DE102006009253A1

DE102006009253A1 - Funk-Station und Verfahren für ein selbstorganisierendes Mehr-Kanal-Management

Info

Publication number: DE102006009253A1
Application number: DE102006009253A
Authority: DE
Inventors: Jason F. Southfield Hunzinger; John M. Southfield Belstner
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-02-28
Filing date: 2006-02-28
Publication date: 2006-10-05
Also published as: US20060194540A1; JP2006246465A; FR2884099A1; JP4904849B2

Abstract

Es werden eine Funk-Station (10) und ein damit verknüpftes Verfahren zur Übermittlung digitaler Nachrichten bereitgestellt. Ein erster Transceiver (12) wird auf eine erste Funkfrequenz abgestimmt. Ein Digital-Controller (22) ermöglicht dem ersten Transceiver, während intermittierender Perioden unterschiedlicher Zeitdauer auf der ersten Funkfrequenz zu senden. Die intermittierenden Perioden sind durch eine feste Zeitdauer getrennt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Funk-Station und ein Verfahren für ein selbstorganisierendes Mehr-Kanal-Management.

Fahrzeugsensoren, wie beispielsweise ein Radar, können zur Erfassung von Hindernissen verwendet werden, die sich auf kurzer Entfernung in Sichtverbindung zum Fahrzeug befinden. In einigen Situationen ist es jedoch von Vorteil, weiter entfernt und/oder außerhalb der Sichtverbindung gelegene Hindernisse zu erfassen. Ferner werden Informationen darüber, was in unmittelbarer Zukunft passieren wird, wie beispielsweise Informationen über die Fahrzeugbewegung, und Zustandsinformationen, wie beispielsweise Informationen über eine Verkehrsampelphase, zwischen Fahrzeugen und zugehöriger Infrastruktur ausgetauscht. Die Kommunikation solcher sicherheitstechnischen Informationen zwischen Fahrzeugen bietet Möglichkeiten zur frühzeitigen Erfassung der Hindernisse und anderer Situationen, die entweder von den Sensoren unentdeckt oder andernfalls zu spät erfasst werden könnten, um darauf reagieren zu können. Wartezeit ist für den Austausch fahrzeugsicherheitstechnischer Daten folglich von hoher Bedeutung, da die Daten gegebenenfalls von anderen Fahrzeugen verwendet werden, um Steuerentscheidungen zu treffen oder Echtzeitverkehrinformationen für Fahrzeugführer bereitzustellen. Zusätzlich zu den sicherheitstechnischen Daten bietet eine Kommunikation von nichtsicherheitstechnischen Informationen zwischen Fahrzeugen die Möglichkeit weiterer Anwendungen, wie beispielsweise einer elektronischen Gebührenerhebung, Unterhaltung und EDV.

Es ist ein Kommunikationssystem bekannt, das gleichzeitig eine Mehrzahl von Funkkanälen nutzt, um ausreichend Bandbreite zur Kommunikation der sicherheits- und nichtsicherheitstechnischen Informationen bereitzustellen. Das System weist einen Mechanismus auf, um die Kommunikationen in Übereinstimmung mit beispielsweise der Information, dem Zweck und/oder den beteiligten Einheiten zu unterteilen. Gewöhnlich ist solch ein System jedoch nicht mit einem Fahrzeug oder einer straßenseitigen Einheit kompatibel, die nur einen Transceiver aufweist und nur auf einem Kanal zurzeit senden oder empfangen kann. Funk-Bordeinheiten (z.B. Funk-Stationen, Autoradios, Fahrzeugeinheiten, Mobilstationen, Funk-Netzwerkschnittstellen und/oder Teilnehmer), die eine Mehrzahl von Transceivern aufweisen, können gleichzeitig auf die Mehrzahl von Kanälen zugreifen und sorgen dadurch für eine minimale Verzögerungszeit für einen Zugriff auf einen bzw. mehr als einen die sicherheitstechnischen Informationen tragenden Kanal. Solche Mehr-Kanal-Funkeinheiten sind jedoch, insbesondere für Fahrzeugsysteme, mit hohen Kosten verbunden. Da es ferner kostspielig ist, straßenseitige Einheiten (z.B. Zugangspunkte, feste Einheiten, Funknetzschnittstellen und/oder Anbieter) einzusetzen, die weit reichende geographische Gebiete abdecken, besteht ebenso der Bedarf an einem System, das ein Ad-hoc-Netzwerk zwischen Fahrzeugen erzeugen kann.

DSRC-(Dedicated Short Range Communication)-Standards (IEEE P802.11p, P1609.1-4 Standardentwürfe und ASTM-Standard E-2213-3) sind für derartige Fahrzeugkommunikationen entwickelt worden und basieren auf IEEE 802.11a/b/g Standards. Weitere Standards, welche die Leistungssteuerung, die Kanalauswahl zur Störunterdrückung und den QoS (Quality of Service) betreffen, gehen aus den Standards IEEE 802.11h und 802.11e hervor. Diese Standards sind hiermit vollinhaltlich unter Bezugnahme enthalten.

