldung der Zuweisungsanfrage MDi, fängt die Bodenstation STi die Übertragung des Bündels im Intervall ITi an. Nach vollständiger Speicherung des Bündels errechnet die Bodenstation STi im Zustand ET3 die Länge LR oder Dauer TR des gespeicherten Bündels. Eine Information bezüglich der Länge des Bündels wird dann durch die Bodenstation STi der Zentralstation SC in einer Endemeldung MFi nach Erkennen eines Signal-Zeitintervalls ITSi übertragen, wie im Zustand ET4 der Fig. 4 angegeben. Die Endemeldung MFi erlaubt nämlich die Zentralstation SC über die Länge des Bündels zu informieren, damit das zugeteilte Intervall ITi freigegeben wird, wenn das ganze Bündel durch die Bodenstation via Satellit übertragen wird.
• Um die Leistungen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit dem bekannten TDMA-Reservierungsprotokoll zu vergleichen, nimmt man auf die Figuren 5A, 5B und 5C Bezug, welche shematisch den Signalaustausch im Laufe einer Kommunikation oder Verbindung darstellen, die zwischen einer Bodenstation STi und der Zentralstation SC hergestellt wurde und in der Übertragung eines Bündels besteht.
• Die Fig. 5A zeigt Längen LR von Bündeln, die in Abhängikeit von der Zeit t übertragen wurden. Ein Anfangsmoment ti und Endmoment tf grenzen die Speicherung eines Bündels in einer Bodenstation STi ab, das durch eine Verbraucherstation mit Übertragungsrate Dmax übertragen wird. Momente t'i und t'f sowie Momente t"i und t"f grenzen zeitlich die Übertragung des Bündels durch die Bodenstation STi zu einer beliebigen Station des Strahls B ab, wobei jeweils das erfindungsgemäße Verfahren und das TDMA-Reservierungsprotokoll benutzt werden.
• Die Figuren 5B und 5C zeigen schematisch die Phasen der übertragung eines Bündels zwischen der Bodenstation STi und der Zentralstation SC jeweils gemäß dem vorgenannten Protokoll und dem erfindungsgemäßen Verfahren.
• In Fig. 5B in bezug auf das TDMA-Reservierungsprotokoll überträgt die Bodenstation STi eine Reservierungsmeldung MRi erst nach vollständiger Speicherung des Bündels gemäß dem Mechanismus "store and forward".
• Diese Reservierungsmeldung MRi, die von der Zentralstation SC nach einer Übertragungszeit 2Tt empfangen wird, wird durch letztere erst nach einer Wartezeit Ta verarbeitet, die einer Verarbeitungszeit der in einer Warteschlange der Mittelzuweisungsvorrichtung der Zentralstation SC gespeicherten Reservierungsmeldung MRi entspricht. Die Mittelzuweisung durch die Zentralstation SC äußert sich durch diejenige eines Zeitintervalls ITi in dem Datensubrahmen STDi an die Bodenstation STi in Abhängikeit von einer in der Reservierungsmeldung MRi eingeschlossenen Information über die Länge des Bündels und kommt der Übertragung des Bündels durch die Bodenstation während einer Zeit (t"f - ti") zuvor.
• In der Fig. 5C, die sich auf das erfindungsgemäße Verfahren bezieht, wird die Meldung einer Zuweisungsanforderung MDi durch die Bodenstation STi an die Zentralstation SC übertragen, nachdem das Erkennen eines Bündels nach dem Erkennen eines Signal Zeitintervalls ITSj angefangen wurde. Wie man später sehen wird, wird dann eine Übertragungsrate D'max' ebenfalls nach einer Wartezeit Ta, der Bodenstation STi durch die Zentralstation SC zugeteilt. Jedoch, da die Meldung MDi ab Empfang einer ersten Bündelzelle durch die Bodenstation STi übertragen wird, sind die Übertragungszeitgewinne, nämlich für Langzeitbündel, beträchtlich.
