DE102014201471A1

DE102014201471A1 - Verbindungsmetrik für drahtlose Vorrichtungen für den effektiven Vergleich von Mehrsprungwegen in drahtlosen Maschennetzen

Info

Publication number: DE102014201471A1
Application number: DE102014201471.9A
Authority: DE
Inventors: Harry John Courtice
Original assignee: Cooper Technologies Co
Current assignee: Natbreway Pty Ltd Atf Natbreway Unit Trust Au
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2014-01-28
Publication date: 2014-08-14
Also published as: AU2013203126B2; US9860819B2; AU2013203126C1; AU2013203126A1; US20140213191A1

Abstract

Es werden Verbindungsmetriken für Kommunikationswege in drahtlosen Mehrsprung-Maschennetzen von industriellen Funkvorrichtungen basierend auf der Signalstärken- und der Verbindungsniveauleistung jeder Verbindung in den Kommunikationswegen bestimmt. Aus den Verbindungsmetriken wird eine Wegmetrik bestimmt, wobei die Wegmetriken verglichen und für das optimale Routing von Nachrichten durch das Netz verwendet werden.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Das Gebiet der Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf Eingabe-/Ausgabevorrichtungen für das drahtlose Übertragen von Daten in industriellen Überwachungs- und Steuersystemen und spezifischer auf Hochfrequenz-Maschennetz-Kommunikationssysteme (HF-Maschennetz-Kommunikationssysteme).
Überwachungsteuerungs- und Datenerfassungssysteme (SCADA-Systeme) befinden sich in umfassender Verwendung für die Überwachung und die Steuerung von Industrieprozessen aller Typen. Derartige SCADA-Systeme enthalten typischerweise eine Anzahl fernüberwachter Orte, die Sensoren enthalten, wobei die Daten und die Informationen, die den Sensoren an jedem der fernüberwachten Orte zugeordnet sind, über ein Kommunikationsnetz zu anderen Orten und schließlich zu einem zentralisierten Computersystem, das die gesammelten Daten managt und den Betrieb des Industrieprozesses, der Geräte oder der Einrichtungen, die den Industrieprozessen zugeordnet sind, steuert, übertragen werden. Die Steuerbefehle können gleichermaßen unter Verwendung des Kommunikationsnetzes an die entfernten Orte gesendet werden. In bestimmten Anwendungen ist die Verwendung von Langstrecken- und/oder Kurzstrecken-Funkvorrichtungen in den Datenkommunikationsnetzen im hohen Grade erwünscht, wobei folglich HF-Kommunikationsvorrichtungen im Allgemeinen in bestimmten Industrien für die SCADA-Systeme angewendet worden sind.
In den industriellen Datenübertragungssystemen des Standes der Technik für Überwachungs- und Steuerzwecke ist eine Streuspektrum-Frequenzsprung-HF-Technik in den Maschennetztopologien implementiert. In derartigen Systemen ist eine Anzahl von Funkvorrichtungen angeordnet, um ein Kommunikationsnetz herzustellen, in dem jede Funkvorrichtung mit mehreren anderen Vorrichtungen in dem Netz kommunizieren kann. Die Streuspektrumtechnik streut die Energie über einen vorgegebenen Kommunikationskanal oder vorgegebene Kommunikationskanäle, um die Wirkung der Störung zu verringern, wie das Netz arbeitet, während es das Frequenzsprungverfahren ermöglicht, dass die Funkvorrichtungen mehrere Frequenzen verwenden. Eine derartige Frequenzdiversity vergrößert die Robustheit jedes Signalwegs zwischen den Funkvorrichtungen in dem Netz und kann die Störung, schädliche Reflexionen oder Nullflecken, die ansonsten die Kommunikationen unterbrechen würden, effektiv überwinden. Die Maschenvernetzung der Funkvorrichtungen schafft außerdem redundante Signalwege, so dass, falls bestimmte Signalwege unverfügbar oder nicht betriebsbereit werden, um Daten zu übertragen, die Kommunikationen unter Verwendung alternativer Signalwege immer noch übertragen werden können.
Während die Frequenzsprung-Hochfrequenz-Maschennetze (Frequenzsprung-HF-Maschennetze) in vielen Aspekten vorteilhaft sind, sind sie nicht ohne Probleme, wobei Verbesserungen erwünscht sind.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Unter Bezugnahme auf die folgenden Figuren, in denen sich überall in den verschiedenen Ansichten gleiche Bezugszeichen auf gleiche Teile beziehen, wenn es nicht anders spezifiziert ist, werden nicht einschränkende und nicht erschöpfende Ausführungsformen beschrieben.
1 ist eine schematische graphische Darstellung einer beispielhaften industriellen Eingabe-/Ausgabevorrichtung für das drahtlose Übertragen von Daten in einem industriellen SCADA-System.
2 veranschaulicht schematisch ein beispielhaftes Maschenkommunikationsnetz, das durch mehrere Eingabe-/Ausgabevorrichtungen, wie z. B. jene, die in 1 gezeigt ist, definiert ist.
3 veranschaulicht einen Ablaufplan eines Verbindungsmetrikalgorithmus, der einen effektiven Vergleich der Nachrichtenwege in dem in 2 gezeigten Netz ermöglicht.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
1 ist eine schematische graphische Darstellung einer beispielhaften industriellen Eingabe-/Ausgabevorrichtung 100, die konfiguriert ist, um Eingangsdaten hinsichtlich eines Industrieprozesses zu empfangen und die Daten unter Verwendung drahtloser Übertragungstechniken an einen entfernten Ort zu übertragen. Spezifischer, und wie im Folgenden erklärt wird, ist die Eingabe-/Ausgabevorrichtung eine Funkvorrichtung 100, die in Kombination mit anderen ähnlichen Vorrichtungen verwendet werden kann, um ein drahtloses Mehrwege-Datenkommunikationsnetz für industrielle Überwachungs- und Steuerzwecke herzustellen, wie im Folgenden weiter beschrieben wird.
In dem gezeigten Beispiel ist die Funkvorrichtung 100 einer programmierbare prozessorbasierte Vorrichtung, die einen Prozessor 102 und einen Speicher 104, in dem sowohl ausführbare Anweisungen, Befehle und Steueralgorithmen als auch andere Daten und Informationen, wie z. B. Kommunikationsnetz- und Protokollparameter, die erforderlich sind, um die Funkvorrichtung 100 zufriedenstellend zu betreiben, gespeichert sind. Der Speicher 104 der prozessorbasierten Vorrichtung kann z. B. ein Schreib-Lese-Speicher (RAM) und andere Formen des Speichers, die im Zusammenhang mit dem RAM-Speicher verwendet werden, einschließlich eines Flash-Speichers (FLASH), eines programmierbaren Festwertspeichers (PROM) und eines elektronisch löschbaren programmierbaren Festwertspeichers (EEPROM), aber nicht darauf eingeschränkt, sein.
Wie der Begriff ”prozessorbasierte Vorrichtung” hier verwendet wird, bezieht er sich auf Vorrichtungen, die einen Prozessor oder einen Mikroprozessor, wie gezeigt ist, für das Steuern der Funktionalität der Vorrichtung, aber außerdem andere äquivalente Elemente, wie z. B. Mikrocontroller, Mikrocomputer, programmierbare Logikcontroller, Schaltungen mit verringertem Befehlssatz (RISC-Schaltungen), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen und andere programmierbare Schaltungen, Logikschaltungen, deren Äquivalente, und irgendeine andere Schaltung oder irgendeinen anderen Prozessor, die bzw. der die im Folgenden beschriebenen Funktionen ausführen kann, enthalten. Die oben aufgelisteten prozessorbasierten Vorrichtungen sind lediglich beispielhaft, wobei sie folglich nicht vorgesehen sind, auf irgendeine Weise die Definition und/oder die Bedeutung des Begriffs ”prozessorbasierte Vorrichtung” einzuschränken.
Die Funkvorrichtung 100 enthält außerdem ein Funkübertragungselement 106, das einen Sender 108 und einen Empfänger 110 enthalten kann. Der Sender 108 und der Empfänger 110 können getrennt voneinander vorgesehen sein oder können alternativ in einer einzigen Vorrichtung, die als ein Sender/Empfänger bezeichnet wird, kombiniert sein. Das Funkübertragungselement 106 sendet und empfängt drahtlose Datensignale unter Verwendung bekannter Hochfrequenz-Übertragungstechniken. Die mit dem Funkübertragungselement 106 übertragenen Daten und Informationen können durch den Prozessor 102 unter Verwendung der in dem Speicher 100 gespeicherten Informationen verarbeitet, formatiert oder in ein geeignetes Kommunikationsprotokoll umgesetzt werden. Die digitalen Hochfrequenzsignale können z. B. unter Verwendung eines spezifizierten Protokolls für die Inhalte der Datennachrichten, die in einem speziellen Kommunikationsnetz gesendet werden, gesendet und empfangen werden. Die Parameter für die Netzkommunikation können Daten und Informationen, wie z. B. die Größe (d. h. die Anzahl der Bits) der gesendeten Datensignale, die Reihenfolge der Bits, die die Nachricht bilden, eindeutige Funkidentifizierer, Hardware- und Software-Versionscodes, Sicherheitscodes, Diagnosecodes und dergleichen, enthalten, wie die Fachleute auf dem Gebiet erkennen.
Außerdem kann eine erwünschte Signalverarbeitung, wie z. B. eine Verstärkung, eine Filterung, eine Signalumsetzung (z. B. eine Digital-zu-analog-Umsetzung) und Diagnoseprozeduren, ausgeführt werden. Die Algorithmen und Anweisungen zum Ausführen spezifischer Kommunikationsprotokolle und -prozeduren sind z. B. in dem Speicher 104 gespeichert und werden durch den Prozessor 102 ausgeführt, um die Informationen über ein Kommunikationsnetz, das ein Teil eines SCADA-Systems 112 sein kann, zu übertragen. Die Funkvorrichtung 100 kann ein Teil einer entfernten Endgeräteinheit (RTU) in einem SCADA-System 112 sein.