Alternativ kann eine kostengünstige, auf einem einzigen Funkkanal operierende Funknetzwerkschnittstelle anstelle der Mehrzahl von Funkkanälen verwendet werden. Bekannte Verfahren zur Auswahl des einen der Mehrzahl von Kanälen weisen jedoch auch unerwünschte Aspekte auf. Beispielsweise erzeugt ein Verfahren zur Synchronisierung bei einer Kanalumschaltung unter Transceivern eine unerwünschte zeitliche Belastung zwischen den Funk-Stationen. Ein zweites Verfahren ist dafür vorgesehen, Kopien gegebener Nachrichten auf mehr als einem der Mehrzahl von Kanälen zu übertragen, was zu einer unerwünschten ineffizienten Bandbreitennutzung führt. Ein drittes Verfahren ist dafür vorgesehen, die Perioden der Steuerkanalüberwachung und des Dienstekanalbetriebs abzustimmen. Dieses dritte Verfahren bringt jedoch ebenso eine unerwünschte zeitliche Belastung sowie Unflexibilität bezüglich einer Änderung des Nachrichtenvolumens mit sich. Folglich kann das dritte Verfahren ebenso als eine ineffiziente Bandbreitennutzung aufweisend betrachtet werden.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht folglich darin, eine Funk-Station und ein Verfahren zur Übermittlung digitaler Nachrichten durch ein selbstorganisierendes Mehr-Kanal-Management bereitzustellen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung weist eine Funk-Station einen ersten Transceiver und einen Digital-Controller auf. Der erste Transceiver wird auf eine erste Funkfrequenz abgestimmt. Der Digital-Controller ermöglicht dem ersten Transceiver, während intermittierender Perioden unterschiedlicher Zeitdauer, die durch eine feste Zeitdauer getrennt sind, auf der ersten Funkfrequenz zu senden.

Die obige und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der nachfolgenden, detaillierten Beschreibung, die unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung gemacht wurde, näher ersichtlich. In der Zeichnung zeigt:
1 ein Blockdiagramm einer Funk-Station mit SMM-(selbstorganisierendes Mehr-Kanal-Management)-Komponenten;
2 ein Zeitdiagramm eines SMM-Zyklus;
3 ein Zeitdiagramm einer Periode eines unabhängigen Referenzkanals (IRC);
4 ein Zeitdiagramm einer adaptiven IRC-Periode;
5 ein Blockdiagramm einer IRC-Priorisierung;
6 ein Zeitdiagramm von während einer IRC-Periode empfangenen IRC-Nachrichten niedriger Priorität (LP);
7 ein Zeitdiagramm von LP-IRC-Nachrichten, die dann, wenn während einer Periode eines Nicht-Referenzkanals (NRC) auf den IRC abgestimmt verblieben wird, empfangen werden;
8 ein Zeitdiagramm von Funkkommunikationen, wenn eine Funk-Station ein vorhandenes Netz erfasst;
9 ein Zeitdiagramm von Funkkommunikationen, wenn ein Netzwerk gebildet wird;
10 ein Zeitdiagramm von Funkkommunikationen während eines Modus hoher Aufmerksamkeit (HA-Modus);
11 ein Zeitdiagramm von Funkkommunikationen während eines IRC-Punktkoordinationsmodus;
12 ein Zustandsdiagramm von IRC-Systemzuständen;
13 ein Zustandsdiagramm von Initialisierungszuständen;
14 ein Zustandsdiagramm von normalen Betriebszuständen; und
15 ein Zustandsdiagramm von CME-Zuständen.
Die folgende Offenbarung ist auf Kanalauswahloperationen ausgerichtet, die Einkanal-Halbduplex-Funk-Stationen ermöglichen, mit gleichen bzw. ähnlichen Funk-Stationen in einem Mehr-Kanal-Band zu kommunizieren. Mehrfunk- und Vollduplex-Stationen werden ebenso unterstützt. Die offenbarten Verfahren können auf drahtlose bzw. Funkvorrichtungen nach dem auf IEEE-(Institute of Electrical and Electronics Engineers)-802.11 basierenden MAC (Medium Access Control), den Physical Layer-(PHY)-Standards und dem auf IEEE 802.11e basierenden QoS-(Quality of Service)-Standard angewandt werden.
1 zeigt eine der verschiedenen Ausführungsformen einer Funk-Station 10. Die Funk-Station 10 kann in einer Basisstation und in einer Teilnehmerstation beinhaltet sein. Basisstationen umfassen Zugangspunkte, feste Stationen und Einheiten an Straßenseiten, ohne darauf beschränkt zu sein. Teilnehmerstationen umfassen mobile Stationen, mobile Teilnehmerstationen und Bordeinheiten, ohne darauf beschränkt zu sein. Die Architektur der Funk-Station 10 ist für viele Vernetzungsmodi transparent, die hierarchische, Maschen-, Ad-hoc-, Multi-Hop- und andere Netzwerkoptionen und Kombinationen dieser umfassen, ohne darauf beschränkt zu sein.
Die Funk-Station 10 weist einen ersten Radio- bzw. Funkfrequenz-(RF)-Transceiver 12 auf, der auf einen vorbestimmten unabhängigen Referenzkanal (IRC) abgestimmt ist. Wenn die Funk-Station 10 in einer Mehr-Funk- und/oder Vollduplex-Station implementiert ist, kann sie ferner einen zweiten RF-Transceiver 14 aufweisen. Der zweite Funk-Transceiver 14 ist auf wenigstens einen Nicht-Referenzkanal (NRC) abgestimmt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der IRC vorrangigen Fahrzeugsicherheitskommunikationen zugewiesen, während der NRC bzw. die NRCs für andere Zwecke, wie beispielsweise Nichtsicherheitskommunikationen, verwendet wird/werden. Auf dem IRC übermittelte Sicherheitsnachrichten hoher Priorität sind HP-IRC-Nachrichten 62 (3).
