DE102011081269A1 - Verfahren zur Netzwerkorganisation - Google Patents

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Thomas Windisch
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Abstract

Ein Sender zum Senden von Datenpaketen über einen zeitgemultiplexten Kanal umfasst einen Zeitschlitzwähler zum Wählen eines Zeitschlitzes zum Senden eines Datenpakets; und einen Datenpaketpositionswähler zum Wählen einer zeitlichen Datenpaketposition innerhalb des gewählten Zeitschlitzes, wobei für zumindest jedes i-te Datenpaket die zeitliche Datenpaketposition neu gewählt wird. Der Sender ist konfiguriert zum Senden des Datenpakets in dem gewählten Zeitschlitz und bei der gewählten Datenpaketposition innerhalb des gewählten Zeitschlitzes. Ein Verfahren zum Senden von Datenpaketen ist ebenfalls offenbart. Weiterhin sind ein Empfänger, ein Verfahren zum Empfangen von Datenpaketen und ein Computerprogramm beschrieben.

Description

  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Sender und Empfänger zum Übertragen von Datenpaketen über einen zeitgemultiplexten Kanal, auf ein Verfahren zum Senden von Datenpaketen, auf ein Verfahren zum Empfangen von Datenpakten und auf ein entsprechendes Computerprogramm. Insbesondere bezieht sich die vorliegende Erfindung auf Maßnahmen zur Abmilderung der Auswirkungen von Kollisionen von Datenpaketen, die von verschiedenen Sendern während desselben Zeitschlitzes über den zeitgemultiplexten Kanal gesendet werden.
  • Die Übertragung oder der Austausch von Daten bzw. Informationen stellt in vielen Bereichen ein häufig vorkommendes Erfordernis dar. Beispielsweise kann es gewünscht sein, Messwerte, die sich auf physikalische Größen beziehen, von einer Vielzahl von Messpunkten zu sammeln, die räumlich verteilt sind. Neben der Möglichkeit, die einzelnen Sensoren an den Messpunkten mittels Kabeln mit einer zentralen Datensammeleinrichtung zu verbinden, gewinnen funkbasierte Lösungen hauptsächlich aus Kosten- und Flexibilitätsgründen mehr und mehr an Bedeutung. Einige Arten von derartigen Einrichtungen werden unter anderem als Sensornetze bezeichnet. Ein Sensornetz ist ein System aus räumlich verteilten Sensorknoten, die selbstständig untereinander und – abhängig von der Anwendung – auch mit vorhandener Infrastruktur per Funk interagieren. Dies dient dem Erwerb, der Verarbeitung, Weiterleitung und der Bereitstellung von Informationen bzw. Daten aus der physikalischen Welt. Sensornetze können sich z. B. in der Art der Vernetzung, der Topologie und in der Richtung des Datenflusses unterscheiden.
  • 1 zeigt als Beispiel eine schematische Topologieansicht eines drahtlosen Sensornetzes 1. Das Sensornetz 1 umfasst Sensorknoten 4, Anker- bzw. Router-Knoten 5 und im dargestellten Beispiel einen Netzübergangs- bzw. Gateway-Knoten 6. Über den Gateway-Knoten 6 ist das Sensornetz 1 mit einem Hauptnetz bzw. ”Backbone”-Netzwerk 2 verbunden. Ein Auswertungssystem kann als Backend-System 3 ebenfalls mit dem Backbone-Netzwerk 2 verbunden sein.
  • Im Allgemeinen ist die Topologie eines Sensorsnetzes nicht vorherbestimmbar und/oder sie kann während des Betriebs wechseln. Eine Möglichkeit, auf die Variabilität der Topologie des Sensornetzes zu reagieren besteht darin, die Organisation der Kommunikation bzw. der Netzwerktopologie den Knoten zu überlassen, die das Netz bilden. Die Organisation der Kommunikation bzw. der Netzwerktopologie erfolgt dann selbstständig durch das Netzwerk. Gerade bei funkbasierten Sensornetzen, aber auch bei anderen verwendeten Übertragungstechnologien, kann es vorkommen, dass ein Sender nicht genügend Reichweite hat, um die zu übertragenden Daten zuverlässig an einen Empfänger senden zu können, der sich räumlich entfernt von dem Sender befindet. In diesem Fall kann bei manchen Netzwerktopologien vorgesehen sein, dass die Datenpakete über Zwischenknoten zum Empfänger weitergeleitet werden (Multihop-Kommunikation). Ein Empfänger muss sich daher nicht in direkter (Funk-)reichweite des ursprünglichen Senders befinden.
  • Da bei manchen Anwendungen die Sensorknoten üblicherweise batteriebetrieben sind, stellt die drahtlose Kommunikation eine besondere Herausforderung dar. Je nach Anwendung müssen die Anforderungen hinsichtlich erlaubter Latenz, benötigter Datenrate, Anzahl der Knoten und gewünschter Topologie geklärt und gegen die zur Verfügung stehende Energie abgewogen werden.
  • Bei der Kommunikation gibt es folgende Hauptgründe für den Stromverbrauch:
    • – ”Idle Listening” (Empfangsbereitschaft): ein Knoten hat den Empfänger aktiviert und hört auf nicht vorhandene, möglicherweise gesendet Nachrichten. Dies ist meistens eine der Hauptquellen oder -ursachen für Stromverbrauch
    • – ”Querhearing” (Überhören): ein Knoten empfängt Nachrichten, die nicht für ihn bestimmt sind
    • – ”Collisions” (Kollisionen): zwei gleichzeitig gesendet Pakete überlagern sich destruktiv beim Empfänger und müssen wiederholt werden
    • – ”Control Overhead” (Aufwand für Steuerung bzw. Koordinierung): die Protokollkopfinformationen (”Protocol Header Information”) benötigen zusätzliche Zeit für Ihre Übertragung und somit Energie
  • Aufgrund der Energiebeschränktheit gerade bei batteriebetriebenen Geräten versuchen einige Protokolle für die Multihop-Kommunikation in drahtlosen Sensornetzen ihre Sendeund Empfangsvorgänge zu koordinieren, um dadurch möglichst kurze Aktivitätszyklen zu erreichen.
  • Eine Reihe von Protokollen führt eine zeitliche Koordination durch eine zentrale Instanz (Master) im System ein. Beispiele hierfür sind IEEE 802.15.4 im sogenannten Beacon-Mode (”Bakenmodus”) oder das s-net-Protokoll des Fraunhofer Instituts für Integrierte Schaltungen, welches auch im europäischen Patent EP 1 815 650 B1 beschrieben ist.
  • 2 zeigt schematisch eine Netzwerkstruktur des Sensornetzes 1 und wird zur Veranschaulichung eines Beispiels für eine baumartige Ausbreitung eines Synchronisations- bzw. Koordinationssignals in dem Sensornetz 1 herangezogen. Das Sensornetz 1 ist gemäß einer selbstorganisierenden Baumtopologie strukturiert. Wie oben erwähnt, kann eine Zeitsynchronisation verwendet werden, um eine energiesparende Kommunikation zu ermöglichen. Für die Zeitsynchronisation senden Synchronisierungsknoten periodisch Hakensignale (”Beacon Signals”). Die Knoten organisieren sich selbstständig entlang einer Baumstruktur. Bis auf den Masterknoten 7 hat jeder Knoten einen Elternknoten und kann entweder keinen Kindknoten, einen Kindknoten oder mehrere Kindknoten haben. Dynamische Anpassungen der Netzwerkstruktur können vorkommen, insbesondere wenn sich die räumliche Lage und/oder die Übertragungsbedingungen zwischen zwei oder mehreren Knoten ändern.
  • Der Haupt- bzw. Masterknoten 7 gehört zu einer Schichtgruppe 0 und sendet periodisch ein Bakensignal aus. Der Masterknoten 7 kann beispielsweise aufgrund einer Konfiguration durch den Benutzer oder Netzwerkadministrator des Sensornetzes 1 als Masterknoten definiert werden. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass der Masterknoten 7 beispielsweise der erste Knoten ist, der innerhalb des Sensornetzes 1 aktiviert wird und somit als erster ein Bakensignal aussendet. In dem in 2 dargestellten Beispiel befinden sich sechs weitere Knoten innerhalb des Empfangsbereichs von Masterknoten 7, nämlich die End- bzw. Sensorknoten 4 mit den innerhalb der Kreise angegebenen Knotenidentifikationsnummern 1, 18 und 20, sowie die Ankerknoten 5 mit den Knotenidentifikationsnummern 2, 4 und 5. Die sechs genannten Knoten mit den Knotenidentifikationsnummern 1, 2, 4, 5, 18 und 20 gehören zu einer Schichtgruppe 1, da sie das Bakensignal von dem Masterknoten 7 direkt empfangen können. Das Bakensignal des Masterknotens 7 enthält zumindest eine Information darüber, dass es von einem Knoten der Schichtgruppe 0 ausgesendet wurde. Die Ankerknoten 5 mit den Knotenidentifikationsnummern 2, 4 und 5 senden nun ihrerseits Bakensignale aus, jedoch typischerweise zeitlich versetzt zu dem Bakensignal des Masterknotens 7. Das vom Ankerknoten mit der Knotenidentifikationsnummer 2 ausgesendete Bakensignal wird beispielsweise von den Ankerknoten mit den Knotenidentifikationsnummern 3 und 6 empfangen, die somit der Schichtgruppe 2 zugeordnet werden. Das Bakensignal des Ankerknotens mit der Knotenidentifikationsnummer 4 wird von zwei anderen Ankerknoten mit den Knotenidentifikationsnummern 8 und 12 empfangen; das vom Ankerknoten mit der Knotenidentifikationsnummer 5 ausgesendete Datensignal wird von den Endknoten mit den Knotenidentifikationsnummern 13 und 14 empfangen. Als repräsentatives Beispiel wird nun der Ankerknoten mit der Knotenidentifikationsnummer 7 betrachtet. Der Ankerknoten mit der Knotenidentifikationsnummer 7 ist innerhalb der Reichweite des Ankerknotens mit der Knotenidentifikationsnummer 3 und gehört zur Schichtgruppe 3. Da sich ein noch weiter außen liegender Endknoten mit der Knotenidentifikationsnummer 17 im Empfangsbereich des Knotens mit der Knotenidentifikationsnummer 7 befindet, ist der Knoten Nr. 17 der Schichtgruppe 4 zugeordnet und der Knoten Nr. 7 ist ein Elternknoten für den Knoten Nr. 17.