Die Funkvorrichtung 100, wie in 1 gezeigt ist, kann mit Eingaben, wie z. B. Sensoren, Umsetzern und ähnlichen Überwachungs- oder Bedingungsdetektionselementen, die dem Industrieprozess zugeordnet sind, der überwacht und gesteuert wird, (die hier gemeinsam als ”Sensoren” bezeichnet werden), die durch die Bezugszeichen 113 und 114 angegeben sind, und einem Ausgabeelement 116, wie z. B. einer Steuervorrichtung für einen Industrieprozess, verbunden sein. Die Sensoren 113 und 114 erzeugen und schaffen Steuer-Rückkopplungssignale, die den Zustand des Industrieprozesses anzeigen, wobei die Steuervorrichtung 116 für die Einstellung des überwachten Prozesses an dem Punkt der Sensoren 113 und 114 sorgt, um die Änderung des Zustands zu bewirken. Es sind verschiedene Sensoren bekannt, um verschiedene Aspekte des überwachten Zustands zu detektieren, der einem Maschinenzustand, einem Komponentenzustand, einem Prozessschritt oder anderen Parametern, die für das SCADA-System 112 von Interesse sind, entsprechen kann. Lediglich als Beispiele können die überwachten Aspekte eines Industrieprozesses, die durch die Sensoren 113 und 114 detektiert werden, elektrische Zustände oder Bedingungen (z. B. Strom- oder Spannungsbedingungen), mechanische Zustände oder Bedingungen (z. B. die Position, die Geschwindigkeit, die Beschleunigung, die Belastung und die Beanspruchung), einen physikalischen Zustand oder eine physikalische Bedingung (z. B. die Temperatur, die Phase oder die Formulierung), einen Umgebungszustand oder eine Umgebungsbedingung (z. B. Rauschen, eine Schwingung, die Luftqualität) und andere Zustände oder Bedingungen von Interesse, enthalten.
Den Fachleuten auf dem Gebiet sind verschiedene Steuervorrichtungen 116 außerdem bekannt und vertraut, wobei irgendeine von diesen verwendet werden kann, um die Sollzustände oder -bedingungen des Industrieprozesses aufrechtzuerhalten, die Änderungen in den Zuständen oder den Bedingungen der Aspekte des Industrieprozesses zu verursachen und auf anomale oder nicht akzeptierte Zustände oder Bedingungen an verschiedenen Punkten von Interesse in dem Industrieprozess, den in Beziehung stehenden Geräten und/oder den in Beziehung stehenden Einrichtungen zu reagieren. Die Steuervorrichtung 116 kann Schaltelemente, Maschinensteuerungen oder Komponentensteuerungen enthalten oder koordinieren, um eine Änderung des Zustands oder der Bedingung ohne einen menschlichen Eingriff zu verursachen, kann den Industrieprozess unterbrechen, um unerwünschte Ergebnisse zu vermeiden, die von den detektierten Zuständen oder Bedingungen abstammen, oder kann Alarmelemente und -merkmale für eine Reaktion und Entscheidungen, die durch Menschen zu treffen sind, aktivieren. Es ist selbstverständlich, dass sich das Steuerelement 116 an demselben oder einem anderen physikalischen Ort wie die Sensoren 113, 114 befinden kann. Das heißt, das Steuerelement 116 kann sich stromaufwärts oder stromabwärts von den Sensoren 113, 114 in dem Industrieprozess befinden, so dass in der Praxis die Sensoren 113, 114 und das Steuerelement 116 nicht mit derselben Funkvorrichtung 100 verbunden sein können.
Während zwei Sensoren 113, 114 und eine Steuervorrichtung 116 gezeigt sind, ist es außerdem selbstverständlich, dass jeweils eine andere Anzahl von Sensoren und Steuervorrichtungen alternativ mit der Funkvorrichtung 100 oder den Funkvorrichtungen 100 mit der gleichen Wirkung verbunden sein können. In anderen Ausführungsformen können die Sensoren 113 und 114 mit der Funkvorrichtung 100 festverdrahtet sein, können mit der Funkvorrichtung 100 drahtlos kommunizieren oder können Kombinationen aus festverdrahteten und drahtlosen Vorrichtungen sein. Typischerweise ist eine Anzahl von Funkvorrichtungen 100 überall in dem Industrieprozess verteilt, wobei jede Funkvorrichtung 100 mit unterschiedlichen Sensoren verbunden ist, um überall in dem Industrieprozess Steuereingaben und eine Rückkopplung bereitzustellen, wobei die Funkvorrichtungen in einem Netz unter Verwendung des spezifizierten Kommunikationsprotokolls kommunizieren.
Außerdem könnten anstelle der dedizierten Sensoren und Steuervorrichtungen, wie gezeigt ist, die Funktionen dieser Vorrichtungen in einer oder mehreren Eingabe-/Ausgabevorrichtungen kombiniert sein, die zur bidirektionalen Kommunikation mit der Funkvorrichtung oder den Funkvorrichtungen 100 imstande sind. In jedem Fall werden die über die Sensoren und/oder die Steuervorrichtungen gesammelten Daten und Informationen durch jede Funkvorrichtung 100 in dem SCADA-System 112 gesammelt und unter Verwendung des spezifizierten Kommunikationsprotokolls an einen entfernten Ort übertragen. Außerdem können Informationen, wie z. B. die Steuerbefehle, durch die Funkvorrichtung 100 in Übereinstimmung mit dem spezifizierten Kommunikationsprotokoll von dem entfernten Ort empfangen und an die Steuervorrichtung 116 gesendet werden.
In dem in 1 gezeigten Beispiel ist die Funkvorrichtung 100 als ein Sensorknoten in dem größeren SCADA-System 112 implementiert. Das heißt, die Funkvorrichtung 100 gibt die Ausgangssignale von den Sensoren 113 und 114 ein oder empfängt diese Ausgangssignale von den Sensoren 113 und 114 und gibt die Datensignale aus oder sendet diese Datensignale, um die Sensorsignale unter Verwendung des passenden Kommunikationsprotokolls an einen entfernten Ort zu übertragen. In einer weiteren Implementierung kann die Funkvorrichtung 100 jedoch als ein Steuerknoten funktionieren. Wenn die Funkvorrichtung 100 als ein Steuerknoten implementiert ist, kommuniziert sie nicht direkt mit irgendeinem Sensor, sondern sie empfängt stattdessen die Datensignale von anderen Funkvorrichtungen in dem Netz, wobei sie diese Übertragungen in Übereinstimmung mit dem passenden Kommunikationsprotokoll erneut sendet. In einer beispielhaften Ausführungsform kann die Funkvorrichtung 100 sowohl in Sensor- als auch in Steuerknoten arbeiten, wobei sie austauschbar als eine von beiden verwendet werden kann, obwohl dedizierte Sensor-Funkvorrichtungen und dedizierte Steuer-Funkvorrichtungen alternativ verwendet werden könnten, falls gewünscht.
Die Funkvorrichtung 100 kann als eine Langstrecken-Funkvorrichtung konfiguriert sein, die Hochfrequenzsignale drahtlos über Entfernungen von z. B. 10–20 km senden und empfangen kann. Im Vergleich zu anderen Funkvorrichtungen kann die Funkvorrichtung 100 als eine Vorrichtung mit relativ hoher Leistung betrachtet werden, die konstruiert ist, um Signale über ausgedehnte Entfernungen zu senden. Deshalb ist eine äußere Leistungsversorgung 118 mit der Funkvorrichtung 100 verbunden, da Batterien und andere Energiespeichervorrichtungen nicht ausreichende Leistungspegel bereitstellen würden, um die Funkvorrichtungen während ausgedehnter Zeiträume zu betreiben, die die SCADA-Systeme manchmal erfordern.
In anderen Ausführungsformen kann die äußere Leistungsversorgung 118 eine Wechselstrom-(AC-) oder Gleichstrom-(DC-)Leistungsversorgung sein, die z. B. mit einer äußeren Stromleitung oder einem Kabel an die Funkvorrichtung 100 gekoppelt ist. Im Allgemeinen können permanente, festverdrahtete Leistungsverbindungen unter Verwendung bekannter Schraubklemmenverbindungen oder anderer geeigneter Techniken für derartige relativ leistungsstarke Vorrichtungen hergestellt sein. Außerdem können sowohl Transformatoren, Leistungsverstärker und dergleichen in der Vorrichtung 100, um bei Bedarf die von der äußeren Versorgung 114 zugeführte Leistung zu erhöhen oder zu verringern, als auch AC-zu-DC- oder DC-zu-AC-Umsetzer, die erwünscht sein können, vorgesehen sein.
Selbstverständlich kann die Funkvorrichtung 100 alternativ als eine Kurzstrecken-Funkvorrichtung für die Kommunikation über kürzere Entfernungen konfiguriert sein. Wenn die Vorrichtung 100 als Kurzstrecken-Funkvorrichtung konfiguriert ist, kann die Vorrichtung 100 angemessen durch Batterievorrichtungen oder andere bordeigene Leistungsversorgungen mit Energie versorgt werden, falls gewünscht, wie die Fachleute auf dem Gebiet erkennen würden. Gleichermaßen können die Kurzstrecken-Funkvorrichtungen durch eine äußere Leistungsversorgung 118 mit Energie versorgt werden, falls gewünscht. Irgendein gegebenes Netz der Funkvorrichtungen kann Kombinationen aus Langstrecken- und Kurzstrecken-Funkvorrichtungen enthalten.