Der erste und der zweite RF-Transceiver 12, 14 kommunizieren mit einem Medium Access Controller und der Bitübertragungsschicht bzw. physikalischen Schicht (physical layer) (MAC/PHY) 16. MAC/PHY 16 übermittelt digitale Daten mit einem Kanal-Multiplexer (CHMUX) 18. Eine SMM-Kanalmanagementeinheit (SMM-CME) 22 kommuniziert mit MAC/PHY 16 und bestimmt, ob der erste oder der zweite RF-Transceiver 12, 14 mit MAC/PHY 16 kommuniziert. In einigen Ausführungsformen hält MAC/PHY 16 für jeden der Kanäle einen separaten MAC-Zustand aufrecht. MAC/PHY 16 weist einen Computer mit zugehörigem Speicher zum Aufrechterhalten der MAC-Zustände und Variablen auf, die in den nachstehend beschriebenen Verfahren verwendet werden und IEEE 802.11e Variablen umfassen. MAC/PHY 16 hält einen MAC-Zustand für einen Kanal aufrecht, auf welchen die Funk-Station 10 abgestimmt wird, und unterbricht bzw. hebt den jeweiligen MAC-Zustand auf, wenn die Funk-Station 10 von einem verbundenen Kanal weggestimmt wird. MAC/PHY 16 stellt den MAC-Zustand dann, wenn die Funk-Station 10 wieder auf den verbundenen Kanal abgestimmt wird, wieder her.
CHMUX 18 routet die digitalen Daten zu einem IRC-Systemzugangsmodul 24 oder einem NRC-System(e)zugangsmodul 26. Das IRC-Systemzugangsmodul 24 kommuniziert mit IRC-System-Upper-Layern (höheren Schichten) 30, die eine oder mehrere Computeranwendungen umfassen können. Das IRC-Systemzugangsmodul 24 weist einen IRC-Leerlauf-Zeitgeber 25, einen Such-Zeitgeber 27, einen Neuerfassungs-Zeitgeber 29, einen Netzwerkbildungs-Zeitgeber 31, einen HA-(High Awareness)-Zeitgeber 33 und einen NRC-Zeitgeber 35 auf, die von den nachstehend beschriebenen Verfahren genutzt werden. Die von den IRC-System-Upper-Layern 30 angebotenen Dienste benötigen gewöhnlich eine hohe Priorität, eine geringe Wartezeit und einen Zugang mit hoher Verfügbarkeit auf den IRC. In einigen Ausführungsformen umfassen die IRC-System-Upper-Layer 30 sicherheitstechnische Anwendungen, wie beispielsweise Insassenschutz und/oder Antiblockierregelungen in einem Fahrzeug.
Das NRC-System(e)zugangsmodul 26 kommuniziert mit NRC-System(e)-Upper-Layern 32, die Computeranwendungen umfassen können. In einigen Ausführungsformen umfassen NRC-System-Upper-Layer 32 computerbezogene Anwendungen, wie beispielsweise E-Mail, Spiele, Dateiübertragung, Web-Anwendungen, Streaming Entertainment und dergleichen. CHMUX 18 routet die digitalen Daten in Übereinstimmung mit einem Kanalauswahlsignal der SMM-CME 22 zu dem IRC-Systemzugangsmodul 24 oder dem NRC-Systemzugangsmodul 26.
Das NRC-Systemzugangsmodul 26, die NRC-System-Upper-Layer 32 und CHMUX 18 können in einer Einkanal-Funksta tion 10 ausgelassen werden. Bei einem derartigen Aufbau übermittelt MAC/PHY 16 die digitalen Daten direkt mit dem IRC-Systemzugangsmodul 24.
Die SMM-CME 22 weist einen Computer auf, der ein in einem zugehörigen Computerspeicher gespeichertes Verfahren für ein selbstorganisierendes Mehr-Kanal-Management (SMM) ausführt. Die nachstehend beschriebenen Verfahren dienen zur Koordination einer Kanalauswahl bzw. Kanalumschaltung in einem Funk-Stationen 10 aufweisenden Netz(-werk). Die Kanalauswahl basiert auf einer zeitlichen Steuerung von HP-Nachrichten 62 (3), die auf dem IRC gesendet und empfangen werden. Die Verfahren spürt eine dezentrale Systemzeitreferenz auf, die den HP-IRC-Nachrichten 62 inhärent ist. Die Verfahren ermöglichen Einkanal-Halbduplex-Funk-Stationen 10, über den IRC mit weiteren Funk-Stationen zu kommunizieren bzw. sich mit diesen zu vernetzen. Die Verfahren ermöglichen ferner Mehrfunk- und/oder Vollduplex-Funk-Stationen 10, die Vorteile der über den/die NRC(s) verfügbare Bandbreite zu "genießen". Eine synchronisierte Kanalauswahl unter Funk-Stationen 10 ist gewöhnlich eine verteilte Funktion, welche die hierin bereitgestellten Verfahren verwendet; eine Punktkoordinationsfunktion wird jedoch ebenso bereitgestellt.
2 zeigt ein Zeitdiagramm eines SMM-Zyklus 50. Der SMM-Zyklus 50 umfasst eine IRC-Periode 52 und eine NRC-Periode 54. Die Zeitdauer der IRC-Periode 52 ändert sich gemäß nachstehender Beschreibung in Übereinstimmung mit den SMM-Verfahren. Die Zeitdauer der NRC-Periode 54 ist auf eine vorbestimmte Periode T_NRC festgelegt . T_NRC ist für alle Funk-Stationen 10 gleich. T_NRC sollte derart eingestellt sein, dass die Kanalwartezeit unter einer gewünschten Periode liegt. Die Kanalwartezeit ist die Zeit zwischen dem Zeitpunkt, an dem die Funk-Station 10 ein Packet zur Übertragung auf einem Kanal bereit hat, und dem Zeitpunkt, an dem eine weitere Funk-Station auf den Kanal abgestimmt ist. In einigen Ausführungsformen ist die NRC-Periode 54 gleich 50 Millisekunden (ms). Kanalauswahlbeschränkungen werden auf der Grundlage von Zeitperioden innerhalb jeder IRC-Periode 52 und innerhalb jeder NRC-Periode 54 angewandt.