• In bezug auf die Fig. 6, die die Zuweisungen der Belastungskapazitäten im Verkehr in dem Satellitenkanal zusammenfaßt, wird ein Teil der gesamten Kapazität C des Satellitenkanals dem Signal- Subrahmen STS zugewiesen, während zwei andere Teile jeweils den kontinuierlichen Verbindungen und den zwischen den Bodenstationen der Strahlen A und B hergestellten sporadischen Verbindungen zugewiesen und in dem Daten-Subrahmen STD eingeschlossen werden. Der den sporadischen Verbindungen, zugewiesene Nutzteil ist sehr variabel, während der den kontinuierlichen Verbindungen, bzw. Verbindungen mit konstanter Übertragungsrate, zugewiesene Teil, langsamer variiert. Tatsächlich weist das Zeitintervall ITi, das aufgrund einer einzigen Anfrage nach Zuweisung-Verbindung einer kontinuierlichen Verbindung zugewiesen wurde, eine konstante Länge auf und ist periodisch.
• Der erste Teil der Beschreibung, der das Prinzip des erfindungsgemäßen Verfahrens im Vergleich zu dem TDMA Reservierungsprotokoll zeigt, setzt klar fest, daß jede Mittelzuweisungsanfrage für jedes durch eine Bodenstation STi übertragene Bündel zu entsprechen ist, da keine Information über die für ein empfangenes Bündel erforderliche Kapazität bei der Anfrage nach Zuweisung übertragen wird. In diesem Fall kann jede Verbindung für eine Übertragung der Bündel nicht ohne die Gefahr angenommen werden, daß das Netz überlastet wird und daß seine Leistungen stürzen. Es ist dann erforderlich einen Algorithmus zur Ablehnung/Annahme der Verbindungen oder Kommunikationen aufzustellen.
• Dieser Algorithmus wird nun im zweiten Teil dieser Beschreibung eingeführt.
• Vom Standpunkt des sporadischen Verkehrs aus wird vorausgesetzt, daß zu einem gegebenen Moment I Bodenstationen ST&sub1; bis STI des Strahles je eine Verbindung COM&sub1; bis COMI hergestellt haben, obwohl in der Praxis eine Bodenstation mehrere Verbindungen jeweils für mehrere Terminalgeräte einer ihr angeschlossenen Verbraucherstation herstellt. Die Konfiguration des Netzes ist vollkommen durch 1 Gruppen von drei Parametern definiert, die sich jeweils auf die 1 Verbindungen COM&sub1; bis COMI beziehen, welche zwischen den Strahlen A und B hergestellt wurden und durch einen Globalparameter des Netzes, der die totale verfügbare den spradischen Verbindungen CS zugewiesene Kapazität darstellt. Die drei jeweiligen Parameter jeder hergestellten COMi Verbindung sind:
• - die mittlere Länge Lmi der jeweils während einer Verbindung durch die Bodenstation STi erzeugten Bündel, wobei die Länge in Zellenzahl ausgedrückt wird,
• - die Sporadizität SPi der Bündel der Verbindung, und
• - das Belastungsverhältnis RAi zwischen der verfügbaren Kapazität CS und der von jeder Station erzeugten maximalen Übertragungsrate D'max, wobei die Kapazität in bits/s ausgedrückt wird.
• Alle in den Figuren 7, 8 und 9 dargestellten Kurven wurden durch Simulation des Verhaltens eines diensteintegrierenden digitalen Satellitennetzes unter Verwendung der asynchronen Zeittechnik (ATM) erreicht. Das Werkzeug der Simulation ist ein in der Programmiersprache SIMSCRIPT programmierter Rechner. Es wird nämlich in der durchgeführten Simulation vorausgesetzt, daß der Signal-Subrahmen STS mindestens 5 % des totalen Rahmens einer Dauer von 30 ms und daß die Übertragungszeit Boden-Satellit- Boden beträgt 300 ms. Die Leistungen des Mittelnetzes, das den erfindungsgemäßen Mittelzuweisungsmodus benutzt und das im ersten Teil der Beschreibung dargestellt wurde, werden als Verspätung (in Sekunden) zwischen dem Anfang des Empfanges eines Bündels durch eine gegebene Bodenstation und der Weiterübertragung des empfangenen Bündels zu einer beliebigen Station des Strahles B gemessen. In dieser Studie werden die drei Parameter, die oben definiert wurden und die hergestellten jeweiligen Verbindungen zwischen den verschiedenen Bodenstationen STi des Strahles A und Stationen des Strahles B kennzeichnen, als identisch angenommen; es handelt sich um eine homogene Konfiguration von Verbindungen. Somit werden jeweils die zwischen den verschiedenen Stationen "simulierten" Verbindungen durch jeweils identische Bündel-Durchschnittslängen Lm, Sporadizitäten SP und Belastungsverhälttnisse RA gekennzeichnet. Die Wirkung jedes Parameters auf die Leistung des Netzes als Verspätung wird auf diese Weise beobachtet.