2 veranschaulicht schematisch ein beispielhaftes Installationslayout eines Kommunikationsnetzes 120, das mit Funkvorrichtungen, wie z. B. den oben beschriebenen Vorrichtungen 100, aufgebaut ist. In 2 sind die Funkvorrichtungen im Allgemeinen als ein Teil der Sensor-Kommunikationsknoten 154 oder der Steuer-Kommunikationsknoten 156 angegeben. Wie in 2 gezeigt ist, sind die Sensorknoten 154 an spezifischen Punkten von Interesse in dem Industrieprozess einem oder mehreren Sensoren zugeordnet, während die Steuerknoten 146 den Sensorknoten 154 zugeordnet sind. Im Allgemeinen senden die Sensorknoten 154 Datensignale, die die Zustandsinformationen enthalten, wie sie durch die Sensoren detektiert werden, während die Steuerknoten 156 die Kommunikationswege zu und von den Sensorknoten 154 und den entfernten Befehls- und Steuerzentren für das SCADA-System herstellen.
Das heißt, die Sensorknoten 154 überwachen eine oder mehrere örtliche Betriebseigenschaften des Industrieprozesses unmittelbar an ihren Verbindungsorten, wie in 2 gezeigt ist. In verschiedenen Ausführungsformen können die Sensor-Kommunikationsknoten 154 z. B. an Masten angebracht sein oder können in verschiedenen Installationen alternativ über dem Boden an einer anderen Stützstruktur oder auf der Oberfläche des Bodens oder in dem Boden vorgesehen sein. Die Steuer-Kommunikationsknoten 156 sind um die und mit den Sensor-Kommunikationsknoten 154 durchsetzt angeordnet und sind in einem Maschennetz angeordnet, das mehrere drahtlose Kommunikationswege, die in dem Beispiel nach 2 mit A bis Q beschriftet sind, zwischen den Sensor-Kommunikationsknoten 154 und den Steuer-Kommunikationsknoten 156, zwischen den verschiedenen Kommunikationsknoten 156 und von den Kommunikationsknoten 156 zu einem Signalsammler oder einer Gateway-Vorrichtung 124 bereitstellt.
Die Gateway-Vorrichtung 124 ist selbst eine prozessorbasierte Funkvorrichtung, die konfiguriert ist, um mit den Sensorknoten 154 und den Steuer-Kommunikationsknoten 156 zu kommunizieren. In beispielhaften Ausführungsformen kann die Gateway-Vorrichtung 124 eine dedizierte Vorrichtung sein, die für die Gateway-Funktionalität spezifisch angepasst ist und folglich von den Funkvorrichtungen verschieden ist, die den Sensorknoten 154 und den Steuer-Kommunikationsknoten 156 zugeordnet sind. In einer weiteren Ausführungsform können die Funkvorrichtungen 100 (1), die verwendet werden, um die Sensorknoten 154 und die Steuer-Kommunikationsknoten 156 aufzubauen, bei Bedarf oder auf Wunsch konfiguriert sein, um als Gateway-Vorrichtungen zu wirken.
Die Rundfunksignale von den Sensor-Kommunikationsknoten 154 werden dementsprechend durch die und zwischen den Steuer-Kommunikationsknoten 156 in dem Netz 120 an die Gateway-Vorrichtung 124 gesendet. Gleichermaßen können die Steuerbefehle von der Gateway-Vorrichtung 124 gesendet und durch die und zwischen den anderen Sensorknoten 124 und/oder Steuer-Kommunikationsknoten 156 in dem Netz 120 an einen speziellen Sensorknoten gesendet werden. Infolge der mehreren und redundanten Signalwege zwischen den Sensorknoten 154, den Steuer-Kommunikationsknoten 156 und dem Gateway 124 können die Datensignale zuverlässig durch das Kommunikationsnetz 120 zu der Gateway-Vorrichtung 124 übertragen werden, selbst wenn einige der Kommunikationsknoten 156 vorübergehend beeinträchtigt sind (über ein Hindernis, eine Störung, einen Leistungsverlust usw.) oder ausgefallen sind (über eine nicht wiederherstellbare Fehlfunktion, einen Schaden, einen Fehler usw.) und nicht verwendet werden können. Die Wege, die nicht verwendet werden können, werden manchmal als ”nicht verfügbar” bezeichnet, wobei es möglich ist, dass die Kommunikationswege unvorhersehbar den Zustand von verfügbar zu nicht verfügbar und umgekehrt wechseln, wie verschiedene Ereignisse stattfinden und wie sich die Betriebsbedingungen ändern. Wenn die Wege nicht verfügbar werden, können die Kommunikationen durch andere verfügbare Wege umgeleitet werden. Weil sich die Funkvorrichtungen in einer häufigen Kommunikation miteinander befinden, ist es im Allgemeinen einer Funkvorrichtung bekannt, welche ihrer Nachbar-Funkvorrichtungen innerhalb des Signalbereichs verfügbar oder nicht verfügbar ist, um eine Kommunikation zu empfangen.
Es sind viele verschiedene Maschentopologien bekannt, wobei sie in dem Netz 120 verwendet werden können. In einer beispielhaften Ausführungsform sind die Funkvorrichtungen und die zugeordneten Sensor- und Steuer-Kommunikationsknoten konfiguriert, um eine 902–928-MHz-Frequenzsprung-Streuspektrum-Maschentopologie bereitzustellen. Das Maschennetz kann algorithmisch basiert und konfiguriert sein, um den spezifischen Notwendigkeiten für spezifische Installationen zu entsprechen. Das Maschennetz kann außerdem selbstkonfigurierend und selbstheilend mit einer Selbstleitungs- und Umleitungsfähigkeit sein, wobei es deshalb leicht skalierbar ist. Das heißt, das Netz ist leicht anpassbar und verbesserungsfähig für die Hinzufügung und die Wegnahme von Sensorknoten und Kommunikationsknoten 156.
In beispielhaften Installationen können die Steuer-Kommunikationsknoten 156 an Orten vorgesehen sein, die von den Sensor-Kommunikationsknoten 154 beabstandet sind, wobei sie z. B. an Leitungsmasten angebracht sein können oder in verschiedenen Installationen alternativ über dem Boden an einer anderen Stützstruktur, auf der Oberfläche des Bodens oder in dem Boden vorgesehen sein können. Der Abstand der Steuer-Kommunikationsknoten 156 und der Sensor-Kommunikationsknoten 154 ist hauptsächlich von dem Signalbereich der verwendeten Funkvorrichtungen 100 (1), der für die Kommunikation ausgewählten tatsächlichen Frequenz und der Umgebung der Knoten 154 und 156 abhängig. Die Knoten 154 und 156 in den oberirdischen Installationen, die im Allgemeinen ohne irgendwelche Hindernisse oder irgendeine Behinderung sind, können z. B. weiter voneinander beabstandet sein als die Installationen auf der Bodenfläche oder unter der Oberfläche.
Es können digitale Signalverarbeitungs-Übertragungstechniken, die codierte Datenpakete verwenden, durch die Kommunikationsknoten 154 und 156 verwendet werden, um Signale zu transportieren, die verschiedene Daten und Informationen, die für eine umfassende Vielfalt von Vorrichtungen von Interesse sind, enthalten. Das heißt, das Kommunikationsprotokoll kann ein byteorientiertes Protokoll sein, das mehrere Bits aufweist, die für die Informationen von Interesse repräsentativ sind. Die codierten Daten und Bits der Informationen, die verwendet werden, um die Datenpakete für die gesendeten Signale zu erzeugen, können eindeutige Funkidentifizierer, die jedem der Sensorknoten 154 in dem Leistungssystem entsprechen, laufende Nummern für die Geräte und die Vorrichtungen, die durch die Sensorknoten überwacht werden, Vorrichtungstypcodes für die überwachten Geräte und Vorrichtungen, einen Ortscode für jeden Sensorknoten, drahtlose Adressen für die Steuer-Kommunikationsknoten in dem Signalübertragungssystem, Zeit-/Datumsstempel, einen Software-Revisionscode für die Anwendungssoftware, einen Hardware-Revisionscode für die Gateway-Vorrichtung, eine Datenpaket-Zählung für eine ankommende Nachricht, eine Fehlerzählung für die ankommenden Datenpakete und Nachrichten und Fehlercodes, die verschiedenen Fehlerbedingungen für die Sensorknoten, die Steuer-Kommunikationsknoten in dem Signalübertragungssystem und/oder den Fehlerbedingungen in dem Steuerzentrum 126 entsprechen, enthalten. In den Signalen können außerdem Kundenidentifizierer und Kontaktinformationen für die Bedienungspersonen und das Wartungspersonal in Reaktion auf detektierte Warn- oder Alarmbedingungen codiert sein.
Während einige beispielhafte Nachrichtencodes beschrieben worden sind, ist es selbstverständlich, dass andere Typen von Codes, Informationen und Daten in alternativen Ausführungsformen enthalten sein können, wobei außerdem erkannt wird, dass weniger als alle der beispielhaften Protokollbits und -codes in anderen Ausführungsformen verwendet werden könnten. Die Implementierung der Nachrichtenprotokolle, mit Ausnahme wie im Folgenden spezifisch erörtert ist, kann herkömmlich bereitgestellt sein.
Die Kommunikationsknoten 156 werden manchmal als Repeater-/Router-Elemente bezeichnet, wobei die Datensignale zwischen den Steuer-Kommunikationsknoten 156 auf eine vorgeschriebene Weise an die Gateway-Vorrichtung 124 gesendet werden. In einer weiteren Ausführungsform können einer oder mehrerer der Sensor-Kommunikationsknoten 154 in Abhängigkeit von dem Signalbereich der Kommunikationsknoten und der Nähe zu der Gateway-Vorrichtung 124 direkt mit der Gateway-Vorrichtung 124 kommunizieren.