Die Funk-Station 10 wird während der IRC-Periode 52 auf den IRC abgestimmt. Während der NRC-Periode 54 kann die Funk-Station 10 auf den IRC abgestimmt verbleiben oder auf den/die NRC(s) wechseln bzw. abgestimmt werden. Eine Kanalauswahl unter den NRC(s) wird in Übereinstimmung mit anderen Verfahren im Stand der Technik, wie beispielsweise Verfahren nach IEEE 802.11 und/oder IEEE 802.11e Spezifikationen, koordiniert und in dieser Anmeldung nicht näher beschrieben.
Die IRC-Periode 52 kann eine erste Unter-Periode 58 aufweisen, während der HP-IRC-Nachrichten und/oder LP-IRC-Nachrichten 76 (6) zwischen Funk-Stationen 10 ausgetauscht werden können. Die IRC-Periode 52 kann ferner eine zweite Unter-Periode 60 aufweisen, während der LP-IRC-Nachrichten 76 zwischen Funk-Stationen 10 ausgetauscht werden. Die Zeitdauer der IRC-Periode 52 ändert sich derart, dass alle erforderlichen offenen HP-IRC-Nachrichten 62 untergebracht werden. In einigen Ausführungsformen werden die HP-IRC-Nachrichten 62 über ein gesamtes, aus Funk-Stationen 10 bestehendes Netzwerk übertragen. Die LP-IRC-Nachrichten 76 und die NRC-Nachrichten 74 (6) können während der NRC-Periode 54 ausgetauscht werden.
3 zeigt ein detailliertes Zeitdiagramm einer IRC-Periode 52. Die IRC-Periode 52 beginnt mit einer Periode T_RX, die Zeitunterschiede zwischen Funk-Stationen 10 kompensiert. In einigen Ausführungsformen ist T_RX gleich 1 ms. Die Funk-Station 10 überträgt während der Periode T_RX keine HP-IRC-Nachrichten 62. Die Funk-Station 10 kann während der Periode T_RX jedoch HP-IRC-Nachrichten 62 empfangen. Die Funk-Station 10 kann nach Ablauf der Periode T_RX damit beginnen, ihre HP-IRC-Nachrichten 62 zu übertragen. In einigen Ausführungsformen verwendet die Funk-Station 10 ein Kollisionsvermeidungsprotokoll, wie beispielsweise 802.11 CSMA/CA und/oder eine kleine Zufallskomponente bezüglich des T_RX-Werts, die pseudozufällig bestimmt, wann mit der Übertragung einer beliebigen Nachricht begonnen wird. Das Kollisionsvermeidungsprotokoll verringert die Wahrscheinlichkeit, mit der eine Mehrzahl an Funk-Stationen 10 gleichzeitig auf irgendeinem von IRC, NRC(s) sendet.
Der IRC-Leerlauf-Zeitgeber 25 start am Ende der Periode T_RX und am Ende jeder HP-IRC-Nachricht 62 erneut. Der IRC-Leerlauf-Zeitgeber 25 resetet jedes Mal, wenn die Funk-Station 10 eine weitere HP-IRC-Nachricht 62 sendet oder empfängt. Die IRC-Periode 52 dauert an, bis der IRC-Leerlauf-Zeitgeber 25 für eine vorbestimmte Zeitdauer T_IDLE ohne Unterbrechung läuft. Die Zeitdauer der IRL-Periode 52 passt sich dabei derart an, dass alle offenen HP-IRC-Nachrichten 62 untergebracht werden. In einigen Ausführungsformen ist T_IDLE gleich 5 ms . Der Wert von T_IDLE sollte derart eingestellt sein, dass die maximal mögliche Paketzeitdauer eines auf dem IRC übertragenen Pakets untergebracht werden kann. Die Funk-Station 10 kann während der IRC-Periode 52 ebenso LP-IRC-Nachrichten übertragen. Die LP-IRC-Nachrichten 76 bewirken jedoch nicht, dass der IRC-Leerlauf-Zeitgeber 25 resetet wird.
Funk-Stationen 10, die sich in einem für sie gegenseitig erreichbaren Kommunikationsbereich befinden, reseten ihre jeweiligen IRC-Leerlauf-Zeitgeber 25 nach Empfang der letzten HP-IRC-Nachricht 62. Da T_IDLE jeder Funk- Station 10 gleich ist, werden die Funk-Stationen 10, die sich in einem für sie gegenseitig erreichbaren Kommunikationsbereich befinden, gleichzeitig auf den NRC abgestimmt. Da die Zeitdauer der NRC-Periode 54 festgelegt ist, werden diese Funk-Stationen 10 ferner gleichzeitig auf den IRC zurück abgestimmt.
Die IRC-Periode 52 endet und die NRC-Periode 54 beginnt, wenn der IRC-Leerlauf-Zeitgeber 25 an dem Zeitpunkt 70 ausläuft. Abstimmperioden 72 am Anfang und am Ende der NRC-Periode 54 weisen die Zeitdauer T_TUNE auf und definieren eine Maximalkanalumschaltverzögerung für die Funk-Station 10, um von dem IRC weggestimmt und auf den IRC abgestimmt zu werden. In einigen Ausführungsformen ist T_TUNE gleich 2 ms. Das IRC-Systemzugangsmodul 24 zeigt an, wann die Funk-Station 10 auf den IRC abgestimmt werden muss, und wann die Funk-Station 10 von dem IRC weggestimmt werden kann, zum Beispiel auf den/die NRC(s). Abstimmbefehle von dem IRC-Systemzugangsmodul 24 an die SMM-CME 22 sollten mit einer ausreichenden Vorlaufzeit erscheinen, so dass die Funk-Station 10 für die gesamte IRC-Periode 52 auf den IRC abgestimmt ist. Das NRC-System(e)zugangsmodul 26 sieht während der NRC-Periode 54 RF-Abstimmbefehle für die SMM-CME 22 vor.