  • 2 zeigt somit, dass der Master 7 (Knoten Nr. 0) seine Informationen bzw. Synchronisationssignale als Knoten der Schicht 0 (Layer 0) aussendet. Diese Signale werden von Knoten der Schicht 1 empfangen. Diese senden ihrerseits Informationen bzw. Synchronisationssignale als Knoten der Schicht 1 aus. Diese Signale werden von Knoten der Schicht 2 empfangen, usw. Oftmals wird zur Aussendung der Informationen bzw. Synchronisationssignale eine Rahmenstruktur mit Zeitschlitzen für die (periodischen) Sende- /Empfangsaktivitäten der einzelnen Knoten definiert. Wenn zwei Knoten, deren Signale beide von einem dritten Knoten empfangen werden können, denselben Zeitschlitz zum Senden verwenden, kann es bei dem dritten Knoten zu einer Kollision kommen, so dass der dritte Knoten keines der zwei gesendeten Signale zuverlässig empfangen kann.
  • Es wäre wünschenswert, wenn die Auswirkungen einer derartigen Situation weniger gravierend für den dritten Knoten wären, der aufgrund mangelnder Möglichkeit zur Synchronisation mit dem übrigen Netzwerk keine Möglichkeit hat, an der Kommunikation mit dem Sensornetz 1 teilzunehmen. Alternativ oder zusätzlich wäre es auch wünschenswert, dass die oben beschriebene Situation detektiert und wenn möglich behoben werden kann.
  • Zumindest eine dieser Aufgaben und/oder eine andere Aufgabe wird durch einen Sender gemäß Anspruch 1, einen Empfänger gemäß Anspruch 6, ein Verfahren zum Senden gemäß Anspruch 12, ein Verfahren zum Empfangen gemäß Anspruch 17 und ein Computerprogramm gemäß Anspruch 23 gelöst.
  • Ausführungsbeispiele der offenbarten technischen Lehre stellen einen Sender zum Senden von Datenpaketen über einen zeitgemultiplexten Kanal bereit. Der Sender umfasst einen Zeitschlitzwähler zum Wählen eines Zeitschlitzes zum Senden eines Datenpakets und einen Datenpaketpositionswähler zum Wählen einer zeitlichen Datenpaketposition innerhalb des gewählten Zeitschlitzes, wobei für zumindest jedes i-te Datenpaket die zeitliche Datenpaketposition neu gewählt wird. Der Sender ist konfiguriert zum Senden des Datenpakets in dem gewählten Zeitschlitz und bei der gewählten Datenpaketposition innerhalb des gewählten Zeitschlitzes.
  • Weitere Ausführungsbeispiele der offenbarten technischen Lehre stellen einen Empfänger zum Empfangen von Datenpaketen über einen zeitgemultiplexten Kanal bereit. Der Empfänger umfasst einen Zeitschlitzanalysierer zum Prüfen, ob während eines Zeitschlitzes eines aktuellen Rahmens oder während zumindest eines entsprechenden Zeitschlitzes eines vorhergehenden Rahmens Datenpakete von mehr als einem Sender empfangen wurden. Fer Zeitschlitz und der zumindest eine entsprechende Zeitschlitz des zumindest einen vorhergehenden Rahmens ist unterteilt, so dass ein Datenpaket innerhalb des Zeitschlitzes oder des entsprechenden Zeitschlitzes an einer von zumindest zwei verschiedenen zeitlichen Datenpaketpositionen vorhanden sein kann. Der Empfänger umfasst weiterhin einen Zeitschlitzinformationserzeuger zum Erzeugen einer Zeitschlitzinformation, die anzeigt, ob der Zeitschlitz oder der entsprechende Zeitschlitz von zumindest einem der vorhergehenden Rahmen Datenpakete von mehr als einem Sender enthält, und eine Zeitschlitzinformationssendeeinrichtung zum Aussenden der Zeitschlitzinformation.
  • Gemäß Ausführungsbeispielen der offenbarten technischen Lehre wird ein Verfahren zum Senden von Datenpaketen über einen zeitgemultiplexten Kanal bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Wählen eines Zeitschlitzes zum Senden eines Datenpakets, das Wählen einer zeitlichen Datenpaketposition innerhalb des gewählten Zeitschlitzes, wobei für zumindest jedes i-te zu versendende Datenpaket die zeitliche Datenpaketposition neu gewählt wird, und das Senden des Datenpakets während des gewählten Zeitschlitzes und bei der gewählten zeitlichen Datenpaketposition innerhalb des gewählten Zeitschlitzes.
  • Weitere Ausführungsbeispiele der offenbarten technischen Lehre stellen ein Verfahren zum Empfangen von Datenpaketen über einen zeitgemultiplexten Kanal bereit. Das Verfahren umfasst das Empfangen eines Datenpakets während eines Zeitschlitzes, der einem das Datenpaket sendenden Sender zugeordnet ist, wobei der Zeitschlitz unterteilt ist, so dass ein Datenpaket innerhalb des Zeitschlitzes an einer von zumindest zwei verschiedenen zeitlichen Datenpaketpositionen auftreten kann. Das Verfahren umfasst weiterhin das Prüfen, ob innerhalb des Zeitschlitzes oder einem entsprechenden Zeitschlitz von zumindest einem vorhergehenden Rahmen ein Datenpaket empfangen wurde, das von einem anderen Sender gesendet wurde, als das aktuelle Datenpaket. Ferner umfasst das Verfahren das Aussenden einer Zeitschlitzinformation, falls der das aktuelle Datenpaket sendende Sender und der zumindest eine andere Sender denselben Zeitschlitz oder denselben entsprechenden Zeitschlitz von dem zumindest einen vorhergehenden Rahmen zum Senden von Datenpaketen verwenden.
  • Gemäß der hierin offenbarten technischen Lehre wird das Risiko einer wiederholten, dauerhaften Kollision von Datenübertragungen zweier unterschiedlicher Sender innerhalb eines Zeitschlitzes reduziert. Insbesondere kann der Zeitpunkt innerhalb eines Zeitschlitzes für die Datenübertragung durch einen Sender von Zeit zu Zeit variieren, so dass ein anderer Sender, der denselben Zeitschlitz verwendet, zu einem anderen Zeitpunkt innerhalb des Zeitschlitzes senden kann, was dazu führt, dass zumindest das Signal von einem der zwei Sender vom Empfänger empfangen und ausgewertet werden kann. Die hierin offenbarte technische Lehre sieht somit ein Verfahren vor, durch das Doppel- bzw. Mehrfachbewegungen eines Zeitschlitzes innerhalb des Netzes sowie sogenannte gleitende Kollisionen unabhängiger Netze erkannt werden können und es insbesondere nicht zu totalen, dauerhaften Funkausfällen kommt.
  • Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 ein schematisches Netzwerkdiagramm eines Sensornetzes mit angeschlossenem Backbone-Netzwerk und Backend-System;
  • 2 ein schematisches Netzwerkdiagramm als Beispiel für eine baumartige Ausbreitung eines Synchronisations- bzw. Koordinationssignals;
  • 3 eine schematische Darstellung einer Rahmenstruktur bzw. eines ”Frames”, der für die Kommunikation in dem Sensornetz verwendet werden kann;
  • 4 ein schematisches Beispiel der Aufteilung eines Ausschnitts der Rahmenstruktur von 3;
  • 5 eine schematische Darstellung eines Datenpakets, das zur Kommunikation innerhalb des Sensornetzes verwendet wird;
  • 6 eine schematische Zeitschlitzbelegung der Knoten des Sensornetzes zur Aussendung ihres Synchronisations- bzw. Koordinationssignals;
  • 7 einen schematischen Ausschnitt von 2 zur Veranschaulichung der beispielhaften, baumartigen Ausbreitung eines Synchronisations- bzw. Koordinationssignals in dem Sensornetz;
  • 8 eine Veranschaulichung der Drift zweier unabhängiger Sensornetze mit gleitenden Kollisionen;
  • 9 eine schematische Darstellung bezüglich einer Einführung von Unterzeitschlitzen, von denen einer für die Aussendung eines Datenpakets gewählt wird;
  • 10 eine schematische Darstellung der Drift zweier unabhängiger Sensornetze mit gleitenden Kollisionen, wenn die hierin offenbarte technische Lehre eingesetzt wird;
  • 11 eine graphische Darstellung der Empfangswahrscheinlichkeit in Abhängigkeit der Sendewahrscheinlichkeit für eine bestimmte zeitliche Datenpaketposition innerhalb eines Zeitschlitzes für verschiedene Bedingungen;
  • 12 ein schematisches Blockschaltbild eines Senders gemäß einem Ausführungsbeispiel der hierin offenbarten technischen Lehre;
  • 13 ein schematisches Blockschaltbild eines Senders gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der hierin offenbarten technischen Lehre;
  • 14 ein schematisches Blockschaltbild eines Empfängers gemäß einem Ausführungsbeispiel der hierin offenbarten technischen Lehre;
  • 15 ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Senden gemäß einem Ausführungsbeispiel der hierin offenbarten technischen Lehre; und
  • 16 ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Empfangen gemäß einem Ausführungsbeispiel der hierin offenbarten technischen Lehre.
  • Bevor nachfolgend die offenbarte technische Lehre im Detail anhand der Zeichnungen näher erläutert wird, wird darauf hingewiesen, dass identische, funktionsgleiche oder gleichwirkende Elemente in den Figuren mit den gleichen bzw. ähnlichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen dargestellte Beschreibung der Elemente untereinander austauschbar ist bzw. aufeinander angewendet werden kann.
  • Die hierin offenbarte technische Lehre beschreibt Vorrichtungen und Verfahren, die für die Kommunikation zwischen Knoten eines Sensornetzes 1 (siehe 1) verwendet werden können. Um den Konfigurationsaufwand für einen Benutzer oder Administrator des Sensornetzes möglichst gering zu halten und/oder eine flexible Anpassung des Sensornetzes bei sich ändernder Netzwerktopologie zu ermöglichen, wird bei einigen Sensornetzarchitekturen ein dezentrales Organisationsverfahren (Selbstorganisationsverfahren) implementiert, bei dem ein Knoten den Zeitschlitz für seine eigene Übertragung selbstständig aus den Informationen (z. B. Belegungsinformationen) wählt, die er von den Vorgängern bzw. von seinen Nachbarknoten empfängt. Weiterhin stehen ihm Möglichkeiten der Auswertung der Empfangssignalstärken (RSSI-Scan-Möglichkeiten; RSSI = ”Received Signal Strength Indication”) zur Verfügung, indem der Knoten den Funkkanal abhört und eventuell vorhandene Signalstärken detektiert. Zum Beispiel können für die einzelnen in 2 gezeigten Schichten jeweils getrennte Zeitschlitze definiert werden. Knoten auf derselben Schicht nutzen dementsprechend nur die Zeitschlitze, die für diese Schicht vorgesehen sind.