• In der Fig. 7 wird der Einfluß der Bündel-Durchschnittslänge Lm auf die in Sekunden ausgedruckte Verspätung der Übertragung R&sub9;&sub9; gezeigt, die für jede zwischen den Bodenstationen STi des Strahles A und Stationen des Strahles B via Zentralstation hergestellt werden, als identisch vorausgesetzt. Diese Verspätung der Übertragung R&sub9;&sub9; soll wie ein statistisches Durchsschnittsdatum verstanden werden und genauer gesagt, soll als eine Probabilität zu 99 % derart analysiert werden, daß eine echte Verspätung kleiner als R&sub9;&sub9; erreicht wird.
• In Fig. 7 wird vorausgesetzt, daß das Belastungsverhältnis CS/Dmax gleich 4 ist und verschiedene Kurven für eine Sporadizität jeweils gleich 23, 45 und 90 werden dargestellt. Für kurze Bündel (weniger als 50 Zellen), zieht die Erhöhung der mittleren Länge Lm der Bündel eine Minderung der Verspätung der übertragung R&sub9;&sub9; mit sich. Dieses Phenomem stimmt mit dem Prinzip der erfindungsgemäßen Mittelzuweisung überein. Tatsächlich für kurze Bündel, die durch diverse Bodenstationen STi während der jeweiligen Verbindungen übertragen werden, sind die Übertragungsverspätungen der Meldungen von Ende des Speicherns MFi, die zur Zentralstation SC übertragen werden und die eine Information bezüglich der Dauer der Mittelzuweisung für die Vorrichtung der Mittelzuweisung in der Zentralstation SC um so bedeutender, desto kürzer die Bündel sind. Ein Teil der Mittel des Satellitenkanals wird dann während einer - verglichen mit einer effektiven Bündelübertragung - relativ langen Zeit, einer Bodenstation zugewiesen. Abgesehen von diesem Phenomen, zieht eine Erhöhung der mittleren Länge der Bündel eine Erhöhung der Übertragungsverspätung R99 für Bündel über 50 Zellen mit sich.
• Die Fig. 8 zeigt die Wirkung der Sporadizität der zwischen den diversen Bodenstationen des ersten Strahles A und Stationen des Strahles B via die Zentralstation SC hergestellten Verbindungen auf die Verspätung der Übertragung R&sub9;&sub9;.
• Die in Fig. 8 gezeigte Kurve wurde ebenfalls durch Simulation einer homogenen Konfiguration erreicht, in welcher die drei jeweils eine Verbindung definierenden Parameter identisch sind. Es wird darauf hingewiesen, daß eine Erhöhung der Sporadizität der Verbindungen eine Erhöhung der Verspätung R&sub9;&sub9; mit sich zieht.
• Die Fig. 9 zeigt, daß die Wirkung der Erhöhung des Belastungsverhältnisses CS/Dmax auf die Verspätung der Übertragung R&sub9;&sub9;. Die Leistung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird verbessert, wenn die verfügbare Kapazität CS für sporadische Verbindungen CS im Verhältnis zu der maximalen Übertragungsrate D'max der sporadischen Verbindungen wächst.
• Die Untersuchung der Leistungen einer "homogenen" Konfiguration so wie diejenige, die in bezug auf die Figuren 7, 8 und 9 beschrieben wurde, ist zu weit von den wirklichen Betriebsbedingungen, um sich einen endgültigen Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens im Rahmen eines digitalen diensteintegrierenden Breitbandnetzes vorzustellen, in welchem zahlreiche digitale Dienste nebeneinanderstehen, die durch Verbindungen ohne identische Parameterwerte (Sporadizität, mittlere Länge der Bündel, Zuweisungsverhältnis) gekennzeichnet sind. Eine allgemeinere Untersuchung ist erforderlich, um einen Einsatz des Verfahrens zur Ausarbeitung einer Verbindungsablehnung oder -annahme daraus auszuarbeiten. Die Verbindungen werden im Rahmen der heterogenen Verbindungen untersucht, die im Netz nebeneinanderstehen und durch Parameter gekennzeichnet sind, die verschiedene Werte annehmen können. Die Untersuchung dieser heterogenen Konfiguration soll sich nicht simultan auf die drei Parameter beziehen, die die verschiedenen zwischen Bodenstationen des Strahles A und Stationen des Strahles B hergestellten Verbindungen kennzeichnen. Es ist erforderlich, jeden Parameter separat zu untersuchen, um die Wirkung der Heterogenität auf jeden daraus zu entnehmen.