Die Datenpakete können von den Sensor-Kommunikationsknoten 154 auf einer periodischen Grundlage gemeldet werden, wobei die Datenpakete innerhalb spezifischer Zeiträume wiederholt gesendet werden können, um sicherzustellen, dass die Datenpakete durch die Gateway-Vorrichtung 124 vollständig empfangen, verarbeitet und optional quittiert werden. Die wiederholte Übertragung der Datensignale vermeidet den Zusammenstoß von Signalen, wenn mehr als eine der Schaltungs-Schutzeinrichtungen zu etwa dem gleichen Zeitpunkt arbeitet. Außerdem können die Kommunikationsknoten 156 einen Routing-Code, einen Zeitstempel oder andere Informationen zu dem Datenpaket hinzufügen, so dass das Kommunikationssystem und die Signalwege zwischen den Sensor-Kommunikationsknoten 154 und den Steuer-Kommunikationsknoten 156 überwacht werden können.
Die Gateway-Vorrichtung 124 sammelt die Datensignale der Kommunikationsknoten und überträgt die Datensignale in der gleichen oder in einer anderen Form für die Verarbeitung an das Steuerzentrum 126 des SCADA-Systems 112 (1). Es können mehr als eine Gateway-Vorrichtung 124 und/oder mehr als ein Steuerzentrum 126 vorgesehen sein, wobei eine einzelne Gateway-Vorrichtung 124 mit mehr als einem Steuerzentrum 126 kommunizieren kann. Die Gateway-Vorrichtung 124 kann ein netzbasiertes Computer-Server-System, ein Personalcomputer, eine Computer-Workstation, ein programmierbarer Logikcontroller oder ein anderer elektronischer Controller, eine prozessorbasierte Handheld-Vorrichtung oder eine weitere elektronische Vorrichtung oder deren Äquivalent sein, die die Signale von den Kommunikationsknoten 156 empfangen, aufbereiten, verarbeiten oder interpretieren und die Signale an die Steuerzentren 126 übertragen kann.
Die Kommunikation zwischen der Gateway-Vorrichtung 124 und den Steuerzentren 126 kann Langstrecken-Kommunikationsschemata, wie z. B. Glasfaserübertragung, Breitbandüber-Stromleitungs-Systeme, WiMAX-Systeme, WiFi-Systeme, Ethernetverbindungen, Satellitenkommunikation und dergleichen, verwenden.
Die Gateway-Vorrichtung 124 kann Datenreduktionsalgorithmen für die Verarbeitung der Signalübertragungen von den Steuer-Kommunikationsknoten 126 vor dem Kommunizieren mit den Steuerzentren 126 ausführen. Die Gateway-Vorrichtung 124 kann z. B. ankommende Datensignale filtern und doppelte Signalübertragungen identifizieren, die z. B. vorkommen können, wenn mehr als einer der Kommunikationsknoten 156 das gleiche Signal an die Gateway-Vorrichtung 124 sendet, oder, als ein weiteres Beispiel, vorkommen können, wenn derselbe Sensorknoten 154 den Kommunikationsknoten 156 mehr als einmal signalisiert. Die doppelten Signale können vor dem Übertragen der Signale zu den Steuerzentren 126 durch die Gateway-Vorrichtung 124 verworfen oder gelöscht werden.
Die durch die Gateway-Vorrichtung 124 ausgeführten Datenreduktionsalgorithmen können außerdem Informationen, die für die Funktionalität der Steuerzentren nicht notwendig sind, aus den Datensignalen verringern oder eliminieren. Die Nachrichtenübermittlungs-Protokollinformationen, die für die Hochfrequenzübertragung der Datensignale in dem Netz 120 relevant sind, aber für ein Nachrichtenübermittlungsprotokoll für die Gateway-Kommunikation zu den Steuerzentren 126 nicht relevant sind, können z. B. vor der Übertragung zu den Steuerzentren 126 aus den Datensignalen entfernt, eliminiert oder gelöscht werden.
Die Gateway-Vorrichtung 124 kann außerdem sowohl die Authentifizierung, die Verifikation oder Sicherheitsalgorithmen ausführen, um die Integrität der Signale der Kommunikationsknoten sicherzustellen, als auch Diagnose-, Test- und Fehlerbehebungsprozeduren ausführen, um eine richtige Installation und einen richtigen Betrieb der Kommunikationsknoten 154 und 156 sicherzustellen.
Die von der Gateway-Vorrichtung 124 übertragenen Signale können an den Steuerzentren 126 empfangen werden, wo sie unter Verwendung geeigneter Hardware und Software verarbeitet, decodiert oder interpretiert werden können. Es können dem Anwender an der Steuerstation 126 interaktive, menügesteuerte und graphische Anzeigen dargestellt werden, die es dem Anwender ermöglichen, den (die) Industrieprozess(e), der bzw. die überwacht wird (werden), in mehr oder weniger Echtzeit kompetent zu beaufsichtigen, wie sich die Betriebsbedingungen ändern. Der Anwender oder die Bedienungsperson der Software kann in Reaktion auf detektierte Ereignisse aufgefordert werden, geeignete Maßnahmen zu ergreifen, Alarme und Warnungen können für geeignete Personen automatisch erzeugt werden und bestimmte Schutzhandlungen können in Reaktion auf die Übertragung von den Sensoren automatisch durch das Steuersystem unternommen werden.
Außerdem können die abgetasteten Dateninformationen und Meldungen durch die Gateway-Vorrichtung 124 und/oder die Steuerzentren 126 als ein nützliches Werkzeug für das voraushandelnde Management des überwachten Industrieprozesses (der überwachten Industrieprozesse) zusammengestellt und erzeugt werden.
Nachdem nun die grundlegenden Merkmale des Betriebsalgorithmus der Gateway-Vorrichtung 124 und der Steuerzentren 126 funktional beschrieben worden sind, kann die Programmierung der Gateway-Vorrichtung und der Geräte des Steuerzentrums, damit sie auf die beschriebene Weise arbeiten, konventionell durch die Fachleute der Programmiertechnik ohne weitere Erklärung bereitgestellt werden.
Das Netz 120 kann im Allgemeinen in einer umfassenden Vielfalt von Industrieanwendungen verwendet werden. Beispielhafte Anwendungen können enthalten: pharmazeutische Fabriken, Systeme und Produktionseinrichtungen, Öl- und Gas-Produktions- und Verteilungssysteme und -einrichtungen; Bergbauproduktions- und Raffinationssysteme und -einrichtungen; Wasser- und Abwasserbehandlungssysteme und -einrichtungen; Energieversorgung (z. B. Systeme und Verteilungsnetze für Erdgas und elektrische Energie); Aquakultur- und Landwirtschaftsproduktionssysteme und -einrichtungen; Zellstoff- und Papiermühlen-Fertigungssysteme und -einrichtungen; und Straßen- und Schienennetz-Managementsysteme und -einrichtungen. Es sind noch andere Anwendungen möglich, da die Netzkonfigurationsfähigkeiten für die Verwendung in unterschiedlichen Endanwendungen praktisch unbegrenzt sind.
Während die Erfindung bisher in dem Kontext eines einzigen Kommunikationsnetzes 120 beschrieben worden ist, können mehrere Kommunikationsnetze für die Wartung und die Beaufsichtigung bestimmter Industriesysteme und -einrichtungen vorteilhaft sein. Dementsprechend können die mit der Funkvorrichtung 100 (1) aufgebauten Kommunikationsnetze als eigenständige Netze aufgebaut sein oder können die Kommunikationsknoten mit anderen Maschennetzen gemeinsam benutzen, um die Redundanz zu vergrößern und die Zuverlässigkeit des SCADA-Systems zu verbessern. Es können verschiedene Kommunikationsnetze auf Wunsch kategorisiert, gruppiert oder untergruppiert werden, um sie an komplexe Industriesysteme und -einrichtungen anzupassen oder um unterschiedliche Einrichtungen oder Verteilungssysteme über ausgedehnte geographische Bereiche zu steuern.
Die Steuer-Kommunikationsknoten 156 in verschiedenen Maschennetzen können z. B. in definierten Bereichen diskret gruppiert sein und können Kurzstrecken-Kommunikationstechniken verwenden, wobei Kommunikationstechniken mit längerer Reichweite verwendet werden, um die Informationen zwischen unterschiedlichen Einrichtungen zu übertragen. Ferner kann es erwünscht sein, Maschennetze zu schaffen, die sowohl miteinander durch die Gateway-Vorrichtung 124 mit längerer Reichweite als auch mit dem zentralen Steuerzentrum 126 kommunizieren können. Es können außerdem Spezial-Maschennetze erzeugt werden, wobei sich derartige Spezial-Maschennetze ganz oder teilweise mit anderen Maschennetzen überlappen können oder von anderen Maschennetzen unabhängig sein können.
In weiteren Ausführungsformen kann das Bereitstellen von mehr als einer Gateway-Vorrichtung 124 erwünscht sein, um durch das Verringern der Anzahl der Kommunikationsknoten, die erforderlich sind, um die Gateway-Vorrichtung 124 zu erreichen, die Kommunikation weiter zu verbessern, oder die Kommunikation zwischen verschiedenen Kommunikationsnetzen zu erleichtern. Wenn mehrere Gateway-Vorrichtungen 124 vorgesehen sind, können einige Kommunikationsknoten 156 selektiv mit einigen der Gateway-Vorrichtungen, aber nicht mit den anderen kommunizieren. Das heißt, es können Spezial-Gateways vorgesehen sein, die nur bestimmte Nachrichtentypen sammeln und andere ignorieren.
Die Vorteile derartiger Maschenkommunikationsnetze sind zahlreich. Die Sensorknoten 154 und die Kommunikationsknoten 156 können für vorhandene Einrichtungen, Geräte und Vorrichtungen nachgerüstet werden, wobei die teure Punkt-zu-Punkt-Verdrahtung über die drahtlose Kommunikation vermieden wird. Die relativ teure Gateway-Vorrichtung 124 kann durch Hunderte von Kommunikationsknoten gemeinsam benutzt werden, was die Gesamtgerätekosten des Systems verringert. Wie früher erwähnt worden ist, kann den zusätzlichen Knoten entweder ermöglicht werden, mit den Knoten innerhalb der Gruppe ihrer eigenen Familie zu kommunizieren, oder sie können vorhandene Knoten verwenden, um die Maschungsfähigkeit des Netzes zu unterstützen, was zu weiteren Kosteneinsparungen führt.