  • 3 zeigt schematisch eine Rahmenstruktur 15 zur Zeitsynchronisation des Netzwerks. Durch eine Synchronisation können sehr niedrige Aktivitätszyklen für die Sende- und Empfangsprozesse erreicht werden. Da das Senden und das Empfangen typischerweise den höchsten Energieverbrauch der Knoten ausmachen, kann eine große Energieeinsparung erzielt werden durch kurze Aktivitätszyklen. Wie bereits im Zusammenhang mit 2 erläutert, geht die Zeitsynchronisierung von dem Master 7 (in 2 mit der Knotenidentifikationsnummer 0) aus. Hierzu sendet der Master 7 Protokollsteuerpakete, auf die sich die umliegenden Knoten bei Empfang selber synchronisieren. Knoten, die das Signal direkt vom Masterknoten 7 empfangen, bilden die Schichtgruppe 1. Jeder Knoten in Schichtgruppe 1 sendet wiederum Synchronisationspakete, auf die sich Knoten der Schichtgruppe 2 synchronisieren, die diese Synchronisationspakete empfangen, usw. Dies führt dann zu einer zeitlich geordneten, vernetzten Baumstruktur. Das Ende eines Asts wird bei einem Endknoten 4 erreicht. Dieser Knotentyp sendet typischerweise kein Bakensignal aus oder ein von ihm ausgesendetes Bakensignal wird von keinem Knoten empfangen, der nicht bereits einer Schichtgruppe zugeordnet ist.
  • Die Endknoten 4 sind typischerweise die Sensorknoten des Sensornetzes 1. Es ist jedoch auch möglich, dass die Ankerknoten 5 und/oder der Gateway-Knoten 6 eine Sensorfunktionalität aufweisen.
  • Die Qualität der Netzwerkverbindung kann (durchgehend) überwacht werden und die Netzwerktopologie kann dynamisch angepasst werden, wenn erforderlich. In diesem Fall wählt ein Knoten einen anderen Vorgänger bzw. Elternknoten zum Empfang des Synchronisationspakets, wenn zum Beispiel das von diesem anderen Elternknoten gesendete Synchronisationssignal besser zu empfangen ist, als von dem zuvor verwendeten Elternknoten.
  • Die Datenkommunikation findet typischerweise bidirektional zwischen den Knoten statt. Für die Datenkommunikation zur Übertragung von Nutzdaten werden typischerweise bevorzugt dieselben Kommunikationspfade benutzt, wie diejenigen, die sich aus der Synchronisation ergeben. Dies führt dann typischerweise zur Bildung einer Baumstruktur, die auch hinsichtlich der Übertragung von Nutzdaten innerhalb des Sensornetzes 1 verwendet werden kann.
  • Weiterhin können bei manchen Sensornetztypen Daten auch zwischen den Knoten untereinander ausgetauscht werden, die gegenseitig innerhalb der jeweiligen Sendereichweiten liegen. Dieser Datentransfer innerhalb einer Netzwerkmasche (”Meshed Data Transfer”) kann unabhängig von der Synchronisationstopologie und der Schichtgruppe sein. Er wird auch von manchen Netzprotokollen selber genutzt, um Informationen von der umliegenden Umgebung zu erhalten. Auf diese Weise kann ein Knoten Informationen über seine Funknachbarn sammeln.
  • Für die Zeitsynchronisation können alle Knoten einem periodischen Rahmen 15 folgen. Ein Rahmen 15 umfasst mehrere aktive Bereiche, sogenannte Domänen. Jede Domäne erfüllt eine typische Aufgabe. Zum Beispiel kann ein Protokoll die folgenden drei Domänen umfassen:
    • – Bakendomäne (”Beacon Domain”) 16: eine Zeitdomäne zum Empfangen und Senden von Synchronisationspaketen und zur Datenkommunikation in Richtung der Endknoten. Der Bakenbereich dient zur Zeitsynchronisierung der Knoten auf den exakten Anfang des Rahmens 15, der von dem Master 7 initiiert wird und zur selben Zeit für alle Knoten beginnt.
    • – Datendomäne (”Data Domain”) 17: Zeitdomäne zum Senden und Empfangen von Datenpaketen in Richtung des Masters 7.
    • – Vermaschte Datendomäne (”Meshed Data Domain”) 18: Zeitdomäne zum Empfangen und Senden von Daten innerhalb der Funkzelle eines Knotens und zum Gewinnen von Informationen von der umliegenden Umgebung.
  • Eine Domäne ist weiter unterteilt in Zeitbereiche für Schichtgruppen (”Layer Groups”). Auf diese Weise sind die individuellen Schichten zeitlich geordnet, um ohne Kollisionen zu funktionieren. Jede Schichtgruppe ist ihrerseits unterteilt in mehrere Empfangs-/Sendezeitschlitze.
  • 4 zeigt eine mögliche Bakendomäne 16 als ein Beispiel; drei Schichtgruppen 26, 27 und 28 sind definiert, jede mit vier Empfangs-/Sendezeitschlitzen. Die Schichtgruppe 26 für die Schicht 0 weist z. B. die vier Empfangs-/Sendezeitschlitze 30, 31, 32, 33 auf. Der Masterknoten 7 wählt einen nicht zugewiesenen Empfangs-/Sendezeitschlitz in der Schichtgruppe 0 (Bezugszeichen 26) zum Senden seines Synchronisierungspakets. Ein nachfolgender Knoten, also z. B. der Knoten Nr. 2 in 2, empfängt dieses Paket und sendet seinerseits ein Synchronisationspaket in einem Zeitschlitz des Zeitbereichs 27, der für die Schichtgruppe 1 vorgesehen ist. 4 zeigt nun die Situation für einen Ankerknoten der Schichtgruppe 2, der das von dem Knoten der Schichtgruppe 1 ausgesendete Synchronisierungspaket 51 z. B. während des ersten Zeitschlitzes des Zeitbereichs 27 für die Schichtgruppe 1 empfängt. Dieser Knoten der Schichtgruppe 2 sendet nun seinerseits ein Synchronisierungspaket 52 in einem Zeitschlitz des Zeitbereichs 28 für die Schichtgruppe 2 aus.
  • Die Länge eines Rahmens und die Anzahl der Schichtgruppen und der Empfangs-/Sendezeitschlitze kann gemäß den Anwendungserfordernissen konfiguriert werden.
  • 5 zeigt schematisch den Aufbau eines Datenpakets der physikalischen Schicht des OSI-Schichtenmodells. Die physikalische Schicht (PHY) stellt die unterste Protokollschicht direkt über der physikalischen Funkeinrichtung (Sender/Empfänger bzw. Transceiver) dar. Das dargestellte Datenpaket kann beispielsweise das Datenpaket 51 aus 4 oder auch ein anderes von einem der Netzwerkknoten versendetes Datenpaket sein. Das Datenpaket 51 umfasst ein Präambel- und Synchronisationsfeld 53, ein Längenangabenfeld 54, eine Protokolldateneinheit (englisch: ”Protocol Data Unit”, PDU) 55 einer Medienzugangssteuerungsschicht MAC (”Medium Access Control Layer”) und ein Prüfsummenfeld 56.
  • Wie im Zusammenhang mit 4 angedeutet, wählt ein Knoten bei dezentralen Organisationsverfahren (Selbstorganisationsverfahren) den Zeitschlitz für seine eigene Übertragung selbstständig aus den Informationen (z. B. Belegungsinformationen), die er von den Vorgängern bzw. von seinen Nachbarknoten empfängt. In der Praxis kann es nun vorkommen, dass Knoten auf der gleichen Schicht sich zufällig denselben Zeitschlitz aussuchen. 6 zeigt schematisch eine Zeitschlitzbelegung der Knoten zur Aussendung ihres Synchronisierungs- bzw. Koordinationssignals. Gemäß der in 6 dargestellten Situation haben die Knoten Nr. 3 und Nr. 8 beide den Zeitschlitz ”Slot 1” der Schicht 2 (”Layer 2”) ausgewählt. Wenn nun beispielsweise der Knoten Nr. 7 sowohl im Sendebereich vom Knoten Nr. 3 als auch im Sendebereich vom Knoten Nr. 8 liegt, dann kann es bei dem nachfolgenden Knoten Nr. 7 zu Kollisionen von Datenpaketen kommen, die von den Knoten Nr. 3 und Nr. 8 ausgesendet wurden. Paketkollisionen am Empfänger können zu ungültigen Paketen führen, die daraufhin verworfen werden. Diese Knoten sind dann nicht mehr in der Lage, einen Vorgängerknoten zu empfangen, was dazu führen kann, dass sie ihre Synchronisation mit dem übrigen Netzwerk verlieren und keine Daten mehr absetzen können. 7 zeigt nochmals auf andere schematische Weise eine Kollision von Datenpaketen beim Knoten Nr. 7. Ausgehend vom Master 7 mit der Knoten-Nr. 0 wird ein Synchronisationsdatenpaket ausgesendet, das unter anderem von den Knoten Nr. 2 und Nr. 4 der Schichtgruppe 1 empfangen wird. Ein daraufhin von dem Knoten Nr. 2 ausgesendetes Synchronisationsdatenpaket wird von den Knoten Nr. 3 und Nr. 6 der Schichtgruppe 2 empfangen, von denen hier der Knoten Nr. 3 weiterbetrachtet werden soll. Ebenso wird ein von dem Knoten Nr. 4 ausgesendetes Datenpaket von dem Knoten Nr. 8 empfangen. Die Knoten Nr. 3 und Nr. 8 entnehmen den Synchronisationsdatenpaketen, die sie empfangen haben, dass sie beide zur Schichtgruppe 2 gehören, weswegen sie ihrerseits ihre Synchronisationspakete innerhalb des Zeitbereichs 28 (4) aussenden, der für die Schichtgruppe 2 reserviert ist. Die Wahl des Zeitschlitzes innerhalb des Zeitbereichs 28 erfolgt bei derzeitigen Verfahren für jeden Knoten einmalig auf zufällige Weise. Wenn sich nun die Knoten Nr. 3 und Nr. 8 denselben Zeitschlitz innerhalb des Zeitbereichs 28 für die Zeitschlitzgruppe 2 aussuchen, so kommt es beim Knoten 7 zu einer Kollision der Datenpakete, die von beiden ausgesendet werden, wie dies in 7 angedeutet ist. Da der Knoten Nr. 7 mangels einer Möglichkeit, Synchronisationspakete zu empfangen, nicht in der Lage ist, sich in das Netzwerk einzugliedern, kann der Knoten Nr. 7 auch keine Rückmeldung an den Knoten Nr. 3 und/oder den Knoten Nr. 8 geben. Die hierin offenbarte technische Lehre befasst sich unter anderem mit der Behandlung derartiger Situationen.