• Die die vorliegende Simulation kennzeichnenden möglichen Werte der verschiedenen Parameter betreffen die drei vorgenannten Parameter.
• Die Figuren 10 und 11 tragen dazu bei, die Wirkung der Heterogenität jeweils auf zwei Parameter, mittlere Länge der Bündel Lmi und Sporadizität SPi zu untersuchen, wobei die zwei anderen Parameter jeweils RA und SP oder Lm und RA als homogen angenommen werden.
• Die Fig. 10 bezieht sich auf eine Simulation von jeweils durch Bodenstationen via die Zentralstation SC hergestellten k Verbindungen, wobei k z.B. gleich so ist. In dieser Simulation wird vorausgesetzt, daß die Verbindungen zwischen den Bodenstationen des Strahles A und Stationen des Strahles B zweier Arten sind und jeweils digitale Telekommunikationsdienste darstellen. Alle Kommunikationen weisen eine Sporadizität SPi gleich 23 und ein Zuweisungsverhältnis RAi = CS/D'max gleich 4 auf.
• Die "simulierten" Verbindungen differenzieren nur durch verschiedene Werte, zwei an der Zahl, ihrer mittleren Länge des jeweiligen Bündels Lmi. Zur Vereinfachung der Simulation sind die zwei möglichen Werte der Bündellängen gleich 50 und 200 Zellen. Die Abszissenachse der Fig. 10 bezieht sich auf den arithmetischen Mittelwert
• der Bündellängen der jeweiligen I Verbindungen. Eine erste Kurve mit durchgehendem Strich zeigt die Verspätung der Übertragung der Kommunikationen R&sub9;&sub9; in Abhängigkeit von dem arithmetischen Mittelwert < Lmi> der jeweiligen Bündellänge der k Verbindungen. Die k Verbindungen werden also mit Bündellängen gleich 50, und 200 Zellen simuliert, was einem arithmetischen Mittelwert entspricht, der zwischen einem minimalen Mittelwert, für welchen alle Verbindungen aus Bündeln gleich 50 Zellen bestehen und einem maximalen Mittelwert, für welchen alle Verbindungen durch Bündellängen gleich 200 Zellen gekennzeichnet sind. Eine Kurve mit durchgehendem Strich wird durch eine Simulation von k Verbindungen erreicht, für welche die mittleren Längen der jeweiligen Bündel Lmi mit dem Mittelwert der mittleren Längen < Lmi> der Bündel für k Verbindungen in dem heterogenen Modell identisch und gleich diesem sind.
• In der Fig. 10 sind die zwei erhaltenen Kurven für die zwei Simulationen sehr hnlich, was bedeutet, daß für ein erfindungsgemäßen Mittelzuweisungsverfahren k Verbindungen, die verschiedene Bündellängen Lmi erzeugen, k Verbindungen gleichen, die identische Bündellängen Leq aufweisen, die dem Mittelwert der verschiedenen Bündellängen Lmi gleichen. Dies äußert sich durch die folgende Gleichung:
• Die Fig. 11 bezieht sich auf eine Simulation mit k jeweils durch k Bodenstationen STi via Zentralstation SC hergestellten Verbindungen. Für jede "simulierte" Verbindung ist die Länge der erzeugten Bündel Lmi gleich 50 Zellen, und das Belastungsverhältnis RAi = CS/Dimax gleich 4.
• Allein die Sporadizitätswerte variieren von einer hergestellten Verbindung zur anderen. Zur Vereinfachung der Simulation wird die Zahl der möglichen Sporadizitätswerte auf zwei begrenzt: 100 und 1000. Die Abszissenachse der Fig. 11 bezieht sich auf den arithmetischen Mittelwert der Sporadizitätswerte < SPi> der k Verbindungen, und die Ordinatenachse bezieht sich auf die Übertragungsverspätung R&sub9;&sub9; in Sekunden.