Die Erweiterung des Netzes 120 kann erreicht werden, indem einfach Kommunikationsknoten 154 und 156 in dem Signalbereich der anderen Kommunikationsknoten 156 hinzugefügt werden. Die Knotenanzahl kann schnell erweitert werden, um sie an das Wachstum und die Änderungen der überwachten Industrieprozesse und -einrichtungen anzupassen. Ungeachtet der Erweiterung oder Modifikation des Leistungssystems 100 können in Anbetracht der relativ niedrigen Kosten der Kommunikationsknoten zusätzliche Kommunikationsknoten leicht zu dem Netz hinzugefügt werden, um zusätzliche Punkte von Interesse zu überwachen, falls gewünscht.
Die Kommunikation zwischen den Knoten 156 und der Gateway-Vorrichtung 124 kann bidirektional sein, was die Übertragung von Steuersignalen, die den Befehlsanweisungen von den Steuerzentren 126 entsprechen, zu einem spezifischen Ort in dem überwachten Industrieprozess fördert.
Das Kommunikationsprotokoll ist anpassbar, um praktisch jeden Informationstyp oder Datentyp zu dem Steuerzentrum zu übertragen, wobei die Steuerentscheidungen basierend auf den übertragenen Informationen getroffen werden könnten. In bestimmten Netzen des beschriebenen Typs und insbesondere in Frequenzsprung-Hochfrequenz-Maschennetzen können bestimmte Probleme auftreten.
Im Allgemeinen ist es oft möglich, dass eine Nachricht entlang mehr als einem Nachrichtenweg in dem Netz geleitet wird. Das veranschaulichte Netz in 2 zeigt z. B. mehrere Wege zu möglichen Zielen in dem Netz. Wird als ein Beispiel die Funkstation 154 Comm 1 in 2 betrachtet, ist, falls eine Nachricht an ein Ziel, wie z. B. das Gateway 124, gesendet werden soll, ein möglicher Kommunikationsweg zu dem Gateway 124 durch den Pfeil B, der eine Kommunikationsverbindung mit der Funkstation 156 Steuer-Comm 3 repräsentiert, und einen Pfeil 0, der eine Kommunikationsverbindung von der Steuer-Comm 3 zu dem Gateway 124 repräsentiert, angegeben. Dieser Weg wird hier als ein Zweisprungweg bezeichnet, weil er zwei Verbindungen (die durch die Pfeile A und B angegeben sind) zwischen den Funkstationen Comm 1, Comm 3 und dem Gateway 124 umfasst.
Ein weiterer möglicher Weg von der Funkstation 154 Comm 1 in 2 zu dem Gateway 154 ist jedoch durch den Pfeil B, der eine Kommunikationsverbindung mit der Funkstation 156 Steuer-Comm 3 repräsentiert, den Pfeil M, der eine Kommunikationsverbindung von der Steuer-Comm 3 zu der Steuer-Comm 5 repräsentiert und einen Pfeil Q, der eine Kommunikationsverbindung von der Steuer-Comm 5 zu dem Gateway 124 repräsentiert, angegeben. Dieser Weg wird hier als ein Dreisprungweg bezeichnet, weil er drei Verbindungen (die durch die Pfeile A, M und Q angegeben sind) zwischen den Funkstationen Comm 1, Comm 3, Comm 5 und dem Gateway 124 umfasst. Es sollte nun offensichtlich sein, dass noch andere Wege, die jeweils eine unterschiedliche Anzahl von Sprüngen umfassen, von der Comm 1 zu dem Gateway 124 möglich sind.
2 zeigt außerdem mehrere Wege auf, die eine unterschiedliche Anzahl von Sprüngen besitzen, damit die Funkstation Comm 1 mit anderen Zielen in dem Netz, einschließlich der dargestellten anderen Funkstationen 154 (z. B. der Comm 2 und der Comm 3) kommuniziert. Folglich kann die Funkstation Comm 1 im Allgemeinen Nachrichten entlang unterschiedlicher Nachrichtenwege an eine Anzahl von möglichen Zielen in dem Netz senden. Gleichermaßen sind andere Funkstationen 154 (z. B. die Stationen 154 Comm 2 und Comm 3) mit mehreren Kommunikationswegen versehen, um Nachrichten an verschiedene Ziele in dem Netz, ob das Gateway 124 oder die Funkstationen 154, 156, zu übertragen.
Üblicherweise ist ein Versuch unternommen worden, um den optimalsten Weg für die Nachrichtenübertragung zwischen den Funkstationen in dem Netz zu bestimmen, um eine Nachricht von einer Quell-Funkvorrichtung zu einer Ziel-Funkvorrichtung zu leiten. Für derartige Zwecke sind verschiedene Wegmetriken bekannt, wobei sie typischerweise die Anzahl der Sprünge, die beim Übertragen einer Nachricht einbezogen sind, eine erwartete Anzahl der Funkübertragungen, um die Nachricht abzuschließen, eine erwartete Umlaufzeit für die Nachrichtenübertragung usw. berücksichtigen. Derartige Metriken können im gewissen Maß effektiv sein, wobei aber die Tendenz besteht, dass sie ziemlich komplex sind, wobei sie dementsprechend teuer zu implementieren sein können. Vorhandene Wegmetriken haben bisher das Potential der Maschennetze noch nicht vollständig verwirklicht, um Nachrichten effektiv auf eine kostengünstige Weise zu übertragen. Es sind Verbesserungen erwünscht.
Einige bekannte Kommunikationsprotokolle für die Maschennetze des beschriebenen Typs enthalten Funkstationen, die konfiguriert sind, um die Anzahl der Sprünge zu bestimmen, die notwendig ist, um eine Nachricht entlang verfügbaren Wegen zu einem Ziel zu übertragen, und um die Wege mit einer kleineren Anzahl von Sprüngen gegenüber den Wegen mit einer größeren Anzahl von Sprüngen automatisch auszuwählen. Falls z. B. zwei Kommunikationswege verfügbar sind, um eine Nachricht von einer Quell-Funkvorrichtung zu einer Ziel-Funkvorrichtung zu übertragen, und einer der Wege zwei Funkvorrichtungen umfasst, um die Nachricht zu dem Ziel in dem Netz zu übertragen (d. h. ein Zweisprung-Kommunikationsweg ist), während der andere drei Funkvorrichtungen umfasst, um die Nachricht zu dem Ziel in dem Netz übertragen (d. h. ein Dreisprung-Kommunikationsweg ist), wird angenommen, dass der kürzere Zweisprungweg die bessere Wahl ist, wobei er durch die sendende Funkvorrichtung verwendet wird, um eine Nachricht an das Ziel zu senden.
Die Annahme hinter der Herangehensweise, automatisch die Wege mit einer kleineren Anzahl von Sprüngen auszuwählen, nämlich dass die kürzeren Nachrichtenwege immer den längeren Wegen vorzuziehen sind, ist jedoch nicht immer richtig. Dies ist insbesondere so, wenn einige der durch einen kürzeren Weg durchquerten Verbindungen störanfällig sind, entweder infolge einer schlechten Signalstärke, hohen Verkehrs oder einer Kombination aus beiden. In einem derartigen Fall kann es sein, dass eine Nachricht mehrfach erneut gesendet werden muss, bis sie die störanfällige Verbindung (oder die störanfälligen Verbindungen) in dem Nachrichtenweg erfolgreich durchquert. Abhängig davon, wie viele erneute Sendungen für derartige Verbindungen in einem kürzeren Weg erforderlich sind, könnte eine Nachricht entlang einem längeren Weg in etwa dem gleichen Zeitraum oder vielleicht in einem kleineren Zeitraum erfolgreich gesendet werden, als sie es über den kürzeren Weg werden könnte. Es ist deshalb möglich, dass sich eine bessere Netzleistung aus der Verwendung eines längeren Weges, der mehr Sprünge besitzt, aber aus Verbindungen mit einer besseren Leistung besteht, als der eines kürzeren Wegs ergeben kann. Unter derartigen Umständen ignoriert das Protokoll, um die kürzeren Wege durch Vorgabe zu verwenden, effektiv die besser funktionierenden Nachrichtenwege, die vorhanden und für die Verwendung verfügbar sein können.
Es ist gleichermaßen möglich, dass zwei Wege mit einer gleichen Anzahl von Sprüngen eine signifikant unterschiedliche tatsächliche Leistung bereitstellen können, wenn die Nachrichten entlang der zwei jeweiligen Wege übertragen werden, weil einer der Wege eine störanfällige Verbindung oder eine Verbindung, die wahrscheinlich eine Anzahl von erneuten Sendungen erfordert, um den Weg erfolgreich zu durchqueren, umfassen kann. Einfachen Protokollen, um die kürzeren Wege durch Vorgabe auszuwählen, fehlt im Allgemeinen die Fähigkeit, die Leistungsaspekte zwischen den Wegen mit der gleichen Länge zu beurteilen.
Es werden Wegmetriken benötigt, die Kommunikationswege mit variierender Länge und außerdem Kommunikationswege mit der gleichen Länge auf eine relativ einfache und kosteneffektive Weise genau beurteilen können. Derartige Wegmetriken sind in den im Folgenden beschriebenen beispielhaften Systemen, Verfahren und Algorithmen bereitgestellt.