  • Neben einer solchen Doppelbelegung innerhalb eines Netzes kann es auch zu sogenannten gleitenden Kollisionen (”Sliding Collisions”) bei unabhängigen Netzen kommen. Ursache sind typischerweise unabhängige Zeitbasen in Systemen mit geringem Frequenzunterschied. Dadurch driften die Zeitschlitze der unabhängigen Systeme gegeneinander und es kommt irgendwann zu einer zeitliche Überlagerung und damit zu Störungen. 8 zeigt schematisch eine solche Drift zweiter Systeme mit gleitender Kollision. Im System 1 sendet ein Knoten z. B. ein Synchronisationsdatenpaket während des Zeitbereichs für die Schichtgruppe 2 innerhalb des zweiten Zeitschlitzes aus. In einem zweiten System bzw. Funknetzwerk sendet ein Knoten ebenfalls ein Synchronisationsdatenpaket während des zweiten Zeitschlitzes der Schichtgruppe 2 aus. Aufgrund unterschiedlicher Zeitbasen der zwei Systeme kann der Empfang beider Datenpakete anfänglich noch gelingen, insbesondere wenn z. B. das zweite System bzw. Funknetzwerk etwas verzögert ist gegenüber dem ersten System bzw. Funknetzwerk. Aufgrund von Unterschieden in den Taktgebern der beiden Systeme bzw. Funknetzwerke kann es nun jedoch vorkommen, dass das System 2 das System 1 einholt und es somit zu einer Überlagerung der zwei Datenpakete TX1 und TX2 kommt. Auch diese Situation einer gleitenden Kollision kann mittels der hierin offenbarten technischen Lehre berücksichtigt werden.
  • 9 veranschaulicht schematisch die vorgeschlagene Lösung gemäß der hierin offenbarten technischen Lehre. Grundsätzlich bleibt es bei der Einteilung in Zeitschlitze. Es werden jedoch für die Aussendung der Informationen bzw. Datenpakete innerhalb des Zeitschlitzes zeitlich getrennte Unterzeitschlitze definiert (”Subslots”), die mögliche zeitliche Datenpaketpositionen innerhalb der Zeitschlitze darstellen. 9 zeigt zur Veranschaulichung als Ausschnitt nur den Bereich für die Schichtgruppe 2, also den Zeitbereich 28 von 4. Der obere Teil von 9 zeigt ein derzeit übliches Zeitschlitzschema und der untere Teil von 9 zeigt ein Zeitschlitzschema, bei dem die hierin offenbarte technische Lehre angewendet wird.
  • Ein Knoten wählt sich vor jeder i-ten Aussendung eines Datenpakets oder zumindest eines Synchronisierungsdatenpakets nach einem Zufallsprinzip einen Subslot, d. h. eine zeitliche Datenpaketposition, für die Aussendung der Information aus. Bei dem in 9 dargestellten Beispiel umfasst jeder Zeitschlitz zwei Unterzeitschlitze, d. h. zwei mögliche Datenpaketpositionen. Im ersten Zeitschlitz kann der Knoten Nr. 6 sein Paket entweder in einem ersten Unterzeitschlitz oder einem zweiten Unterzeitschlitz versenden. Eine erneute zufällige Wahl des Unterzeitschlitzes findet zumindest alle i Sendevorgänge statt. Die zufällige Wahl des Unterzeitschlitzes kann insbesondere auch bei jedem Sendevorgang erneut stattfinden (i = 1). Man beachte, dass die Durchführung einer erneuten zufälligen Wahl des Unterzeitschlitzes nicht unbedingt zu einer Änderung des Unterzeitschlitzes führt, aufgrund der zugrunde liegenden Zufälligkeit. Neben einer zufälligen Wahl des Unterzeitschlitzes ist es auch denkbar, dass jeder Netzwerkknoten nach einem vorgegebenen Schema den jeweiligen Unterzeitschlitz bestimmt, in dem ein Datenpaket gesendet werden soll, wobei diese Unterzeitschlitzbestimmung durch die verschiedenen Netzwerkknoten auf unterschiedliche Weise erfolgt. Auf diese Weise kann weitgehend verhindert werden, dass zwei Knoten, die aufgrund ihrer räumlichen Lage bei einem dritten Knoten eine Kollision von Datenpaketen verursachen könnten, wiederholt denselben Unterzeitschlitz aussuchen, so dass der dritte Knoten über einen längeren Zeitraum keine gültigen Datenpakete empfangen kann.
  • Bei dem in 9 dargestellten Beispiel sendet der Knoten Nr. 8 im ersten Unterzeitschlitz des zweiten Zeitschlitzes des Zeitbereichs 28 und der Knoten Nr. 3 während des zweiten Unterzeitschlitzes. Auf diese Weise kann zumindest das vom Knoten Nr. 8 ausgesendete Datenpaket beim Knoten Nr. 7 empfangen werden, sofern sich der Knoten Nr. 7 im Sendebereich des Knotens Nr. 8 befindet. Unter Umständen kann auch das während des zweiten Unterzeitschlitzes gesendete Datenpaket des Knotens Nr. 3 beim Knoten 7 empfangen werden.
  • Aufgrund des relativ häufigen Neuwählens des jeweiligen Unterzeitschlitzes kommt es innerhalb des entsprechenden Zeitschlitzes zu gewissen Kollisionswahrscheinlichkeiten.
  • Unter der Annahme, dass zwei Unterzeitschlitze pro Zeitschlitz vorgesehen sind und zwei Knoten, die miteinander möglicherweise kollidierende Datenpakete aussenden, beide denselben Zeitschlitz gewählt haben, sind diese Kollisionswahrscheinlichkeiten wie folgt: senden beide Knoten im frühen Unterzeitschlitz oder beide im späten Unterzeitschlitz, kommt es zu Kollisionen. Sendet ein Knoten im frühen Unterzeitschlitz, der andere Knoten im späten Unterzeitschlitz, kann (mindestens) das erste Datenpaket korrekt empfangen werden. In der folgenden Tabelle sind die Empfangswahrscheinlichkeiten zusammengestellt.
  • Für den Fall, dass jeder Knoten mit 50% Wahrscheinlichkeit seine Information bzw. sein Datenpaket auf der frühen Position („early position”) sendet. Der Nachfolgeknoten, also Knoten Nr. 7 in 2 oder 7 hat als Vorgängerknoten den Knoten Nr. 3 gewählt. Bei dem hier betrachteten Beispiel ist der Knoten Nr. 7 nur in der Lage, ein einziges Paket während eines Zeitschlitzes zu empfangen.
    Knoten Nr. 3 früh (p = 50%) spät (1 – p = 50%) früh (p = 50%) spät (1 – p = 50%)
    Knoten Nr. 8 früh (p = 50%) früh (p = 50%) spät (1 – p = 50%) spät (1 – p = 50%)
    Empfang bei Knoten Nr. 7 Wahrscheinlichkeit, dass beide Knoten beim frühen Unterzeitschlitz senden ist 0,5·0,5 = 0,25 Kollision (p = 25%) Knoten Nr. 8 wird empfangen (p = 25%) Falscher Vorgänger, aber Knoten Nr. 7 kann Informationen nutzen, um Synchronisation beizubehalten Knoten Nr. 3 wird empfangen (p = 25%) Richtiger Vorgänger Kollision (p = 25%)
  • Knoten Nr. 7 empfängt also mit p = 50% einen Knoten des Netzes und kann dadurch die Synchronisation zum Netzwerk aufrechthalten. Knoten Nr. 7 empfängt mit p = 25% seinen korrekten Vorgängerknoten Nr. 3 und kann Datenkommunikation betreiben.
  • Die Erkennung von gleitenden Kollisionen ist ebenso möglich, wie in 10 dargestellt.
  • Ähnlich wie in 8 driftet ein System 2 in ein System 1. Ein Knoten des Systems 1, der auf das Signal TX1 synchronisiert ist, kann alle TX1 Pakete auf der frühen Zeitschlitzposition empfangen, während ein bestimmter Prozentsatz (z. B. 50%) der Pakete auf der späten Zeitschlitzposition durch das System 2 gestört werden, da das Signal TX2 eines Knotens von System 2 mit dieser Wahrscheinlichkeit auf seiner frühren Zeitschlitzposition gesendet wird. Ein zu dem System 1 gehörender Empfänger kann feststellen, dass Pakete auf der frühen Zeitschlitzposition häufiger empfangen werden, als auf der späten Zeitschlitzposition. Aus dieser Feststellung kann abgeleitet werden, dass die späte Zeitschlitzposition bzw.
  • der späte Unterzeitschlitz gestört wird, was zum Beispiel durch das zweite System bzw.
  • Sensornetzwerk verursacht sein kann. Der zu dem System 1 gehörende Knoten kann auf diese Weise die gleitende Kollision feststellen.
  • Im Rahmen der hierin offenbarten technischen Lehre kann die Signalisierung des aktuell verwendeten Unterzeitschlitzes in dem entsprechenden Datenpaket vorgesehen werden, wodurch der Empfänger die korrekte Zeitbasis für die Rahmenstruktur ermitteln kann.
  • Für eine Kompatibilität mit alten Systemen bietet es sich darüber hinaus an, zu signalisieren, ob überhaupt Unterzeitschlitze verwendet werden. Für obiges Beispiel genügen zwei Bit: ein erstes Bit dieser zwei Bits kann z. B. anzeigen, ob Unterzeitschlitze verwendet werden oder nicht:
    Wert von Bit0 Bedeutung
    0 Keine Unterzeitschlitze, Synchronisationssignal wird zum erwarteten Zeitpunkt des alten Systems gesendet
    1 Zwei Unterzeitschlitze werden verwendet
  • Das zweite Bit (Bit 1) kann z. B. bedeuten:
    Wert von Bit1 Bedeutung
    0 Für das aktuelle Paket wird die frühe Zeitschlitzposition bzw. der frühe Unterzeitschlitz verwendet
    1 Für das aktuelle Paket wird die späte Zeitschlitzposition bzw. der späte Unterzeitschlitz verwendet
  • 11 zeigt verschiedene schematisch dargestellte Wahrscheinlichkeitsdichten für korrekt empfangbare Pakete des richtigen Vorgängers oder zumindest eines Vorgängers in Abhängigkeit von der Knotenanzahl und der Belegungswahrscheinlichkeit der frühen Zeitschlitzposition bzw. des frühen Unterzeitschlitzes. Die Kurve 61 zeigt die Wahrscheinlichkeitsdichte für den Empfang eines Datenpakets, das zumindest zur Beibehaltung der Synchronisation mit dem übrigen Netzwerk verwendet werden kann, für den Fall, dass zwei Vorgängerknoten denselben Zeitschlitz verwenden. Eine Kurve 62 zeigt die Wahrscheinlichkeitsdichte dafür, dass in dieser Situation ein Datenpaket von dem richtigen Vorgängerknoten empfangen wird. Man sieht, dass beide Kurven ihr Maximum bei einer Sendewahrscheinlichkeit für die frühe Datenpaketposition von 50% haben.