NRC-Nachrichten 74 werden während der NRC-Periode 54 auf dem NRC gesendet und empfangen. IRC- und NRC-Periode 52, 54 nehmen zusammen eine Zykluszeit T_C ein, die sich aufgrund der adaptiven Natur der IRC-Periode 52 ändert.
4 zeigt ein Zeitdiagramm mit IRC-Perioden 52 unterschiedlicher Zeitdauer mit dazwischenliegenden NRC-Perioden 54 fester Zeitdauer. Die IRC-Perioden 52 werden durch eine Anzahl von HP-IRC-Nachrichten 62 festgelegt, die innerhalb T_IDLE jeder Periode übertragen werden. Jede IRC-Periode 52 endet dann, wenn der IRC-Leerlauf-Zeitgeber 25 ausläuft.
5 zeigt ein Blockdiagramm mit Zugangskategorien (AC) für HP-IRC-Nachrichten 62, LP-IRC-Nachrichten 76 und NRC-Nachrichten 74. Der IRC-System-Upper-Layer 30 und der/die NRC-System-Upper-Layer 32 erzeugen und stellen jeweilige Nachrichten gemäß einer vorbestimmten Priorität in eine Warteschlange. In einigen Ausführungsformen werden die Prioritäten gemäß einem AC-(Zugangskategorie)-Verfahren nach der IEEE 802.11e Spezifikation bestimmt.
Eine Mehrzahl von Warteschlangen 80-1 bis 80-N halten die jeweiligen Nachrichten vorbestimmter Prioritäten. Die Nachrichten mit der höchsten Priorität, die sich auf der linken Seite der gepunkteten Linie 82 befinden, sind HP-IRC-Nachrichten 62. Die Nachrichten auf der rechten Seite der gepunkteten Linie 82 sind LP-IRC-Nachrichten 76 und/oder NRC-Nachrichten 74. HP-IRC-Nachrichten 62 werden während jeder IRC-Periode 52 übertragen, um dadurch ihre jeweiligen Warteschlangen zu leeren. während der IRL-Periode 52 können ebenso alle der LP-IRC-Nachrichten 76 übertragen werden. Wenn die LP-IRC-Nachrichten 76 während der NRC-Periode 50 übertragen werden, kann es passieren, dass sie nicht während einer einzigen NRC-Periode 54 übertragen werden.
6 zeigt ein Zeitdiagramm mit LP-Nachrichten 76, die von einer Funk-Station 10 empfangen werden, die während der NRC-Periode 54 von dem IRC weggestimmt wird. Die Funk-Station 10 wird während der IRC-Periode 52 auf den IRC gestimmt und empfängt folglich LP-IRC-Nachrichten 76, die von weiteren Funk-Stationen 10 ausgesendet werden. Während der NRC-Periode 54 wird die Funk-Stationen 10 von dem IRC weggestimmt und stoppt folglich den Empfang der LP-IRC-Nachrichten 76. Es sollte folglich Acht gegeben werden, wenn LP-IRC-Nachrichten 76 während der NRC-Periode 54 gesendet werden, da einige Funk-Stationen 10 gegebenenfalls einige oder alle der LP-IRC-Nachrichten 76 verpassen. Das NRC-System(e)zugangsmodul 26 sollte keinen Kanalwechsel von dem IRC weg anfordern, sofern es und bis es für die NRC-System(e)-Upper-Layer nicht halbwegs erforderlich und/oder bezüglich der Leistung bzw. Durchführung auf dem IRC halbwegs annehmbar ist. Ferner sollte das NRC-System(e)zugangsmodul 26 anfordern, dass die SME-CME 22 zurück auf den IRC gestimmt wird, wenn die Übertragungen auf dem/den NRC(s) abgeschlossen sind.
7 zeigt ein Zeitdiagramm mit LP-IRC-Nachrichten 76, die von einer Funk-Station 10 empfangen werden, die während der NRC-Periode 54 auf den IRC abgestimmt verbleibt. Die Funk-Station 10 empfängt alle LP-IRC-Nachrichten 76, die von weiteren Funk-Stationen 10 ausgesendet werden.
8 zeigt ein Zeitdiagramm, bei dem eine erste Funk-Station 10-1 einem Netzwerk beitritt, dass eine zweite Funk-Station 10-2 aufweist. Die erste Funk-Station 10-1 wartet auf HP-IRC-Nachrichten 62, die von der zweiten Funk-Station 10-2 ausgesendet werden. Die erste Funk-Station 10-1 resetet ihren IRC-Leerlauf-Zeitgeber jedes Mal, wenn sie eine HP-IRC-Nachricht 62 empfängt. Wenn der IRC-Leerlauf-Zeitgeber 25 T_IDLE erreicht, nimmt die erste Funk-Station 10-1 die zeitliche Steuerung der zweiten Funk-Station 10-2 an und können die zwei Funk-Stationen 10-1, 10-2 damit beginnen, als Netzwerk zu kommunizieren.
Die erste Funk-Station 10-1 muss nicht auf dem IRC senden, während sie versucht, dem Netzwerk beizutreten. Wenn die erste Funk-Station 10-1 versucht, dem Netzwerk beizutreten und für eine vorbestimmte Zeit T_SRCH keine HP-IRC-Nachricht 62 empfängt, kann sie wenigstens eine HP- IRC-Nachrichten 62 aussenden, um zu versuchen, ein Netzwerk mit einer weiteren Funk-Station 10 aufzubauen. Der Such-Zeitgeber 27 zählt (tracks) T_SRCH. Die Zeitdauer T_SRCH entspricht der NRC-Periode 54 um T_TUNE verkürzt.