Spezifischer, und wie in 3 gezeigt ist, wird ein Prozessalgorithmus 200 vorgeschlagen, der die Wegmetriken durch das Bewerten der einzelnen Verbindungen, die einen Kommunikationsweg vervollständigen, bestimmt. Das heißt, die Verbindungsmetriken werden zuerst beurteilt, wobei basierend auf den Verbindungsmetriken die Wegmetriken bestimmt werden können, um ungeachtet der Weglänge die Wege mit höherer Leistung zu identifizieren und zu verwenden, um eine Nachricht durch das Netz 120 zu irgendeinem gegebenen Ziel zu leiten. Der Algorithmus 200 kann in der prozessorbasierten Funkvorrichtung 100 (1) implementiert sein, die in den Kommunikationsstationen 154, 156 (2) in dem Netz 120 verwendet wird.
Die Verbindungsmetriken ermöglichen, wie im Folgenden erklärt wird, einen effektiven und effizienten Vergleich der verschiedenen möglichen Wege innerhalb eines Netzes, einschließlich des Vergleichens möglicher Wege, die eine unterschiedliche Anzahl von Sprüngen besitzen, sind aber nicht darauf eingeschränkt. Wie oben erörtert worden ist, können einige der möglichen Wege für irgendeine gegebene Nachrichtenübertragung kurz sein (d. h. eine kleinere Anzahl von Sprüngen besitzen), aber eine relativ schlechte Leistung bieten (z. B. eine schlechte Signalstärke, eine schlechte Bitfehlerrate usw.), während andere mögliche Wege für die gegebene Nachrichtenübertragung länger sein können (d. h. eine größere Anzahl von Sprüngen besitzen können), aber eine relativ bessere Leistung pro Verbindung bieten. Die Verbindungsmetriken, die leistungsbasiert sind, ermöglichen deshalb einen aussagekräftigen und genauen Vergleich der verschiedenen möglichen Wege für das optimale Nachrichten-Routing durch das System auf eine Weise, von der üblicherweise nicht angenommen wird, dass sie vorhanden ist.
Wie in 3 zu sehen ist, stellt der Algorithmus 200 eine Verbindungsmetrik basierend auf zwei gemessenen Aspekten irgendeiner gegebenen Verbindung her, die möglicherweise verwendet werden kann, um eine Nachricht von einer Quelle zu einem Ziel in dem Netz zu leiten. Insbesondere werden die Signalstärke für jede der Verbindungen und das Verkehrsniveau an jedem Knoten einzeln bewertet. Dabei schätzt der Algorithmus 200 effektiv die Anzahl der Sendungen (erneuten Sendungen) einer Nachricht, die erforderlich ist, damit die Nachricht die Verbindung durchquert. Der Algorithmus 200 stellt eine Verbindungsmetrik für einen Satz von Verbindungen her, die verbindungsweise addiert werden können, um einen gültigen Vergleich zwischen zwei möglichen Wegen zu schaffen, die von unterschiedlichen Verbindungssätzen Gebrauch machen, was die Auswahl des besseren der zwei Wege für die Zwecke des Nachrichten-Routings ermöglicht. Infolge der einzelnen Bewertung der Verbindungen können Nachrichtenwege, die eine unterschiedliche Anzahl von Sprüngen besitzen, aus einer Leistungsperspektive effektiv miteinander verglichen werden, wobei ebenso ein effektiver Vergleich von zwei Wegen mit der gleichen Länge ermöglicht ist.
Wie in 3 gezeigt ist, werden die Signalstärken-Schwellenparameter und die Verkehrsniveau-Schwellenparameter in den Schritten 202 bzw. 204 hergestellt, um die Verbindungsbewertung auszuführen. Diese Schwellenwerte, die vorgegeben sind, schaffen eine Grundlage, um die tatsächliche Leistung jeder Verbindung in dem Netz zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt zu bewerten, wobei sie im Schritt 206 tabelliert werden, wie gezeigt ist. Beispielhafte Schwellenwerte sind z. B. in eindimensionalen Tabellen wie jener im Folgenden gezeigt, die im Folgenden in der Tabelle 1 kombiniert sind. In einer weiteren Ausführungsform könnten die Signalstärke und die Schwellenwerte in getrennten Tabellen tabelliert sein, falls gewünscht. Wo mehrere Datenübertragungsraten für die Nachrichtenübertragung in dem Netz möglich sind, kann ein separater Satz der Tabellen der Schwellenwerte der Signalstärke und des Verkehrsniveaus für jede anwendbare Datenrate verwendet werden. Tabelle 1

Signalstärke

–80 dBm –85 dBm –89 dBm –93 dBm –96 dBm –99 dBm –101 dBm –103 dBm –104 dBm

Verkehrsniveau

10% 16% 21% 25% 28% 30% 32% 33% 34%
Die gezeigten Signalstärken-Schwellenwerte und Verkehrsniveau-Schellenwerte sind lediglich beispielhaft, wobei andere Schwellenwerte, die sowohl größer als auch kleiner als jene sind, die in der Tabelle 1 gezeigt sind, verwendet werden können. Die Signalstärke- und Verkehrsniveau-Schwellenwerte können empirisch oder experimentell, basierend auf den Spezifikationen oder dem tatsächlichen Verhalten der Medienzugriffssteuer-Schicht (MAC-Schicht) in dem Fall des Verkehrsniveaus und der physikalischen Schicht in dem Fall der Signalstärke entwickelt werden, um die Nachrichtenübertragung zu optimieren, wie im Folgenden erklärt wird.
Die Signalstärken- und Verkehrsniveau-Schwellenwerte sind in Übereinstimmung mit zwei grundlegenden Voraussetzungen oder Annahmen strategisch festgelegt. Zuerst sind Verbindungen mit höherer Signalstärke den Verbindungen mit niedrigerer Signalstärke vorzuziehen. Zweitens sind die Knoten, die ein geringeres Verkehrsniveau erfahren, jenen vorzuziehen, die höhere Verkehrsniveaus erfahren. Dementsprechend sind die Signalstärken-Schwellenwerte in der Tabelle in den Positionen 1 bis x dargestellt, wobei x die Anzahl der verwendeten Signalstärken-Schwellenwerte ist, während die Verkehrsniveau-Schwellenwerte in der Tabelle in den Positionen 1 bis y dargestellt sind, wobei y die Anzahl der dargestellten Verkehrsniveau-Schwellenwerte ist. Für die Signalstärken-Schwellenwerte sind die Schwellenwerte in den Positionen 1 bis x von dem höchsten bis zum niedrigsten geordnet, während für die Verkehrsniveau-Schwellenwerte die Schwellenwerte in den Positionen 1 bis y von dem niedrigsten bis zum höchsten geordnet sind.
In dem Beispiel nach Tabelle 1 beträgt der Signalstärken-Schwellenwert in der Position 1 –80 dBm, beträgt der Signalstärken-Schwellenwert in der Position 2 –85 dBM und, weil x in diesem Beispiel 9 ist, beträgt die Signalstärke in der Position 9 –104 dBM. Diese Schwellenwerte 1 bis x definieren verschiedene Signalstärken-Leistungsbereiche einer Verbindung, die verwendet werden können, um die tatsächliche Verbindungsleistung zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt zu bewerten. In dem gezeigten Beispiel sind die durch die Schwellenwerte angegebenen Leistungsbereiche nicht die gleichen zwischen allen Positionen. Es gibt z. B. zwischen den in der Tabelle 1 gezeigten Signalstärken-Schwellenwerten in der Position 1 und in der Position 2 einen Unterschied von 5 dBM, wohingegen es zwischen den dBM-Werten in der Position 2 und in der Position 3 in der Tabelle 1 einen Unterschied von 4 dBM gibt. In einer weiteren Ausführungsform können jedoch die Unterschiede zwischen den Schwellenwerten der Positionen in den Positionen 1 bis x die gleichen sein.
Außerdem beträgt in dem Beispiel nach der Tabelle 1 der Verkehrsniveau-Schwellenwert in der Position 1 10% des maximalen Niveaus, das der Routing-Knoten tragen kann, beträgt der Verkehrsniveau-Schwellenwert in der Position 2 16% und, weil y in diesem Beispiel 9 ist, beträgt das Verkehrsniveau in der Position 9 34%. Diese Schwellenwerte 1 bis y definieren verschiedene Verkehrsniveau-Leistungsbereiche einer Verbindung, die verwendet werden können, um die tatsächliche Verbindungsleistung zu irgendeinem gegebenen Zeitpunkt zu bewerten. In dem gezeigten Beispiel sind die durch die Schwellenwerte angegebenen Leistungsbereiche nicht die gleichen zwischen allen Positionen. Es gibt z. B. zwischen den in der Tabelle 1 gezeigten Verkehrsniveau-Schwellenwerten in der Position 1 und in der Position 2 einen 6-Punkt-Unterschied, wohingegen es zwischen den Verkehrsniveauwerten in der Position 2 und in der Position 3 in der Tabelle 1 einen 5-Punkt-Unterschied gibt. In einer weiteren Ausführungsform können jedoch die Unterschiede zwischen den Schwellenwerten der Positionen in den Positionen 1 bis y die gleichen sein.
In der beispielhaften Tabelle 1 sind neun Signalstärken-Schwellenwerte gezeigt und sind neun Verkehrsniveau-Schwellenwerte gezeigt, wie gezeigt ist. In anderen Ausführungsformen können jedoch größere oder weniger Schwellenwerte verwendet werden, wobei jedoch die Anzahl x der Signalstärken-Schwellenwerte und die Anzahl y der Verkehrsniveau-Schwellenwerte nicht die gleichen sein müssen. Im Allgemeinen ist der Algorithmus beim Bestimmen und Unterscheiden der Leistungsvariationen zwischen den möglichen Verbindungen, die für das Routing einer Nachricht in Betracht gezogen werden, umso genauer, je mehr Schwellenwerte implementiert sind.