  • Eine Kurve 63 stellt die Wahrscheinlichkeitsdichte dafür dar, dass ein zur Synchronisation dienendes Datenpaket empfangen werden kann, wenn drei Knoten sich denselben Zeitschlitz teilen. Eine Kurve 64 zeigt den entsprechenden Fall für den Empfang eines Datenpakets vom richtigen Vorgängerknoten. Die beiden Kurven 63 und 64 weisen ein Maximum bei ca. 33% Sendewahrscheinlichkeit für die frühe Datenpaketposition auf. Zwei Kurven 65 und 66 zeigen die Empfangswahrscheinlichkeitsdichten für den Fall, dass vier Knoten sich einen Zeitschlitz teilen, nämlich die Wahrscheinlichkeit, ein Synchronisationsdatenpaket zu empfangen (Kurve 65) bzw. ein Datenpaket vom richtigen Vorgänger zu empfangen (Kurve 66). Beide Kurven haben ihr Maximum bei ca. 25% für die Sendewahrscheinlichkeit für die frühe Datenpaketposition.
  • Die 11 zeigt somit, dass bei einer Zeitschlitzbelegung durch drei Knoten die Nutzung der frühen Datenpaketposition bzw. des frühen Unterzeitschlitzes mit einer Wahrscheinlichkeit von p = 1/3 immer noch zu 44% einen Paketempfang zur Aufrechterhaltung der Synchronisation erlaubt und zu 14,8% ein Paketempfang vom korrekten Vorgänger erlaubt. Bei einer Zeitschlitzbelegung durch vier Knoten erlaubt die Nutzung der frühen Datenpaketposition bzw. des frühen Unterzeitschlitzes mit einer Wahrscheinlichkeit von p = 1/4 immer noch zu ca. 42% einen Paketempfang zur Aufrechterhaltung der Synchronisation und zu ca. 10,5% einen Paketempfang vom korrekten Vorgänger.
  • Höhere Knotendichten könnten es erforderlich machen, dass mehr als zwei Unterzeitschlitze pro Zeitschlitz eingeführt werden.
  • 12 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Senders 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der hierin offenbarten technischen Lehre. Der Sender 100 ist Teil eines Funknetzwerks, zu dem auch ein Empfänger 190 und zwei weitere Sender 102, 104 gehören, gemäß der als Beispiel zu verstehenden Darstellung von 12. Anstelle eines Funknetzwerks könnte auch ein Netzwerk vorgesehen sein, dass auf einer anderen Technologie basiert, z. B. ein kabelgebundenes Netzwerk, ein (faser-) optisches Netzwerk, oder ein Ultraschallübertragungsnetzwerk vorgesehen sein.
  • Der Sender 100 empfängt an einem Eingang ein zu übertragenes Datenpaket 10, welches intern einer Datenpaketverarbeitung 110 des Senders 100 zugeführt wird. Die Datenpaketverarbeitung 110 kann konfiguriert sein, einige Teile des Datenpakets 10 zu analysieren, um festzustellen, auf welche Weise das Datenpaket 10 über einen Kanal 180 an den Empfänger 190 gesendet werden soll. Die Datenpaketverarbeitung kann ferner konfiguriert sein, Datenpakete 10 oder Teile davon für die Funkübertragung aufzubereiten, insbesondere z. B. eine Codierung und eine Digital-Analog-Umsetzung der in dem Datenpaket 10 enthaltenen digitalen Daten durchzuführen. Der Sender 100 umfasst weiterhin einen Zeitschlitzwähler 120, der konfiguriert ist, eine Information bezüglich eines Zeitschlitzes, zu dem das Datenpaket 10 über den Kanal 180 gesendet werden soll, an die Datenpaketverarbeitung 110 zu übergeben. Die Wahl des zu verwendenden Zeitschlitzes kann auf der Grundlage einer Analyse von empfangenen Synchronisationsdatenpaketen erfolgen, die von anderen Knoten, insbesondere einem Vorgängerknoten gemäß der Netzwerkhierarchie, ausgesendet wurden. Soweit möglich kann ein Empfänger des Knotens, zu dem auch der Sender 100 gehört, versuchen, Funksignale von Nachbarknoten zu empfangen, die derselben Schichtgruppe wie der hier betrachtete Netzwerkknoten angehören. Auf diese Weise kann unter Umständen festgestellt werden, welche Zeitschlitze bereits von anderen, benachbarten Knoten belegt sind. Auf diese Weise kann der betrachtete Netzwerkknoten auf Zeitschlitze ausweichen, die noch nicht oder nur von relativ wenigen anderen Nachbarknoten belegt sind. Der Empfang von Signalen der Nachbarknoten ist jedoch nicht immer möglich, insbesondere wenn der hier betrachtete Netzwerkknoten sich außerhalb der Sendereichweite des Nachbarknotens, zu dem beispielsweise der Sender 102 oder der Sender 104 gehören kann, befindet.
  • Der Sender 100 umfasst weiterhin einen Datenpaketpositionswähler 130 zum Wählen einer zeitlichen Datenpaketposition innerhalb des gewählten Zeitschlitzes. Typischerweise wird zumindest für jedes i-te Datenpaket die zeitliche Datenpaketposition neu gewählt. Unter Umständen gilt i = 1, so dass die zeitliche Datenpaketposition für jedes Datenpaket neu gewählt wird. Wenn nun z. B. der Sender 100 und der Sender 102 beide aufgrund entsprechender Vorgaben ihrer jeweiligen Zeitschlitzwähler 120 denselben Zeitschlitz gewählt haben, so wird durch das erneute Wählen der zeitlichen Datenpaketposition, das für zumindest alle i-te Datenpakete durchgeführt wird, verhindert, dass Kollisionen von Datenpaketen wiederholt innerhalb des Zeitschlitzes auftreten. Es kann zwar sein, dass sporadische Kollisionen weiterhin auftreten, wobei in der Regel jedoch bei einem der nachfolgenden Rahmen bzw. Frames keine Kollision auftreten wird, so dass der Empfang von zumindest einem Datenpaket von einem der Sender 100 oder 102 beim Empfänger 190 ermöglicht wird.
  • 13 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Senders 200 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der hierin offenbarten technischen Lehre. Der Sender 200 umfasst einen Zeitschlitzwähler 220, der einen Eingang für Konfigurationsdaten 222 umfasst. Die Konfigurationsdaten 222 können z. B. fest in den Sender 200 einprogrammiert sein oder sich als Ergebnis einer Auswertung von empfangenen Funksignalen ergeben. In 13 sind die Konfigurationsdaten 222 als Teil des Senders 200 dargestellt, wobei alternativ vorgesehen sein kann, dass die Konfigurationsdaten 222 außerhalb des Senders 200 gespeichert werden. Auf der Grundlage der Konfigurationsdaten 222 wählt der Zeitschlitzwähler 220 wieder einen Zeitschlitz für die Übertragung des Datenpakets 10 aus in ähnlicher Weise wie in 12 dargestellt und im Zusammenhang damit beschrieben.
  • Ferner umfasst der Sender 200 einen Zufallsgenerator 232, der mit einem Eingang des Datenpaketpositionswählers 230 verbunden ist. Auf diese Weise kann das Wählen der zeitlichen Datenpaketposition auf der Grundlage eines Zufallsprozesses erfolgen. Die zufällig gewählte, zeitliche Datenpaketposition wird dann wiederum an die Datenpaketverarbeitung 110 übergeben, die diese Information bei dem Senden eines auf dem Datenpaket 10 basierenden Funksignals über den Kanal 180 an den Empfänger 190 berücksichtigt.
  • 14 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines Empfängers 400 gemäß einem Ausführungsbeispiel der hierin offenbarten technischen Lehre. Der Empfänger 400 ist konfiguriert, ein von dem Sender 100 über den Kanal 180 gesendetes Funksignal zu empfangen. Der Sender 400 umfasst eine Signalverarbeitung und Datenpaketgewinnung 410, einen Zeitschlitzanalysierer 420, einen Speicher 430 zum Speichern von aktuellen Zeitschlitzbelegungen durch verschiedene Sender, einen Zeitschlitzinformationserzeuger 435 und eine Zeitschlitzinformationssendeeinrichtung 440. Die Signalverarbeitung und Datenpaketgewinnung 410 ist konfiguriert, das über den Kanal 180 ankommende Signal derart aufzubereiten, dass ein Datenpaket 10' gewonnen werden kann, das einem von dem Sender 100 versendeten Datenpaket im Wesentlichen entspricht. Das Datenpaket wird von der Signalverarbeitung und Datenpaketgewinnung 410 an den Zeitschlitzanalysierer 420 übermittelt, der aus dem Datenpaket 10' Informationen darüber extrahiert, zu welchem Zeitschlitz das Datenpaket von welchem Sender gesendet wurde. Auf diese Weise kann der Speicher 430 z. B. eine Tabelle mit Daten füllen, aus der hervorgeht, durch welche Sender (z. B. Sender A bis E) welcher der Zeitschlitze 0 bis 3 derzeit belegt ist. In der in 14 dargestellten aktuellen Position ist z. B. der Zeitschlitz 1 durch die Sender D und E belegt. Mittels der in dem Speicher 430 enthaltenen Informationen kann der Zeitschlitzanalysierer nun prüfen, ob während eines Zeitschlitzes eines aktuellen Rahmens oder während zumindest eines entsprechenden Zeitschlitzes eines vorhergehenden Rahmens Datenpakete von mehr als einem Sender empfangen wurden. Somit kann der Zeitschlitzanalysierer feststellen, ob ein bestimmter Zeitschlitz (z. B. Zeitschlitz 1) in der Vergangenheit immer nur von einem Sender verwendet wurde, oder ob innerhalb eines in die Vergangenheit reichenden Zeithorizonts (z. B. die letzten zehn Rahmenstrukturen) Datenpakete von unterschiedlichen Sendern empfangen wurden, was darauf hinweist, dass sich diese Sender den entsprechenden Zeitschlitz teilen und somit eine erhöhte Kollisionswahrscheinlichkeit für Datenpakete besteht, die von den um den Zeitschlitz konkurrierenden Sendern ausgesendet werden. Sofern der Empfänger 400 in der Lage ist, zwei Datenpakete zu empfangen und zu verarbeiten, die zwar während ein und desselben Zeitschlitzes, jedoch zu unterschiedlichen Zeitschlitzpositionen gesendet wurden, kann es ausreichen, nur den Zeitschlitz des aktuellen Rahmens zu analysieren, da zumindest mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit gelegentlich kollisionsfreie Datenpaketübermittlungen stattfinden anhand derer festgestellt werden kann, welche Sender den entsprechenden Zeitschlitz verwenden.