• Eine erste Kurve mit durchgehendem Strich zeigt die Verspätung R&sub9;&sub9; der Verbindungsübertragung in Abhängigkeit von dem arithmetischen Mittelwert < SPi> der Sporadizitätswerte der k Verbindungen, welcher zwischen dem minimalen arithmetischen Mittelwert, für welchen alle Verbindungen Sporadizitätswerte gleich 100 aufweisen, und einem maximalen arithmetischen Mittelwert, für welchen die Sporadizitätswerte der k Verbindungen gleich 1000 sind. Eine Kurve mit unterbrochenem Strich wird durch eine Simulation von k homogenen Verbindungen zwischen Bodenstationen STi des Strahles A und Stationen des Strahles B via Zentralstation SC erhalten, -für welche die jeweiligen Sporadizitätswerte mit folgender Gleichung identisch sind und gleichen:
• Gemäß Fig. 11 sind die beiden erhaltenen Kurven für die zwei Simulationen quasi identisch, was bedeutet, daß verfahrensgemäß k Verbindungen mit unterschiedlichen Sporadizitätswerten SPi k Verbindungen mit gleichen Sporadizitätswerten SPeq gleichen.
• Was den dritten Parameter anbelangt, kann das Belastungsverhältnis RAi = CS/D'max mittels einer Gleichung der Äquivalenz zwischen k Verbindungen mit unterschiedlichen Belastungsverhältnis sen RAi (heterogene Konfiguration im Belastungsverhältnis) und k Verbindungen mit gleichen Belastungsverhältnissen (homogene Konfiguration), mit RAeq bezeichnet. Diese Gleichung lautet wie folgt:
• Raeq = F (RAi für laufende Verbindungen COMi) (eq. 3)
• Die vorgenannten Gleichungen (eq. 1), (eq. 2) und (eq.3), die jeweils aus den Untersuchungen der drei Parameter, Bündellänge, Sporadizität und Belastungsverhältnis, entnommen wurden, erlauben es, einen Algorithmus zur Belastungskontrolle für den endgültigen Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens zu konzipieren, das auf Äquivalenzeigenschaften zwischen der homogenen Konfiguration der Verbindungen und der heterogenen Konfiguration der Verbindungen basiert, und das die Ausarbeitung einer Verbindungsablehnung oder -annahme festsetzt.
• Wie oben gesehen, wird eine durch eine beliebige Bodenstation STi hergestellte Verbindung durch drei Parameter definiert, bzw. die Länge der erzeugten Bündel Lmi, die Sporadizität SPi und das Belastungsverhältnis RAi: : CS/D'max Für eine k-te Anforderung nach Verbindung DCi durch eine beliebige Bodenstation STi wird eine Veränderliche als sogenannte "minimale erforderliche totale Kapazität" CMRTOT definiert, die es ermöglicht zu schätzen, ob die Anfrage nach Verbindung DC. durch die Zentralstation SC angenommen oder abgelehnt werden soll. Ein Wert der Veränderlichen CMRTOT für die k. Verbindung hängt von den jeweiligen 3 Parametern der schon hergestellten (k-1) Verbindungen ab, sowie von den drei Parametern der k. Verbindung. Dies äußert sich durch die Gleichung:
• CMRTOT=f(Lmi;...Lmk;..., SP&sub1;;...SOk; CS/D'max,...CS/Dkmax), in welcher die in Klammern stehenden Parameter die drei Parameter für die durch die willkürlich gewählten Bodenstationen hergestellten oder zu herstellenden k Verbindungen bezeichnen.
• Die Betrachtungen der Äquivalenz, die aus den Gleichungen (eq.1) und (eq.2) entnommen werden, erlauben es, die vorgenannte Gleichung in der folgenden Form zu schreiben:
• CMRTOT = g(Leq, SPeq, CS/D'max..., CS/Dkmax)
• Mittlere statistische Daten setzen fest, daß die äquivalenten Werte Leq und SPeq immer jeweils kleiner als höhere Grenzwerte Lsup und SPsup sind, wobei diese Grenzwerte immer größer als die mittleren Längen Lmi und Sporadizitätswerte SPi unabhängig von der Verkehr-Konfiguration des Netzes sind.