Jeder der x Signalstärken-Schwellenwerte und der y Verkehrsniveau-Schwellenwerte stellt im Voraus bestimmte ungefähre Leistungsniveaus als eine Grundlage bereit, um die tatsächliche Leistung der Verbindung in Gebrauch zu vergleichen. In den betrachteten Ausführungsformen sind die Schritte 202, 204, 206 für den Betrieb der Funkvorrichtungen vorbereitend, wobei die Tabelle(n) des Schrittes 206 in den Speicher der prozessorbasierten Funkvorrichtungen 100 (1) programmiert wird (werden). Die verbleibenden Schritte des Algorithmus 200 können durch die prozessorbasierte Vorrichtung ausgeführt werden, wie im Folgenden beschrieben wird.
Im Schritt 208 wird n anfangs auf 1 gesetzt, wobei es die erste Verbindung in einem möglichen Weg repräsentiert, um eine Nachricht zu einer weiteren Funkvorrichtung zu übertragen. Im Schritt 210 wird die Signalstärke der ersten Verbindung durch die prozessorbasierte Funkvorrichtung für die erste Verbindung gemessen. Im Schritt 212 wird eine erste Leistungsmetrik, nämlich eine Signalstärken-Leistungsmetrik, durch das Vergleichen des gemessenen Wertes mit den Signalstärke-Schwellenwerten in der Tabelle berechnet. Dem obigen Beispiel folgend und gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann die Signalstärken-Leistungsmetrik durch das Zählen des Index der Tabelle (z. B. der Tabelle 1) berechnet werden, wo der Signalstärken-Schwellenwert unter den gemessenen Wert fällt. Mit anderen Worten, die Signalstärken-Leistungsmetrik wird berechnet, so dass sie die Positionsnummer des Signalstärken-Schwellenwertes ist, der sich am nächsten an dem gemessenen Wert befindet, aber höher als der gemessene Wert ist. Falls z. B. eine Signalstärke für eine spezielle Verbindung als –87 dBm gemessen wird, wird die Signalstärken-Leistungsmetrik als 3 berechnet, weil der gemessene Signalstärkepegel (–87 dBm) höher als der Schwellenwert in der dritten Position (–89 dBm in der Tabelle 1) in der Signalstärken-Schwellenwerttabelle ist, aber niedriger als der Schwellenwert in der zweiten Position (–85 dBm in der Tabelle 1) ist.
Falls festgestellt wird, dass der gemessene Signalstärkepegel höher als der erste (oder gleich dem ersten) Signalstärke-Schwellenwert (–80 dBm) in der Signalstärkentabelle ist, wird die Signalstärken-Metrik als 1 berechnet.
Falls andererseits der Pegel niedriger als der letzte Schwellenwert (–104 dBm) in der Signalstärkentabelle ist, wird die Signalstärken-Leistungsmetrik als x (unendlich) berechnet. Dies gibt im Wesentlichen eine Verbindung mit einer unannehmbaren Leistung an.
Im Schritt 214 wird das Verkehrsniveau durch die prozessorbasierte Funkvorrichtung für den Knoten an dem entfernten Ende der ersten Verbindung gemessen. Das Verkehrsniveau wird nicht für die Verbindung selbst gemessen, sondern es ist das durch die Station an dem entfernten Ende der Verbindung n erlebte Gesamtverkehrsniveau. Insbesondere gibt es für den vorgeschlagenen Weg wahrscheinlich kein Verkehrsniveau, weil der Weg noch nicht hergestellt ist. Da die Station an dem entfernten Ende der Verbindung am Routing mehrerer Nachrichten auf verschiedenen anderen Wegen teilnehmen kann, kann sie außerdem ein Verkehrsniveau erleben, das viel höher als das ist, das vorgesehen ist, um durch den vorgeschlagenen Weg übertragen zu werden. Dieses Niveau des Verkehrs sollte berücksichtigt werden, wenn der Knoten als ein potentieller Teilnehmer am Routing der Nachrichten bewertet wird.
Im Schritt 216 wird eine zweite Leistungsmetrik, nämlich eine Verkehrsniveau-Leistungsmetrik, durch das Vergleichen des gemessenen Werts mit den Verkehrsniveau-Schwellenwerten in der Tabelle berechnet. Dem obigen Beispiel folgend und gemäß einer beispielhaften Ausführungsform wird die Signalstärken-Leistungsmetrik durch das Zählen des Index der Tabelle (z. B. der Tabelle 1) berechnet, wo sich das Verkehrsniveau am nächsten an dem gemessenen Wert, aber über dem gemessenen Wert befindet. Mit anderen Worten, die Verkehrsniveau-Leistungsmetrik wird so berechnet, dass sie die Positionsnummer des Verkehrsniveau-Schwellenwerts ist, der sich am nächsten an dem gemessenen Wert befindet, aber höher als der gemessene Wert ist. Falls das gemessene Verkehrsniveau z. B. 22% der verfügbaren Bandbreite beträgt, wird die Verkehrsniveau-Leistungsmetrik als 4 berechnet, weil das gemessene Niveau (22%) kleiner als der vierte Schwellenwert (25%), aber größer als der dritte Schwellenwert (21%) in der Verkehrsniveautabelle ist.
Falls das gemessene Verkehrsniveau kleiner als der erste (oder gleich dem ersten) Schwellenwert in der Verkehrsniveautabelle ist, wird die Verkehrsniveau-Leistungsmetrik als 1 berechnet.
Falls das gemessene Verkehrsniveau höher als der letzte Eintrag ist, wird die Verkehrsniveau-Leistungsmetrik als ∞ (unendlich) berechnet. Dies gibt im Wesentlichen eine Verbindung mit einer unannehmbaren Leistung an.
Im Schritt 218 wird die Verbindungsmetrik basierend auf der berechneten Signalstärken-Leistungsmetrik des Schrittes 212 und der im Schritt 216 berechneten Verkehrsniveau-Leistungsmetrik bestimmt.
In einer Ausführungsform wird die Verbindungsmetrik im Schritt 218 durch das Multiplizieren der Signalstärken-Leistungsmetrik des Schrittes 212 und der im Schritt 216 berechneten Verkehrsniveau-Leistungsmetrik bestimmt. Mit anderen Worten, die Verbindungsmetrik ist das Produkt aus der Signalstärken-Leistungsmetrik des Schrittes 212 und der im Schritt 216 berechneten Verkehrsniveau-Leistungsmetrik. In Fortsetzung des obigen Beispiels ist, falls die Signalstärke als –87 dBm gemessen wird und das Verkehrsniveau als 22% der verfügbaren Bandbreite gemessen wird, die Verbindungsmetrik die Signalstärken-Leistungsmetrik (die als 3 berechnet wird, wie oben beschrieben worden ist) mal die Verkehrsniveau-Leistungsmetrik (die als 4 berechnet wird, wie oben beschrieben worden ist) oder 12.
Die Wegmetrik ist deshalb ein geeigneter Indikator der Leistung der Verbindung basierend auf den Leistungs-Schwellenmetriken für die Signalstärke und das Verkehrsniveau im Hinblick auf die vorgegebenen Leistungs-Schwellenwerte. Im Allgemeinen gibt eine niedrigere berechnete Verbindungsmetrik einen Weg mit besserer Qualität an, wobei folglich die Verbindungen mit niedrigeren Verbindungsmetriken für das Routing einer Nachricht den Verbindungen mit höheren Verbindungsmetriken vorzuziehen sind. Das sorgfältige Leser erkennt nun, dass die bestmögliche Verbindungsmetrik 1 ist, was eine hohe Signalstärkenleistung und ein niedriges Verkehrsniveau repräsentiert, während die schlechtestmögliche Verbindungsmetrik 81 ist, was die neunte Position der Signalstärken- und Verkehrsniveau-Schwellenwerte und eine entsprechende niedrige Signalstärke und ein entsprechendes hohes Verkehrsniveau repräsentiert. Folglich geben in einem Bereich von 1 bis 81 für das Beispiel nach Tabelle 1 der Reihe nach höhere Verbindungsmetriken eine geringere Signalstärkenleistung und/oder höhere Verkehrsniveaus für die beurteilte Verbindung an. Folglich würde eine Verbindungsmetrik, die in dem obigen Beispiel als 12 bestimmt wird, einer Verbindung mit einer Metrik von 15 vorzuziehen sein, aber weniger bevorzugt als eine Verbindung mit einer Metrik von 8 sein. Falls festgestellt wird, dass die bestimmte Verbindungsmetrik für zwei unterschiedliche Verbindungen die gleiche ist, kann jede verwendet werden, um eine Nachricht zu leiten. Die Verbindungen, die die gleiche berechnete Verbindungsmetrik besitzen, sollten in der Leistung zueinander ähnlich sein. Jede berechnete Verbindungsmetrik von unendlich schließt die Verbindung effektiv davon aus, ausgewählt zu werden.
Weil festgestellt worden ist, dass die Leistungswirkungen aufgrund der Signalstärke und des Verkehrsniveaus in bestimmten Typen von Kommunikationsprotokollen nicht signifikant kreuzkorreliert sind, schafft die Bestimmung der Verbindungsmetrik durch das Multiplizieren der Signalstärken- und der Verkehrsniveau-Leistungsmetrik eine aussagekräftige Angabe der relativen Verbindungsleistung, wenn bestimmte Typen der Kommunikationsprotokolle verwendet werden. In dem Beispiel nach Tabelle 1 stellen neun Signalstärken-Schwellenwerte und neun Verkehrsniveau-Schwellenwerte eine beträchtliche Abgrenzung der unterschiedlichen möglichen Leistung der analysierten Verbindungen bereit. Das heißt, für jede analysierte Verbindung wird eine große Anzahl möglicher Metrikwerte bereitgestellt.