  • Der Empfänger 400 umfasst weiterhin den Zeitschlitzinformationserzeuger 435 zum Erzeugen einer Zeitschlitzinformation, die anzeigt, ob der Zeitschlitz oder der entsprechende Zeitschlitz von zumindest einem der vorhergehenden Rahmen Datenpakete von mehr als einem Sender enthält. Ein Eingang des Zeitschlitzinformationserzeugers 435 kann mit einem Ausgang des Zeitschlitzanalysierers 420 verbunden sein. Der Zeitschlitzinformationserzeuger 435 kann die auf der Grundlage dieser Information generierte Zeitschlitzinformation an die Zeitschlitzinformationssendeeinrichtung 440 weitergeben, die diese zum Aussenden aufbereitet. Die Zeitschlitzinformation kann z. B. als ein Signal 442 über den Kanal 180 ausgesendet werden, und zwar entweder gezielt an die Knoten, deren Sender den entsprechenden Zeitschlitz verwenden, der Gegenstand der Zeitschlitzinformation ist, oder als Rundfunksignal an alle Nachbarknoten innerhalb der Sendereichweite des Knotens, zu dem der Empfänger 400 gehört. Die Zeitschlitzinformationssendeeinrichtung 440 kann das Signal 442 beispielsweise während der vermaschten Datendomäne 18 (3) aussenden. In dem schematischen Blockschaltbild von 14 ist die Zeitschlitzinformationssendeeinrichtung 440 dargestellt als Teil des Empfängers 400. Alternativ kann die Zeitschlitzinformation auch über einen Sender ausgesendet werden, der zu dem gleichen Knoten gehört wie der Empfänger 400. Die Zeitschlitzinformationssendeeinrichtung 440 wäre somit außerhalb des Empfängers 400 und keine Komponente davon.
  • Um die von dem Empfänger 400 generierte Zeitschlitzinformation empfangen und auswerten zu können, können die Sender 100, 200 der 12 bzw. 13 weiterhin eine Empfangseinrichtung zum Empfangen zumindest einer Zeitschlitzinformation umfassen (oder mit einer solchen interagieren), die von dem Empfänger 400 in Erwiderung auf ein von dem Sender ausgesendetes Datenpaket ausgesendet wird. Der Zeitschlitzwähler des Senders 100, 200 kann konfiguriert sein, anhand der Zeitschlitzinformation zu prüfen, ob eine Wahl eines anderen Zeitschlitzes zum Senden zukünftiger Datenpakete erforderlich ist und diese Wahl gegebenenfalls durchführen. Auf diese Weise kann der Sender 100, 200 auf Situationen reagieren, in denen er mit einem anderen Sender (z. B. 102, 104 in 12) um einen Zeitschlitz konkurriert. Es kann vorkommen, dass der Sender 100, 200 Zeitschlitzinformationen von mehreren Empfängern 400 empfängt, die koordiniert werden müssen, damit durch die Auflösung eines Konflikts nicht ein anderer Konflikt an einem anderen Empfänger entsteht. Sofern anhand der zumindest einen Zeitschlitzinformation erkennbar ist, dass zumindest ein Zeitschlitz gegenwärtig von keinem Sender benutzt wird, kann der Sender 100, 200 im Falle eines Konfliktes in einem anderen Zeitschlitz auf diesen gegenwärtig unbenutzten Zeitschlitz ausweichen. Ansonsten bleibt dem Sender 100, 200 die Möglichkeit, denjenigen Zeitschlitz zu wählen, den die wenigsten Sender verwenden.
  • Als weitere Option kann der Sender 100, 200 konfiguriert sein, eine zeitliche Datenpaketpositionsinformation in das von dem Sender 100, 200 versendete Datenpaket einzufügen, die angibt, zu welcher zeitlichen Datenpaketposition das Paket gesendet wird.
  • Zurück zu dem in 14 dargestellten schematischen Blockschaltbild des Empfängers 400 kann der Zeitschlitzanalysierer 420 weiterhin konfiguriert sein zu prüfen, ob ein erwartetes Datenpaket innerhalb eines erwartungsgemäßen Zeitschlitzes empfangen wurde und bei Ausbleiben des erwarteten Datenpakets eine Information bezüglich einer möglichen Kollision zu erzeugen. Der Zeitschlitzinformationserzeuger 435 kann weiterhin konfiguriert sein, die Information bezüglich einer möglichen Kollision von zwei oder mehr Datenpaketen innerhalb des erwartungsgemäßen Zeitschlitzes in die Zeitschlitzinformation einzufügen. Das Ausbleiben eines erwarteten Datenpakets kann beispielsweise dadurch detektiert werden, dass das Datenpaket während vorhergehender Rahmen zumindest mit einer bestimmten Wahrscheinlichkeit empfangen werden konnte. Unterschreitet nun ein gemessener Empfangsdurchschnittswert einen bestimmten Schwellenwert, so kann von einem Ausbleiben des erwarteten Datenpakets gesprochen werden. Eine mögliche Hypothese für das Ausbleiben eines Datenpakets kann sein, dass beim Empfänger eine Kollision von zwei oder mehr Datenpaketen unterschiedlicher Sender stattgefunden hat, so dass das erwartete Datenpaket nicht vom Empfänger 400 empfangen werden konnte. Andere mögliche Hypothesen sind, dass der Sender 100, 200 aufgehört hat, das Datenpaket zu senden, z. B. aufgrund einer Deaktivierung des entsprechenden Netzwerkknotens oder einer Erschöpfung des Energievorrats, z. B. bei einem batteriegespeisten Netzwerkknoten, oder dass der Empfänger 400 sich außerhalb der Sendereichweite des Senders 100, 200 befindet. Falls es sich tatsächlich um eine Kollision handelt, kann der entsprechende Sender, von dem das erwartete Datenpaket ausgesendet wird, auf die Zeitschlitzinformation reagieren und einen alternativen Zeitschlitz probieren.
  • Der Zeitschlitzinformationssender 440 des Empfängers 400 kann weiterhin konfiguriert sein, die Zeitschlitzinformation an zumindest einem von einem ersten Sender, der ein aktuelles Datenpaket gesendet hat, und zumindest einen zweiten Sender, dem aufgrund eines Zeitschlitzplans derselbe Zeitschlitz wie dem ersten Sender zugewiesen ist, auszusenden. Gerade bei zeitgemultiplexten Netzwerken braucht der Zeitschlitzinformationssender 440 somit nur während des Zeitschlitzes oder der Zeitschlitze die Zeitschlitzinformation zu senden, während dem/den der erste Sender und/oder der zweite Sender empfangsbereit führ derartige Zeitschlitzinformationen sind. Der Zeitschlitzinformationssender 440 kann weiterhin konfiguriert sein, die Zeitschlitzinformation an einen aufgrund des Zeitschlitzplans infrage kommenden Sender zu senden, der gemäß einem Ordnungskriterium vor zumindest einem anderen Sender kommt, dem aufgrund des Zeitschlitzplans derselbe Zeitschlitz zugewiesen ist. Als ein solches Ordnungskriterium zur Koordination wäre es denkbar, dass der Empfänger den Vorgängerknoten informiert, der von den an der Kollision beteiligten Knoten die niedrigste Knotennummer hat. Der auf diese Weise informierte Vorgängerknoten versucht dann, den Konflikt durch Wahl eines alternativen Zeitschlitzes, der weniger stark oder gar nicht belegt ist, aufzulösen. Dieses Informieren des Vorgängerknotens oder der Vorgängerknoten über die Doppelbelegung oder eine gleitende Kollision stellt eine mögliche Maßnahme dar, wie auf das Detektieren einer Doppel- oder Mehrfachbelegung bzw. eine gleitende Kollision reagiert werden kann. Sollten mehrere Nachfolger diese Kollisionen detektieren, braucht es eine Strategie, welcher Vorgänger informiert wird bzw. welcher Vorgängerknoten reagieren soll. Auch diese Strategie kann mittels des genannten Ordnungskriteriums oder eines anderen Ordnungskriteriums implementiert werden, so dass die Nachfolgeknoten z. B. den Vorgängerknoten mit der niedrigeren Knotennummer informieren.
  • Bei höheren Knotendichten ist es denkbar, dass mehr als zwei Knoten einen Zeitschlitz belegen wollen. Dann ist es günstiger, die frühe Zeitschlitzposition der Unterzeitschlitze mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit als 50% zu verwenden.
  • Der Empfänger 400 kann weiterhin einen Empfangsstatistikberechner für erfolgreich empfangene Datenpakete bei zumindest zwei unterschiedlichen zeitlichen Datenpaketpositionen eines Zeitschlitzes umfassen. Der Empfangsstatistikberechner oder Zeitschlitzinformationserzeuger 435 kann weiterhin konfiguriert sein, einen Unterschied der Empfangsstatistiken für die zumindest zwei unterschiedlichen zeitlichen Datenpaketpositionen mit einem Schwellenwert zu vergleichen und bei Überschreitung des Schwellenwerts eine Information bezüglich einer möglichen gleitenden Kollision in die Zeitschlitzinformation einzufügen. Unter der Annahme, dass alle möglichen Zeitschlitzpositionen bzw. Unterzeitschlitze innerhalb eines Zeitschlitzes gleich wahrscheinlich sind, sollte der Empfänger 400 im Durchschnitt gleich viele Datenpakete auf den verschiedenen Zeitschlitzpositionen bzw. während der verschiedenen Unterzeitschlitze empfangen. Wie anhand von 10 zu sehen, beeinflusst das System 2 zunächst den späten Unterzeitschlitz des Systems 1, wenn das System 2 wie dargestellt von rechts nach links gegenüber dem System 1 driftet (d. h. die Zeitbasis des Systems 2 ist schneller als die Zeitbasis des Systems 1). Die frühe Zeitschlitzposition bzw. der frühe Unterzeitschlitz in dem zweiten Zeitschlitz des Zeitbereichs für die Schichtgruppe 2 ist dagegen zunächst nicht von der gleitenden Kollision zwischen den Systemen 1 und 2 betroffen, was sich so auswirkt, dass die Empfangsstatistik für den frühen Unterzeitschlitz günstiger ist als für den späten Unterzeitschlitz.
  • Der Empfänger 400 kann weiterhin eine Synchronisierungseinrichtung zum Synchronisieren einer Zeitschlitzsteuerung des Empfängers 400 mittels des empfangenen Datenpakets umfassen. Wie bereits weiter oben erläutert, kann der Empfänger zu diesem Zweck vorgesehene Informationen in dem Datenpaket auswerten, insbesondere an welcher Zeitschlitzposition das entsprechende Datenpaket gesendet wurde. Mit Hilfe dieser Information kann der Empfänger 400 dann die Zeitbasis für die Rahmenstruktur ermitteln.
  • 15 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Senden von Datenpaketen gemäß einem Ausführungsbeispiel der hierin offenbarten technischen Lehre. Zunächst wird im Rahmen einer Aktion 502 ein Zeitschlitz zum Senden eines Datenpakets gewählt. Dies kann aufgrund eines Zeitschlitzplans erfolgen, der z. B. bestimmten Hierarchieebenen bestimmte Zeitbereiche zum Senden von Datenpaketen innerhalb einer Rahmenstruktur zuweist.