• Infolgedessen wird die Gleichung wie folgt lauten:
• CMRTOT = g(Lsup, SPsup, CS/D'max,... CS/Dkmax)
• Da vorausgesetzt wird, daß die Werte Lsup und SPsup konstant sind, kann sich die Gleichung noch zu der folgenden Form vereinfachen:
• CMRTOT = h(CS/D'max,... CS/Dkmax)
• Die Eigenschaft der Äquivalenz zwischen heterogener Konfiguration im Belastungsverhältnis und homogener Konfiguration im Belastungsverhältnis RAi = CS/D'max, die mathematisch durch die Gleichung (eq. 3) dargestellt wird, trägt zur Vereinfahrung der h Funktion bei, die die oben angegebene minimale erforderliche totale Kapazität CMRTOT bestimmt.
• Gemäß der Gleichung (eq. 3) gleichen tatsächlich k Verbindungen mit unterschiedlichen Belastungsverhältnissen RA&sub1; = CS/D'max bis RAk = CS/Dkmax Verbindungen mit identischen Belastungsverhältnissen und gleich RAeq.
• Damit eine Beziehung zwischen dem Belastungsverhältnis RAeq und der minimalen erforderlichen totalen Kapazität CMRTOT hergestellt wird, wird vorausgesetzt, daß die Bündellängen und die Sporadizitätswerte konstant sind und jeweils gleich Lsup und SPsup. Diese Beziehung bzw. dieses Verhältnis wird wie folgt beschrieben erzielt.
• Allein die Parameter Dkmax und Dkmoy sollen in einer Meldung der Verbindungsanfrage DCk für eine gegebene durch eine beliebige Bodenstation zu herstellende k-te Verbindung COMk. Für die k-te zu herstellende Verbindung wird die Gleichung (eq. 3) benutzt und die äquivalenten Sporadizitätswerte und Werte der mittleren Bündellängen der Verbindungen werden als jeweils gleich SPeq und Leq angenommen, damit in Abhängigkeit von den maximalen Übertragungsraten der (k-1) laufenden Verbindungen und der k-te neuen zu herstellenden neuen Verbindung ein entsprechendes Belastungsverhältnis RAeq für die k Verbindungen entnommen wird. Basierend auf diesem Ergebnis sieht der unten aufgeführte erfindungsgemäße Algorithmus die Errechnung einer Summe SOM der mittleren Übertragungsraten D'moy der Verbindungen vor, die in die jeweiligen k Anfragen nach Verbindungen DCi übertragen wird. Das entsprechende Belastungsverhältnis RA (homogene Konfiguration im Belastungsverhältnis) wird dann durch die Summe der mittleren Übertragungsraten SOM =
• multipliziert, damit die minimale erforderliche totale Kapazität CMRTOT erreicht wird. Die k. gegebene Verbindung wird angenommen, wenn diese minimale erforderliche totale Kapazität CMRTOT kleiner als die totale verfügbare Kapazität für sporadische Verbindungen CS ist, sonst wird sie abgelehnt.
• Der Algorithmus zum Einsatz des erfindungsgemäßen Verfahrens wird nun genauer in bezug auf die Fig. 12 dargestellt.
• Ein Ausarbeitungsautomat zur Verbindungsannahme/-ablehnung in der Zentralstation SC erkennt eine Anfrage nach Verbindung DCk für eine gegebene k. Verbindung mit sproradischem Charakter im Laufe der Herstellung. Dieser Automat benutzt dann die maximale Übertragungsrate Dkmax, die in der Anfrage nach Verbindung DCk übertragen wird, und die maximalen Übertragungsraten der laufenden vorab gespeicherten Verbindungen, um ein entsprechendes Belastungsverhältnis RAeq bezüglich aller Verbindungen gemäß der Gleichung (eq. 3) zu entnehmen.
• Dann führt der Automat die Summe SOM der in der Verbindungsanfrage DCk übertragenen mittleren Übertragungsrate Dkmoy und der mittleren vorab gespeicherten Übertragungsraten der laufenden (k-1) Verbindungen durch, um SOM zu bekommen.