9 zeigt ein Zeitdiagramm eines Netzwerkaufbaus zwischen der ersten Funk-Station 10-1 und der zweiten Funk-Station 10-2. Die erste Funk-Station 10-1 führt eine Erfassungssequenz aus, indem sie eine oder mehrere HP-IRC-Nachrichten 62 wenigstens einmal pro Netzwerkaufbauunterperiode (T_CSP) für die Suchperiode T_SRCH aussendet, oder bis sie eine HP-IRC-Nachricht 62 von der zweiten Funk-Station 10-2 empfängt. Der Netzwerkaufbau-Zeitgeber zählt T_CSP. Das Netzwerk wird aufgebaut bzw. gebildet, wenn eine der Funk-Stationen 10-1, 10-2 eine HP-IRC-Nachricht 62 von der anderen der Funk-Stationen 10-1, 10-2 empfängt und am Ende von T_IDLE deren zeitliche Steuerung annimmt. Eine der Funk-Stationen 10-1, 10-2 wiederholt die Erfassungssequenz, wenn sie innerhalb einer vorbestimmten Neuerfassungsverzögerungsperiode T_RA, die von dem Neuerfassungs-Zeitgeber 29 gezählt wird, keine HP-IRC-Nachricht 62 empfängt. T_RA sollte länger als eine HA-Timeout-Periode T_HA sein, die nachstehend beschrieben wird.
10 zeigt ein Zeitdiagramm eines ersten Netzwerks, das eine Funk-Station 10-1 aufweist, die einem zweiten Netzwerk beitritt, dass eine Station 10-2 aufweist. Dieser Fall tritt auf, wenn das erste und das zweite Netzwerk nicht synchronisiert sind (d.h. jeweilige IRC-Perioden aufweisen, die während unterschiedlichen Zeiten auftreten) und kombiniert werden. Dieser Fall kann ebenso auftreten, wenn das erste und das zweite Netzwerk vorher kombiniert waren und nach einem nicht synchronisierten Zustand aufgrund einer dritten Funk-Station 10 (nicht gezeigt), Störung, Blockierung oder einer Diensteunterbrechung neu kombiniert werden.
Ein HA-Modus 83 wird während einer regulären Periode ausgeführt und zur Erfassung weitere Netzwerke verwendet. Der HA-Modus 83 wird getriggert, nachdem die HA-Timeout-Periode T_HA ausgelaufen ist. T_HA wird von dem HA-Zeitgeber 33 gezählt und startet jedes Mal, wenn dieser ausläuft, erneut. Das jeweilige HA-Timeout jeder Funk-Station 10-1, 10-2 sollte zufällig gewählt werden. T_HA sollte jedoch für eine bestimmte Funk-Station 10 festgelegt sein. In einigen Ausführungsformen kann T_HA dynamisch bestimmt werden. T_HA sollte nicht auf einen Wert kleiner als T_HA + T_NRC eingestellt sein. In einigen Ausführungsformen kann der HA-Modus 83 mit einer erhöhten Frequenz getriggert werden, wenn die Funk-Station 10-1 für einen erhöhten Prozentsatz der NRC-Periode 54 von dem NRC weggestimmt ist. In einigen Ausführungsformen kann die erste Funk-Station 10-1 ferner dazu ausgelegt sein, häufiger als die zweite Funk-Station 10-2 in den HA-Modus 83 zu treten, um dadurch eine Synchronisation der Netzwerken in einem bestimmten Bereich zu erleichtern.
Die erste Funk-Station 10-1 führt den HA-Modus 83 aus, indem sie während der NRC-Periode 54 auf den IRC abgestimmt bleibt und auf HP-IRC-Nachrichten 62 der zweiten Station 10-2 wartet. In einigen Ausführungsformen sendet die erste Funk-Station 10-1 eine HA-Richtungsnachricht 62', die weitere Funk-Stationen 10 (nicht gezeigt) dazu veranlasst, ebenso in den HA-Modus 83 zu treten. Gewöhnlich sendet die erste Funk-Station 10-1 dann, wenn sie sich im HA-Modus befindet, da sie ihre jeweilige T_HA-Periode erreicht hat und anschließend eine HP-IRC-Nachricht 62 empfängt, eine HA-Richtungsnachricht 62'. Wenn sich die erste Funk-Station 10-1 in dem HA-Modus 83 befindet, da sie eine HA-Richtungsnachricht 62' von einer weiteren Funk-Station 10 empfangen hat, und eine HP-IRC-Nachricht 62 empfängt, verlässt sie den HA-Modus 83 und tritt in eine IRC-Periode 52 ein, anstatt auf das Auslaufen des HA-Modus 83 zu warten. Die erste Funk-Station 10-1 wird dadurch dem zweiten Netzwerk beitreten und die zeitliche Steuerung des zweiten Netzwerks annehmen.
Die erste Funk-Station 10-1 kann ferner wählen, nach Empfang der HA-Richtungsnachricht 62' nicht in den HA-Modus 83 zu treten, wenn sie in einer HA-Ausnahmeperiode T_HAE in den HA-Modus 83 getreten ist. Die HA-Ausnahmeperiode kann von einer Funk-Station 10 initiiert werden, die sich innerhalb eines Bereichs zweier Netzwerke befindet, die nicht miteinander synchronisiert sind. In solch einer Situation verhindert die HA-Ausnahmeperiode, dass die Funk-Station 10 einem "Pingpong-Effekt" unterliegt oder wiederholt versucht, sich mit jedem der nicht synchronisierten Netzwerke zu synchronisieren. T_HAE startet am Ende des HA-Modus 83. Die Zeitdauer von T_HAE ist vorbestimmt und sollte länger als T_IDLE + T_NRC + T_RXund kürzer als T_HA/2 sein.