  • Eine zeitliche Datenpaketposition bzw. ein Unterzeitschlitz wird dann innerhalb des gewählten Zeitschlitzes gewählt, wie in 15 im Zusammenhang mit der Verfahrensaktion 504 dargestellt ist. Dabei wird zumindest für jedes i-te zu versendende Datenpaket die zeitliche Datenpaketposition neu gewählt. Auf diese Weise wird dafür gesorgt, dass die zeitliche Datenpaketposition innerhalb des gewählten Zeitschlitzes zumindest ab und zu variiert, so dass zumindest ab und zu ein Datenpaket ohne Kollision mit einem oder mehreren anderen Datenpaketen bei einer bestimmten zeitlichen Datenpaketposition gesendet wird. Dieses Datenpaket, das nicht in eine Kollision mit anderen Datenpaketen verwickelt ist, ermöglicht es dem Empfänger festzustellen, dass ein bestimmter Sender den gewählten Zeitschlitz zum Senden von Datenpaketen verwendet. Auf diese Weise können typischerweise über mehrere Rahmenstrukturen Informationen darüber gesammelt werden, welche Sender gegenwärtig welche Zeitschlitze belegen.
  • Bei einer Aktion 506 des Verfahrens zum Senden von Datenpaketen wird das Datenpaket dann während des gewählten Zeitschlitzes und bei der gewählten zeitlichen Datenpaketposition gesendet, die innerhalb des gewählten Zeitschlitzes liegt.
  • Das Wählen der zeitlichen Datenpaketposition kann zufallsbasiert sein. Weiterhin kann insbesondere i = 1 gelten, so dass für jedes Datenpaket die zeitliche Datenpaketposition bzw. der Unterzeitschlitz neu gewählt wird.
  • Das Verfahren kann weiterhin umfassen: Empfangen einer Zeitschlitzinformation von zumindest einem Empfänger, der das gesendete Datenpaket empfangen hat; Prüfen, ob eine Wahl eines anderen Zeitschlitzes zum Senden zukünftiger Datenpakete erforderlich ist; und Wählen des anderen Zeitschlitzes, wenn dies erforderlich ist, wobei der Sender dem Kanal während des anderen Zeitschlitzes gemäß einem Zeitschlitzplan zugewiesen ist. Durch das Auswerten der Zeitschlitzinformation, die von einem Empfänger gesendet wird, hat der Sender eine Möglichkeit, Maßnahmen zu ergreifen, die zukünftige Kollisionen von Datenpaketen weniger wahrscheinlich machen oder unter Umständen sogar für eine gewisse Zeitdauer ganz vermeiden. Das Verfahren zum Senden kann zu diesem Zweck auf den anderen Zeitschlitz ausweichen, der dem Sender gemäß dem Zeitschlitzplan ebenfalls zugewiesen ist, sofern ein solcher Zeitschlitz existiert und noch nicht oder zumindest nicht so stark von anderen Sendern belegt ist, die z. B. zur selben Schichtgruppe gehören, wie der hier betrachtete Sender, der das Verfahren zum Senden ausführt.
  • Das Verfahren zum Senden von Datenpaketen kann gemäß einem Ausführungsbeispiel der hierin offenbarten technischen Lehre weiterhin ein Einfügen einer zeitlichen Datenpaketpositionsinformation in das Datenpaket umfassen, die angibt, zu welcher zeitlichen Datenpaketposition das Paket gesendet wird bzw. wurde. Aus der zeitlichen Datenpaketpositionsinformation kann ein das Datenpaket empfangender Empfänger sich auf präzisere Weise mit dem Rest des Netzwerks synchronisieren, nämlich im Wesentlichen mit der Genauigkeit eines Unterzeitschlitzes. Daneben kann diese zeitliche Datenpaketpositionsinformation auch für weitere Zwecke genutzt werden.
  • 16 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Empfangen von Datenpaketen gemäß einem Ausführungsbeispiel der hierin offenbarten technischen Lehre. Das Verfahren umfasst Aktionen zum Empfangen 602 eines Datenpakets, zum Prüfen 604 und zum Aussenden 606 einer Zeitschlitzinformation. Das Datenpaket wird im Rahmen der Aktion 602 während eines Zeitschlitzes empfangen, der einem das Datenpaket sendenden Sender zugeordnet ist. Der Zeitschlitz ist unterteilt, so dass ein Datenpaket innerhalb des Zeitschlitzes an einer von zumindest zwei verschiedenen zeitlichen Datenpaketpositionen auftreten kann. Im Rahmen der Aktion 604 wird geprüft, ob innerhalb des Zeitschlitzes oder einem entsprechenden Zeitschlitz von zumindest einem vorhergehenden Rahmen ein Datenpaket empfangen wurde, das von einem anderen Sender gesendet wurde, als das aktuelle Datenpaket. Wenn festgestellt werden kann, dass während des aktuellen Zeitschlitzes oder entsprechender vorhergehender Zeitschlitze unterschiedliche Sender Datenpakete unter Verwendung desselben Zeitschlitzes gesendet haben, so besteht grundsätzlich ein Risiko, dass die Datenpakete von zwei unterschiedlichen Sendern kollidieren. Da aufgrund der hierin offenbarten Lehre vorgesehen ist, dass ein Datenpaket nicht auf eine bestimmte zeitliche Datenpaketposition innerhalb eines Zeitschlitzes festgelegt ist, kann verhindert werden, dass die von zwei oder mehr verschiedenen Sendern ausgesendeten Datenpakete über längere Zeit, d. h. mehrere Rahmenstrukturen, durchgehend miteinander kollidieren.
  • Bei der Aktion 606 wird die Zeitschlitzinformation ausgesendet, falls der das aktuelle Datenpaket sendende Sender und der zumindest eine andere Sender denselben Zeitschlitz oder denselben entsprechenden Zeitschlitz von dem zumindest einen vorhergehenden Rahmen zum Senden von Datenpaket verwenden. Das Verfahren zum Empfangen von Datenpaketen erzeugt somit eine Rückmeldung an das Verfahren zum Senden der Datenpakete, die das Verfahren zum Senden unter Umständen zu einer Änderung des gewählten Zeitschlitzes veranlassen kann.
  • Auch wenn das in 15 dargestellte Verfahren zum Senden von Datenpaketen in Verbindung mit einem herkömmlichen Verfahren zum Empfangen von Datenpaketen ausgeführt wird, kann typischerweise beobachtet werden, dass Datenpaketkollisionen in diesem Fall zwar nicht ausgeschlossen werden können, dass es jedoch nicht zu einer dauerhaften Kollisionssituation kommen kann, da zumindest bei jedem i-ten Datenpaket die zeitliche Datenpaketposition für das/die nachfolgende(n) Datenpaket(e) neu gewählt wird.
  • Im Rahmen des Verfahrens zum Empfangen von Datenpaketen kann weiterhin geprüft werden, ob ein erwartetes Datenpaket innerhalb eines erwartungsgemäßen Zeitschlitzes empfangen wurde. Wenn das erwartete Datenpaket ausgeblieben ist, kann dann eine Information bezüglich einer möglichen Kollision erzeugt werden. Diese Information bezüglich der möglichen Kollision kann dann ausgesendet und auf diese Weise z. B. den Sendern zur Verfügung gestellt werden, die diese Kollision verursacht haben.
  • Das Verfahren kann weiterhin ein Aussenden von Zeitschlitzinformationen umfassen an zumindest einen von den das aktuelle Datenpaket sendenden Sender und den zumindest einen anderen Sender. Sofern gezielt einer der beiden Sender angesprochen werden soll, kann das Aussenden der Zeitschlitzinformationen zum Beispiel an denjenigen Sender gerichtet sein, der gemäß einem Ordnungskriterium vor anderen Sendern kommt. Ein derartiges Ordnungskriterium kann z. B. die Knotennummer der Netzwerkknoten sein, denen die Sender zugeordnet sind.
  • Im Rahmen des Verfahrens zum Empfangen von Datenpaketen kann weiterhin festgestellt werden, ob sich Empfangsstatistiken für zumindest zwei unterschiedliche zeitliche Datenpaketpositionen eines Zeitschlitzes im Mittel wesentlich voneinander unterscheiden. Wenn ein signifikanter Unterschied zwischen den Empfangsstatistiken für zumindest zwei unterschiedliche zeitliche Datenpaketpositionen festgestellt werden kann, kann eine Information bezüglich einer möglichen gleitenden Kollision gesendet werden.
  • Das Verfahren kann weiterhin das Synchronisieren einer Zeitschlitzsteuerung z. B. für einen Empfänger mittels des empfangenen Datenpakets umfassen.
  • Durch die hierin offenbarte technische Lehre kann es zwar zu einer Reduktion der Performanz kommen, aber zu keinem Totalausfall der Kommunikation des Knotens (bzw. Teilbaums) (”fortschreitende Verschlechterung”, engl.: ”graceful degradation”). Doppelbelegungen von Zeitschlitzen oder gleitende Kollisionen können dort, wo sie Fehler verursachen (beim Empfänger), erkannt werden und Gegenmaßnahmen können initiiert werden. Doppelbelegungen oder gleitende Kollisionen können aufgrund des unterschiedlichen Fehlerbilds (Wahrscheinlichkeit von korrekt empfangenen Paketen zur frühen bzw. späten Datenpaketposition) unterschieden werden und unterschiedliche Gegenmaßnahmen ergriffen werden.
  • Die Einführung von Unterzeitschlitzen bzw. Datenpaketpositionen lässt sich zeitlich sehr kompakt realisieren. Typischerweise muss ein Empfangszeitfenster bei einem synchronen Empfänger zeitlich größer sein als das Sendepaket, um Jitter und Driftvorgänge der Zeitbasis zu kompensieren. Driftvorgänge müssen jedoch nicht nur für jeden Unterzeitschlitz vorgesehen werden, sondern nur für den gesamten Zeitschlitz. Ein Zeitschlitz verlängert sich daher nur um die Dauer eines Unterzeitschlitzes (plus geringer Jitter-Kompensationszeiten).
  • Als Alternative zu der hierin offenbarten technischen Lehre könnte statt der Verlängerung eines Zeitschlitzes mit Unterzeitschlitzen die dafür benötige Zeit innerhalb der Rahmenstruktur dazu genutzt werden, mehr Zeitschlitze einzuführen. Dadurch kommt es zwar zu einer geringeren Wahrscheinlichkeit einer Doppelbelegung, es bleibt aber grundsätzlich bestehen. Außerdem müssen Zeitschlitze grundsätzlich Jitter oder Driftvorgänge der Zeitbasis kompensieren können, d. h. der Overhead für neue Zeitschlitze ist größer als der Overhead durch neue Unterzeitschlitze. Eine weitere Alternative zu der hierin offenbarten technischen Lehre wäre eine zufällige Wahl eines Zeitschlitzes aus einem für diesen Sender verfügbaren Zeitschlitzen. Dies würde jedoch dazu führen, dass die Empfänger während sämtlicher Zeitschlitze empfangsbereit sein müssten, in denen ein für sie bestimmtes Datenpaket gesendet werden könnte, was wiederum zu erhöhtem Energieverbrauch bei den Empfängern führen würde.