• Die erhaltene Summe SOM wird mit dem entsprechenden Belastungs verhältnis RAeq multipliziert. Das Ergebnis der Multiplikation CMR wird mit der für die sporadischen Verbindungen CS verfügbaren totalen Kapazität verglichen. Die Verbindung wird erst angenommen, wenn diese Kapazität CS größer als die minimale erforderliche totale Kapazität CMRTOT ist.
• In dem Falle einer Verbindung mit kontinuierlichem Charakter beeinflußt die für sie erforderliche Kapazität die verfügbare Kapazität C der Verbindungen mit sporadischem Charakter dynamisch.
• Gemäß dem Algorithmus, s. rechts in Fig. 12, für eine neue Anfrage nach gegebener zu herstellenden Verbindung mit kontinuierlichem Charakter der Übertragungsrate D, wird eine neue verfügbare Kapazität bezüglich der sporadischen Verbindungen C'S entnommen, indem die Übertragungsrate D mit einer verfügbarer Kapazität C wie vor der Anfrage der neuen gegebenen Verbindung subtrahiert wird. Die minimale erforderliche totale Kapazität CMRTOT für die hergestellten sporadischen Kommunikationen wird wie oben errechnet und verglichen mit der neuen verfügbaren Kapazität C'S. Wenn diese neue Kapazität C'S größer als die Kapazität CMRTOT ist, so wird die Verbindung angenommen, sonst wird sie abgelehnt. Im Falle einer Verbindungsanfrage mit kontinuierlichem Charakter wird auf die Weise die Verbindung angenommen, wenn letztere die erforderliche totale Kapazität für laufende sporadische Verbindungen nicht derart beeinträchtigt, daß diese unterbrochen werden könnten.
• Ein Schema des Automats zur Ausarbeitung einer Verbindungsablehnung/-annhame in der Zentralstation SC für den Einsatz des oben genannten Algorithmus wird in Fig. 13 gezeigt. Der Kreis enthält einen Mikroprozessor 130, einen ROM Programmspeicher 131, einen Speicher der maximalen Übertragungsraten D'max der laufenden Verbindungen 132, einen Speicher der mittleren Übertragungsraten D'moy der laufenden Verbindungen 133, eine Warteschlange FIFO 134, einen Empfangskreis 135 und einen Sendekreis 136. Der Programmspeicher 131 speichert eine vereinfachte Programmiersprache, die dem in Fig. 12 gezeigten Algorithmus entspricht.
• Die Speicher 131, 132, 133 und 134 und der Mikroprozessor 130 sind durch einen Adreßbus BA und einen Datenbus BD verbunden.
• Der Signal-Subrahmen STSr, der die Meldungen der Verbindungsanfrage DCi fördert, der in einem Echokanal zu dem Strahl A rückübertragen wird durch den Empfangskreis L35 empfangen und dekodiert, um dem Mikroprozessor 130 angewandt zu werden. Der Empfangskreis 135 sichert nämlich die Funktionen der Demodulation, Dekodierung und Synchronisation. Wenn eine Verbindung nach dem vom Mikroprozessor durchgeführten Errechnen gemäß dem Algorithmus der Fig. 12 angenommen wird, nämlich indem die maximale Übertragungsraten im Speicher 132 gelesen werden, um ein entsprechendes Belastungsverhältnis RA zu entnehmen, und indem die mittleren Übertragungsraten im Speicher 133 gelesen werden, um die minimale erforderliche totale Kapazität CMRTOT basierend auf RAeq zu errechnen, so wird die im ersten Teil der Beschreibung vorgestellte Mittelzuweisungsvorrichtung für jedes Bündel dieser Verbindung benutzt, ohne durch die anderen laufenden Verbindungsanfragen beeinträchtigt zu werden.