11 zeigt ein Zeitdiagramm mit einer IRC-Punktkoordinations-(IRCPC)-sequenz 84, die dazu verwendet wird, die IRC-Periode 52 zu verlängern. IRCPC 84 hält die vernetzten Funk-Stationen 10 auf den IRC abgestimmt und kann dadurch die IRC-Nachrichtenwartezeit reduzieren, wenn HP-IRC-Nachrichten 62 die Funk-Stationen 10 durchlaufen.
IRCPC 84 kann dazu verwendet werden, die IRC-Periode 52 derart zu verlängern, dass das Ende der IRC-Periode 52 dadurch beeinflusst wird. Da das Ende der IRC-Periode 52 beeinflusst werden kann, kann ebenso der Beginn der nächsten IRC-Periode 52 beeinflusst werden. Auf diese Weise kann IRCPC 84 dazu verwendet werden, die gesamte kombinierte Periode T_c der IRC-Periode 52 und der NRC-Periode 54 abzugleichen. Das IRC-Systemzugangsmodul 24 kann die IRCPC 84 ferner dazu verwenden, Übergänge zwischen der IRC-Periode 52 und der NRC-Periode 54 (oder andersherum) auf eine gewünschte Zeitreferenz abzugleichen. Die IRCPC 84 kann ferner dazu verwendet werden, diese Übergänge derart zu verschieben oder beizubehalten, dass die IRC-Perioden 52 und/oder die NRC-Perioden 54 eine gewünschte Zeitreferenz überspannen.
Die IRC-System-Upper-Layer 30 weisen das IRC-Systemzugangsmodul 24 an, die IRCPC 84 auszuführen. Wenn sich das IRC-Systemzugangsmodul 24 nicht bereits in der IRC-Periode 52 befindet, wechselt es sofort in die IRL-Periode 52. Das IRC-Systemzugangsmodul 24 sendet, zusätzlich zu den normalen IRC-Perioden-Operationen, eine HP-IRC-Nachricht 62 aus, bevor der IRC-Leerlauf-Zeitgeber bei T_IDLE ausläuft, und resetet dadurch den IRC-Leerlauf-Zeitgeber. Wenn sich keine HP-IRC-Nachricht 62 in der Warteschlange befindet, erzeugt das IRC-Systemzugangsmodul 24 eine Dummy-HP-IRC-Nachricht 62, um diese nach Auslaufen einer IRC-Punktkoordinationsverzögerungsperiode T_IRCPC zu übertragen. Die IRC-System-Upper-Layer 30 beenden die IRCPC 84, indem sie das IRC-Systemzugangsmodul 24 anweisen, die Erzeugung von HP-IRC-Nachrichten 62 nur zum Zweck, die IRCPC 84 fortzusetzen, zu stoppen. Die momentane IRC-Periode 52 endet dann nach Auslaufen des IRC-Leerlauf-Zeitgebers 25.
12 zeigt ein Zustandsdiagramm 100 für eine Funk-Station 10 während einer IRC-Periode 52. Die Steuerung beginnt in einem Initialisierungszustand 102 und wechselt nach Empfang einer HP-IRC-Nachricht 62 in einen normalen Zustand 104. Die Steuerung wechselt nach Empfang einer HA-Richtungsnachricht 62' (10) und Auslaufen des IRC-Leerlauf-Zeitgebers 25 von einem normalen Zustand 104 in einen einen HA-Modus 83 umfassenden HA-Zustand 106. Die Steuerung kehrt anschließend nach Empfang einer HP- IRC-Nachricht 62 und/oder Auslaufen einer NRC-Periode 64 in den normalen Zustand zurück. Die Steuerung wechselt nach Auslaufen der Neuerfassungsverzögerungsperiode T_RA von dem normalen Zustand 104 in den Initialisierungszustand 102.
13 zeigt ein Zustandsdiagramm 150 eines IRC-Systemzugangsmoduls 24. Die Steuerung beginnt in einer Suchphase 152 durch Initialisieren des Such-Zeitgebers 27 auf T_SRCH und Versuchen, ein vorhandenes Netzwerk mit Funk-Stationen 10 zu erfassen und diesem beizutreten. Die Steuerung schreitet nach Auslaufen der Suchperiode T_SRCH von der Suchphase 152 zu einer Erzeugungsphase 154. In der Erzeugungsphase 154 sendet die Steuerung HP-IRC-Nachrichten 62 während der Periode T_CSP, bis eine HP-IRC-Nachricht 62 von einer weiteren Funk-Station 10 empfangen wird. Alternativ schreitet die Steuerung nach Empfang einer HP-IRC-Nachricht 62 von einer weiteren Funk-Station 10 vor Auslaufen der Suchperiode T_SRCH von der Suchphase 152 zu einem normalen Zustand 156.
In dem normalen Zustand 156 führt die Steuerung Schritte aus, die ein Stoppen des Such-Zeitgebers 27, ein Initialisieren des Neuerfassungs-Zeitgebers 29 und ein Neuinitialisieren des HA-Zeitgebers 33 auf Null (zum Verbleiben in dem HA-Modus 83) oder eine Zufallszahl umfassen. Die Steuerung schreitet nach Auslaufen der Neuerfassungsverzögerungsperiode T_RA von dem normalen Zustand 156 zur Suchphase 152.
Die Steuerung schreitet nach Empfang einer HP-IRC-Nachricht 62 von der Erzeugungsphase 154 zu dem normalen Zustand 156. Wenn vor Auslaufen der Suchperiode T_SRCH keine HP-IRC-Nachricht 62 empfangen wird, kann die Steuerung je nach Ausführungsform entweder zur Suchphase 112 oder zu dem normalen Zustand 156 schreiten.