  • Als noch eine weitere Alternativ zu der hierin offenbarten technischen Lehre könnte ein Listen-Before-Talk-Verfahren (oder CSMA: Carrier Sense Multiple Axis) auf der Senderseite eingeführt werden. Dies führt jedoch zu einem höheren Stromverbrauch beim Sender, da der Kanal erst abgehört werden muss. Außerdem ist die Zeitspanne für ein sinnvolles CSMA häufig zu gering, d. h. Sense- und Backoff-Zeiten lassen sich nicht sinnvoll in einem kurzen Sendezeitschlitz unterbringen.
  • Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
  • Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Deshalb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
  • Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
  • Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.
  • Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
  • Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.
  • Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
  • Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vorrichtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
  • Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
  • Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 1815650 B1 [0008]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • IEEE 802.15.4 [0008]

Claims (23)

  1. Sender zum Senden von Datenpaketen über einen zeitgemultiplexten Kanal, der Sender umfassend: einen Zeitschlitzwähler zum Wählen eines Zeitschlitzes zum Senden eines Datenpakets; und einen Datenpaketpositionswähler zum Wählen einer zeitlichen Datenpaketposition innerhalb des gewählten Zeitschlitzes, wobei für zumindest jedes i-te Datenpaket die zeitliche Datenpaketposition neu gewählt wird; wobei der Sender konfiguriert ist zum Senden des Datenpakets in dem gewählten Zeitschlitz und bei der gewählten Datenpaketposition innerhalb des gewählten Zeitschlitzes.
  2. Sender gemäß Anspruch 1, weiterhin umfassend einen Zufallsgenerator, verbunden mit dem Datenpaketpositionswähler zum zufälligen Wählen der neuen zeitlichen Datenpaketposition.
  3. Sender gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei für jedes Datenpaket eine neue zeitliche Datenpaketposition bestimmt wird.
  4. Sender gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend: eine Empfangseinrichtung zum Empfangen zumindest einer Zeitschlitzinformation von einem das Datenpaket empfangenden Empfänger; wobei der Zeitschlitzwähler konfiguriert ist, anhand der Zeitschlitzinformation zu prüfen, ob eine Wahl eines anderen Zeitschlitzes zum Senden zukünftiger Datenpakete erforderlich ist und diese Wahl gegebenenfalls durchzuführen.
  5. Sender gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sender weiterhin konfiguriert ist, eine zeitliche Datenpaketpositionsinformation in das Datenpaket einzufügen, die angibt, zu welcher zeitlichen Datenpaketposition das Paket gesendet wird.
  6. Empfänger zum Empfangen von Datenpaketen über einen zeitgemultiplexten Kanal, der Empfänger umfassend: einen Zeitschlitzanalysierer zum Prüfen, ob während eines Zeitschlitzes eines aktuellen Rahmens oder während zumindest eines entsprechenden Zeitschlitzes eines vorhergehenden Rahmens Datenpakete von mehr als einem Sender empfangen wurden, wobei der Zeitschlitz und der zumindest eine entsprechende Zeitschlitz des zumindest einen vorhergehenden Rahmens unterteilt ist, so dass ein Datenpaket innerhalb des Zeitschlitzes oder des entsprechenden Zeitschlitzes an einer von zumindest zwei verschiedenen zeitlichen Datenpaketpositionen vorhanden sein kann; einen Zeitschlitzinformationserzeuger zum Erzeugen einer Zeitschlitzinformation, die anzeigt, ob der Zeitschlitz oder der entsprechende Zeitschlitz von zumindest einem der vorhergehenden Rahmen Datenpakete von mehr als einem Sender enthält; eine Zeitschlitzinformationssendeeinrichtung zum Aussenden der Zeitschlitzinformation.
  7. Empfänger gemäß Anspruch 6, wobei der Zeitschlitzanalysierer weiterhin konfiguriert ist zu prüfen, ob ein erwartetes Datenpaket innerhalb eines erwartungsgemäßen Zeitschlitzes empfangen wurde und bei Ausbleiben des erwarteten Datenpakets eine Information bezüglich einer möglichen Kollision zu erzeugen, und wobei der Zeitschlitzinformationserzeuger weiterhin konfiguriert ist, die Information bezüglich einer möglichen Kollision von zwei oder mehr Datenpaketen innerhalb des erwartungsgemäßen Zeitschlitzes in die Zeitschlitzinformation einzufügen.
  8. Empfänger gemäß Anspruch 6 oder 7, wobei der Zeitschlitzinformationssender konfiguriert ist zum Aussenden der Zeitschlitzinformation an zumindest einen von einem ersten Sender, der ein aktuelles Datenpaket gesendet hat, und zumindest einem zweiten Sender, dem aufgrund eines Zeitschlitzplans derselbe Zeitschlitz wie dem ersten Sender zugewiesen ist.
  9. Empfänger nach Anspruch 8, wobei der Zeitschlitzinformationssender konfiguriert ist, die Zeitschlitzinformation an einen aufgrund des Zeitschlitzplans in Frage kommenden Sender zu senden, der gemäß einem Ordnungskriterium vor zumindest einem anderen Sender kommt, dem aufgrund des Zeitschlitzplans derselbe Zeitschlitz zugewiesen ist.
  10. Empfänger nach Anspruch 6, weiterhin umfassend einen Empfangsstatistikberechner für erfolgreich empfangene Datenpakete bei zumindest zwei unterschiedlichen zeitlichen Datenpaketpositionen eines Zeitschlitzes; wobei der Zeitschlitzinformationserzeuger weiterhin konfiguriert ist, einen Unterschied der Empfangsstatistiken für die zumindest zwei unterschiedlichen zeitlichen Datenpaketpositionen mit einem Schwellenwert zu vergleichen und bei Überschreitung des Schwellenwerts eine Information bezüglich einer möglichen gleitenden Kollision in die Zeitschlitzinformation einzufügen.
  11. Empfänger nach einem der Ansprüche 6 bis 10, weiterhin umfassend eine Synchronisierungseinrichtung zum Synchronisieren einer Zeitschlitzsteuerung des Empfängers mittels des empfangenen Datenpakets.
  12. Verfahren zum Senden von Datenpaketen über einen zeitgemultiplexten Kanal, das Verfahren umfassend: Wählen eines Zeitschlitzes zum Senden eines Datenpakets; Wählen einer zeitlichen Datenpaketposition innerhalb des gewählten Zeitschlitzes, wobei für zumindest jedes i-te zu versendende Datenpaket die zeitliche Datenpaketposition neu gewählt wird; und Senden des Datenpakets während des gewählten Zeitschlitzes und bei der gewählten zeitlichen Datenpaketposition innerhalb des gewählten Zeitschlitzes.
  13. Verfahren gemäß Anspruch 12, wobei das Wählen der zeitlichen Datenpaketposition zufallsbasiert ist.
  14. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei für jedes Datenpaket eine neue zeitliche Datenpaketposition gewählt wird.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, weiterhin umfassend: Empfangen einer Zeitschlitzinformation von zumindest einem Empfänger, der das gesendete Datenpaket empfangen hat; Prüfen ob eine Wahl eines anderen Zeitschlitzes zum Senden zukünftiger Datenpakete erforderlich ist; Wählen des anderen Zeitschlitzes, wenn dies erforderlich ist, wobei der Sender dem Kanal während des anderen Zeitschlitzes gemäß einem Zeitschlitzplan zugewiesen ist.
  16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, weiterhin umfassend: Einfügen einer zeitlichen Datenpaketpositionsinformation in das Datenpaket, die angibt zu welcher zeitlichen Datenpaketposition das Paket gesendet wird.
  17. Verfahren zum Empfangen von Datenpaketen über einen zeitgemulitplexten Kanal, das Verfahren umfassend: Empfangen eines Datenpakets während eines Zeitschlitzes, der einem das Datenpaket sendenden Sender zugeordnet ist, wobei der Zeitschlitz unterteilt ist, so dass ein Datenpaket innerhalb des Zeitschlitzes an einer von zumindest zwei verschiedenen zeitlichen Datenpaketpositionen auftreten kann; Prüfen, ob innerhalb des Zeitschlitzes oder einem entsprechenden Zeitschlitz von zumindest einem vorhergehenden Rahmen ein Datenpaket empfangen wurde, das von einem anderen Sender gesendet wurde, als das aktuelle Datenpaket; Aussenden einer Zeitschlitzinformation, falls der das aktuelle Datenpaket sendende Sender und der zumindest eine andere Sender denselben Zeitschlitz oder denselben entsprechenden Zeitschlitz von dem zumindest einen vorhergehenden Rahmen zum Senden von Datenpaketen verwenden.
  18. Verfahren gemäß Anspruch 17, weiterhin umfassend: Prüfen, ob ein erwartetes Datenpaket innerhalb eines erwartungsgemäßen Zeitschlitzes empfangen wurde; Erzeugen einer Information bezüglich einer möglichen Kollision, wenn das erwartete Datenpaket ausgeblieben ist; Aussenden der Information bezüglich der möglichen Kollision.
  19. Verfahren gemäß Anspruch 17 oder 18, weiterhin umfassend: Aussenden von Zeitschlitzinformation an zumindest eines von: den das aktuelle Datenpaket sendenden Sender und den zumindest einen andere Sender.
  20. Verfahren nach Anspruch 19, weiterhin umfassend: Aussenden von Zeitschlitzinformationen an denjenigen Sender, der gemäß einem Ordnungskriterium vor anderen Sendern kommt.
  21. Verfahren gemäß Anspruch 17, weiterhin umfassend: Feststellen, ob sich Empfangsstatistiken für zumindest zwei unterschiedliche zeitliche Datenpaketpositionen eines Zeitschlitzes im Mittel wesentlich unterscheiden; Senden einer Information bezüglich einer möglichen gleitenden Kollision, wenn festgestellt wurde, dass sich die Empfangsstatistiken für die zumindest zwei unterschiedlichen zeitlichen Datenpaketpositionen im Mittel wesentlich unterscheiden.
  22. Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, weiterhin umfassend: Synchronisieren einer Zeitschlitzsteuerung mittels des empfangenen Datenpakets.
  23. Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens gemäß Anspruch 12 oder des Verfahrens gemäß Anspruch 17, wenn das Computerprogramm auf einem Computer, einem Mikrocontroller oder einem Mikroprozessor läuft.
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