Claims (4)

1. Verfahren zur Zuweisung von Mitteln an Bodenstationen (STi) durch eine Zentralstation (SC) in einem asynchronen Zeit- Satellitenkommunikationsnetzwerk (SA), wobei die Bodenstationen Zellenbündel von durch Verbraucherstationen (SUi) während der jeweiligen sporadischen Verbindungen übertragenen Daten erhalten, die Bündel in einem Daten-Subrahmen (STDr) eines periodischen Rahmens (Tr) mit Zeitvielfachzugriff (AMRT) übertragen werden, eine sporadische Verbindung (COMi) durch eine mittlere Länge (Lm) der während der Verbindung zu übertragenden Bündel durch eine Sporadizität und eine Maximalübertragungsrate (D'max) definiert wird, wobei eine Bodenstation (STi), die ein Bündel vollständig erhalten hat, eine die Länge des Bündels einschließende Endemeldung (MRi, MFi), in einem Signal-Subrahmen (STSr) des periodischen Rahmens (Tr) in Richtung der Zentralstation (SC) überträgt, damit ein dem Bündel in dem Daten-Subrahmen (STDr) zugewiesenes Mittel freigegeben wird, wenn das ganze Bündel durch die Bodenstation übertragen wird, gekennzeichnet, durch

- die Entscheidung, durch eine Bodenstation (STi) aufgrund einer Anforderung nach sporadischer Verbindung (DCk) in dem Signal-Subrahmen (STSr) eine neue vorgegebene sporadische Verbindung (COMk) anzunehmen oder abzulehnen , wobei in Abhängigkeit von einem Algorithmus entschieden wird, in welchem die mittleren Längen der Bündel und der Sporadizitäten als Vorgegebene Konstanten gesehen werden (Leq, SPeq) und welcher von den Maximal- und mittleren Übertragungsraten der laufenden Verbindungen und von der vorgegebenen Verbindung abhängt, wobei die Maximalübertragungsrate (DKmax) und die mittlere Übertragungsrate (DKmoy) bezüglich der sporadischen vorgegebenen Verbindung in der Verbindungsanforderung (DCk) eingeschlossen sind,

- bei der Annahme der Anforderung nach sporadischer Verbindung die Übertragung eine Anforderung nach Zuweisung von Mitteln (MDi) in dem Signal-Subrahmen (STSr) durch die Bodenstation (STi) zur Zentralstation (SC) als Antwort auf den Anfang des Empfangs und der Speicherung jedes Bündels der vorgegebenen Verbindung in der Bodenstation, und

- die Verfrühte Reservierung eines Mittels in der Form eines Zeitintervalis (ITi) in dem Daten-Subrahmen (STDr) zum Bündel durch die Zentralstation, sobald ein Zeitintervall des Daten-Subrahmens freigegeben wird, damit die Bodenstation anfangen kann, das Bündel zu übertragen und dabei das Bündel weiterspeichert.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Algorithmus darin besteht, für die Anforderung nach sporadischer Verbindung (DCk) ein entsprechendes Belastungsverhältnis (RAeq) für die sporadischen laufenden Verbindungen zu errechnen, sowie für die vorgegebene Verbindung (COMk) in Abhängigkeit u.a. von den Konstanten und den Maximalübertragungsraten der sporadischen Verbindungen (D'max) die Summe (SOM) der mittleren Übertragungsraten (D'moy) der sporadischen Verbindungen zu errechnen, das Produkt (CMRTOT) aus der Summe (SOM) mal das entsprechende Belastungsverhältnis (RAeq) zu errechnen und die Anforderung nach Verbindung (DCk) anzunehmen, wenn das Produkt CMRTOT) kleiner als eine für die sporadischen Verbindungen verfügbare Gesamtkapazität (CS) ist.

3. Verfahren nach Anspruch 2, bei welchem Verbindungen mit konstanten Übertragungsraten (D) durch die Bodenstationen durch das Netz erteilt werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Algorithmus für eine Anforderung nach Verbindung mit konstanter Übertragungsrate darin besteht, die konstante Übertragungsrate (D) der verfügbaren Gesamtkapazität (CS) zu entziehen, um eine zweite verfügbare Kapazität (C'S) für die sporadischen Verbindungen zu erstellen, das Produkt (CMRTOT) für sporadische laufende Verbindungen zu errechnen, und die Anforderung nach Verbindung mit konstanter Übertragungsrate anzunehmen, wenn das Produkt (CMRTOT) kleiner als die zweite verfügbare Kapazität (C'S) ist.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die vorgegebenen Konstanten (Leq, SPeq) jeweils oberen Grenzen (Lsup, SPsup) der mittleren Längen der Bündel (Lmi) und der Sporadizitäten (SPi) aller Verbindungen gleich sind.