14 zeigt ein Zustandsdiagramm 200 eines IRC-Systemzugangsmoduls 24, das mit einem oder mehr als einem NRC-Systemzugangsmodul 26 operiert. Das Zustandsdiagramm 200 beinhaltet einen Initialisierungszustand 102, einen IRC-Zustand 104 und einen HA-Zustand 106, die wie unter Bezugnahme auf 12 beschrieben arbeiten. Zusätzlich schreitet die Steuerung nach Auslaufen des IRC-Leerlauf-Zeitgebers 25, der dafür vorgesehen ist, dass sich die Steuerung nicht in dem HA-Modus 83 befindet, von dem IRC-Zustand 104 zu einem NRC-Zustand 202. Die Steuerung schreitet nach Auslaufen der NRC-Periode 54 von dem NRC-Zustand 202 zu dem IRC-Zustand 104.
15 zeigt ein Zustandsdiagramm 300 einer SMM-CME 22. Die Steuerung beginnt in einem bestimmten Zustand 302 und wartet einzig auf Befehle des IRC-Systemzugangsmoduls 24. Die Steuerung schreitet nach Empfang einer Anzeige des IRC-Systemzugangsmoduls 24, dass die Funk-Station 10 auf den/die NRC(s) abgestimmt werden kann, von dem bestimmten Zustand 302 zu einem unbestimmten Zustand 304. Die Steuerung kehrt nach Empfang einer Anzeige des IRC-Systemzugangsmoduls, dass die Funk-Station nur auf den IRC abgestimmt werden kann, von dem unbestimmten Zustand 304 zu dem bestimmten Zustand 302 zurück.
Fachleuten wird anhand der vorstehenden Beschreibung ersichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung auf verschiedene Weise verwirklicht werden kann. Obgleich die vorliegende Erfindung in Verbindung mit ihren bevorzugten Ausführungsformen offenbart worden ist, ist sie nicht auf diese beschränkt, sondern kann auf verschiedene weise modifiziert werden, ohne den Umfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen, wie er in den beigefügten Ansprüchen dargelegt ist.
Vorstehend wurden eine Funk-Station und ein Verfahren für ein selbstorganisierendes Mehr-Kanal-Management offenbart.
Es werden eine Funk-Station 10 und ein damit verknüpftes Verfahren zur Übermittlung digitaler Nachrichten bereitgestellt. Ein erster Transceiver 12 wird auf eine erste Funkfrequenz abgestimmt. Ein Digital-Controller 22 ermöglicht dem ersten Transceiver, während intermittierender Perioden unterschiedlicher bzw. sich ändernder Zeitdauer auf der ersten Funkfrequenz zu senden. Die intermittierenden Perioden sind durch eine feste Zeitdauer getrennt.

Claims

Funk-Station zur Übermittlung digitaler Nachrichten, mit. – einem ersten Transceiver (12), der auf eine erste Funkfrequenz abgestimmt ist; und – einem Digital-Controller (22), der es dem ersten Transceiver ermöglicht, während intermittierender Perioden unterschiedlicher Zeitdauer, die durch eine feste Zeitdauer getrennt sind, auf der ersten Funkfrequenz zu senden.
Funk-Station nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner aufweist: – einen zweiten Transceiver (14), der auf eine zweite Funkfrequenz abgestimmt ist; und – einen Medium-Access-Controller (16), der mit dem ersten Transceiver, dem zweiten Transceiver und dem Digital-Controller kommuniziert, wobei – der Digital-Controller dem zweiten Transceiver ermöglicht, während der festen Zeitdauer auf der zweiten Funkfrequenz zu senden.
Funk-Station nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner einen Multiplexer (18) aufweist, der mit dem Medium-Access-Controller kommuniziert und Nachrichten in Übereinstimmung mit einem Auswahlsignal des Digital-Controllers an eine erste oder an eine zweite Computeranwendung routet.
Funk-Station nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Computeranwendung mit dem ersten Transceiver und die zweite Computeranwendung mit dem zweiten Transceiver verknüpft ist.
Funk-Station nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass jede der unterschiedlichen Zeitdauern auf einer Anzahl an Nachrichten basiert, welcher der erste Transceiver auf der ersten Funkfrequenz sendet und empfängt.
Funk-Station nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass jede der intermittierenden Perioden endet, nachdem auf der ersten Funkfrequenz für eine vorbestimmte Dauer nicht gesendet wurde.
Funk-Station nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Transceiver während der festen Zeitdauer als Antwort auf den Empfang einer Nachricht auf der ersten Funkfrequenz während der festen Zeitdauer auf der ersten Funkfrequenz sendet.
Verfahren zur Übermittlung digitaler Nachrichten über ein drahtloses Medium, mit den Schritten – Abstimmen auf eine erste Funkfrequenz; und – Senden auf der ersten Funkfrequenz während intermittierender Perioden unterschiedlicher Zeitdauer, die durch eine feste Zeitdauer getrennt sind.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner die Schritte umfasst: – Abstimmen auf eine zweite Funkfrequenz; und – Senden auf der zweiten Funkfrequenz während der festen Zeitdauer.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner die Schritte umfasst: – Routen von Nachrichten, die über die erste Funkfrequenz übermittelt werden, zu einer ersten Computeranwendung; und – Routen von Nachrichten, die über die zweite Funkfrequenz übermittelt werden, zu einer zweiten Computeranwendung.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass jede der unterschiedlichen Zeitdauern auf einer Zeitspanne zwischen über die erste Funkfrequenz übermittelten Nachrichten basiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass jede der intermittierenden Perioden endet, nachdem auf der ersten Funkfrequenz für eine vorbestimmte Dauer nach dem Tragen einer Nachricht nicht gesendet wurde.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass es ferner den Schritt umfasst: – Senden einer Nachricht auf der ersten Funkfrequenz während der festen Zeitdauer als Antwort auf den Empfang einer Nachricht auf der ersten Funkfrequenz während der festen Zeitdauer.