Wie im Schritt 218 gezeigt ist, bestimmt die prozessorbasierte Funkvorrichtung, ob es zusätzliche Verbindungen gibt, die beim Auswählen eines Wegs, um eine Nachricht zu einem speziellen Ziel zu übertragen, zu berücksichtigen sind. Die verfügbaren Nachrichtenwege und die zugeordneten Verbindungen, um die Nachrichtenwege zu vervollständigen, sind den Funkvorrichtungen bekannt und können für die Bewertung identifiziert werden. Falls mehr Verbindungen benötigt werden, um den Nachrichtenweg zu vervollständigen, wird im Schritt 222n auf n + 1 zurückgesetzt, wobei die Vorrichtung zum Schritt 210 zurückkehrt. Nachdem die erste Verbindungsmetrik bestimmt worden ist, wenn n auf 1 gesetzt ist, wird n als solches auf 2 gesetzt, um die zweite Verbindung über die Schritte 210–218 zu bewerten, wobei im Schritt 218 der Prozessor darauf basierend bestimmt, ob es immer noch weitere zusätzliche Verbindungen gibt, die zu berücksichtigen sind, um einen Nachrichtenweg zu dem Ziel zu vervollständigen. Wenn ja, wird im Schritt 22 n auf 3 zurückgesetzt, wobei eine dritte Verbindung über die Schritte 210–218 bewertet wird. Dies wird wiederholt, bis die Verbindungsmetriken für alle Verbindungen in den Wegen bestimmt sind. Der Algorithmus 200 ist dementsprechend auf irgendeine Anzahl von Verbindungen skalierbar, wobei er Nachrichtenwege bewerten kann, die irgendeine Anzahl von Sprüngen besitzen.
In den betrachteten Ausführungsformen könnten die Messungen der Signalstärke und des Verkehrsniveaus durch die verschiedenen Funkvorrichtungen in dem Netz periodisch durchgeführt werden und durch die verschiedenen Funkvorrichtungen zu den anderen Funkvorrichtungen in dem Netz übertragen werden. In einer derartigen Ausführungsform kann jede Funkvorrichtung die gemessene Signalstärke und die gemessenen Verkehrsniveaus aufzeichnen und aktualisieren, um die Verbindungen zu berechnen, die benötigt werden, um die stromabwärts gelegenen Verbindungen in einem Kommunikationsweg zu beurteilen. In anderen Ausführungsformen kann eine Quell-Funkvorrichtung die Signalstärke und die Verkehrsniveaus von anderen Funkvorrichtungen entlang möglicher Nachrichtenwege anfordern, so dass die Verbindungsmetriken berechnet werden können. Es sind noch andere Variationen möglich, wie die Fachleute auf dem Gebiet erkennen, um die erforderlichen Messungen der Signalstärke und der Verkehrsniveaus bereitzustellen, um die Verbindungsmetriken entlang eines möglichen Nachrichtenweges verbindungsweise zu bestimmen.
Wenn im Schritt 220 bestimmt wird, dass es keine weiteren Verbindungen in dem Nachrichtenweg gibt, werden die Verbindungsmetriken für die n bewerteten Verbindungen im Schritt 224 addiert oder akkumuliert. Die akkumulierten Verbindungsmetriken für den Weg werden im Schritt 226 als die Wegmetrik festgelegt. Falls alle der Verbindungen in einem gegebenen Nachrichtenweg als solche relativ niedrige Metriken besitzen, ist die Wegmetrik relativ niedrig und gibt eine gute Leistung des Weges an. Falls festgestellt wird, dass eine oder mehrere der Verbindungsmetriken in dem Nachrichtenweg relativ hoch sind, ist die Wegmetrik höher. Falls festgestellt wird, dass alle der Verbindungsmetriken relativ hoch ist, ist die Wegmetrik relativ hoch. Deshalb ist die Wegmetrik eine Approximation der Leistung des Weges basierend auf seinen Komponentenverbindungen und den vorgegebenen Leistungsschwellenwerten. Die Wegmetrik gibt dementsprechend eine relative Schätzung der erforderlichen erneuten Sendungen der Nachrichten über den Weg an, die einen aussagekräftigen Vergleich der unterschiedlichen Wege ermöglicht. Die Wegmetrik basiert jedoch nicht auf komplexen Berechnungen der tatsächlichen Leistung des Wegs. Mit anderen Worten, die Wegmetrik basiert nicht auf tatsächlichen Nachrichtenübertragungs-Fehlerraten, berechneten Umlaufzeiten für die Nachrichten und anderen tatsächlichen Leistungsmerkmalen, auf denen bekannte Wegmetriken basieren. Stattdessen basieren die Wegmetriken auf Approximationen und einfacher Mathematik, wobei sie einfacher und effizienter als die komplexeren Verfahren zum Erhalten von Wegmetriken ausgeführt werden können.
Im Schritt 228 bestimmt die Funkvorrichtung, ob es einen weiteren möglichen Weg zu dem Ziel für eine gegebene Nachricht gibt. Wenn ja, wird im Schritt 230 der nächste Weg ausgewählt, wird im Schritt 208 n auf 1 zurückgesetzt und werden die Schritte 208–222 für alle Verbindungen in dem ausgewählten Weg ausgeführt, wobei die Verbindungsmetriken im Schritt 224 addiert werden und die Wegmetrik für den ausgewählten Weg im Schritt 226 festgelegt wird. Falls weitere mögliche Wege im Schritt 228 vorhanden sind, kehrt der Algorithmus zum Schritt 208 zurück und wird wiederholt, bis alle möglichen Wege eine jeweilige bestimmte Wegmetrik besitzen.
Wenn es im Schritt 228 keine weiteren möglichen Wege gibt, werden die Wegmetriken für die möglichen Wege im Schritt 232 verglichen. Der Weg mit der niedrigsten Wegmetrik wird dann ausgewählt, um die Nachricht zu leiten, da erwartet wird, dass dieser Weg die beste Leistung bietet. Wie oben erwähnt worden ist, kann, falls festgestellt wird, dass mehr als ein Weg die gleiche Wegmetrik besitzt, und es vorkommt, dass diese Wegmetrik die niedrigste der verfügbaren möglichen Wege ist, kann die Nachricht auf irgendeinem der Wege gesendet werden, die die gleiche Metrik besitzen, da erwartet wird, dass diese Wege eine ähnliche Leistung beim Übertragen der Nachricht bieten.
Es sollte nun offensichtlich sein, dass es möglich ist, dass ein Weg, der mehr Sprünge besitzt, eine geringere Wegmetrik als die Wege, die weniger Sprünge besitzen, besitzt, und dass folglich die Funkvorrichtung die Nachrichten entlang längerer Wege leiten kann, die Verbindungen mit besserer Leistung als die kürzeren Wege besitzen, die eine relativ schlechte Leistung besitzen. Der optimale Betrieb des Netzes, um die Nachrichten effizient zu leiten, kann dementsprechend sichergestellt werden, indem die tatsächlichen Leistungsbedingungen der verfügbaren Verbindungen, um die Nachrichten zu leiten, berücksichtigt werden, wobei die Funkvorrichtungen an das Routing der Nachrichten entlang der Wege mit höherer Leistung selbstanpassend sind, gerade wie sich die Wegleistung mit der Zeit ändert. Das dynamische Routing der Nachrichten wird deshalb in Reaktion auf die tatsächlichen Betriebsbedingungen des Netzes ausgeführt.
Für die Kommunikationsprotokolle, die in Gebrauch eine signifikante Kreuzkorrelation zwischen der Signalstärke und dem Verkehrsniveau aufweisen, kann in einer alternativen Ausführungsform eine zweidimensionale Tabelle verwendet werden, um in Abhängigkeit von den berechneten Leistungsmetriken im Voraus berechnete Verbindungsmetrikwerte bereitzustellen, wie im Folgenden erklärt wird. Dieses Konzept wird in einem zweiten Beispiel veranschaulicht, in dem, wenn zwischen der Leistungswirkung aufgrund des Verkehrsniveaus und aufgrund der Signalstärke eine signifikante Korrelation vorhanden ist, die Multiplikation der Signalstärken-Leistungsmetrik und der Verkehrsniveau-Leistungsmetrik durch eine Nachschlagtabelle ersetzt sein kann.
Für die Zwecke der Erörterung ist eine beispielhafte zweidimensionale Nachschlagtabelle für die Bestimmung der Wegmetriken in der Tabelle 2 im Folgenden dargelegt.
Tabelle 2
Wie gezeigt ist, sind die Signalstärken-Leistungsmetriken über die obere Zeile in der Tabelle dargelegt, während die Verkehrsniveau-Leistungsmetriken in der äußersten linken Spalte in der Tabelle dargelegt sind. Die Nachschlag-Verbindungsmetriken sind in den Zellen bereitgestellt, die die möglichen Kombinationen aus den Signalstärken-Leistungsmetriken und den Verkehrsniveau-Leistungsmetriken repräsentieren. Die Verbindungsmetriken können empirisch oder durch Experimentieren wie vorher bestimmt werden, wobei, wie aus der Tabelle 2 ersichtlich ist, die beispielhaften Verbindungsmetriken in der Tabelle höher als das Produkt aus den jeweiligen Signalstärken-Leistungsmetriken und den Verkehrsniveau-Leistungsmetriken jeder Zelle sind. Die gezeigten Verbindungsmetriken sind lediglich beispielhaft, wobei andere Werte, sowohl größer als auch kleiner als die gezeigten, in einer ansonsten ähnlichen Tabelle verwendet werden können.
Dem oben erörterten beispielhaften Szenario folgend werden die Signalstärken- und Verkehrsniveau-Leistungsmetriken wie oben berechnet, falls z. B. eine spezielle Verbindung eine gemessene Signalstärke von –87 dBm besitzt und der Knoten am entferntesten Ende der Verbindung ein gemessenes Verkehrsniveau von 22% seiner verfügbaren Bandbreite besitzt. Das heißt, die eindimensionalen Tabellen (z. B. die Tabelle 1) werden eingesehen, um die Signalstärken-Leistungsmetriken und die Verkehrsniveau-Leistungsmetriken auf die oben beschriebene Weise zu berechnen. Es wird dementsprechend abermals berechnet, dass die Signalstärken-Leistungsmetrik 3 ist, während berechnet wird, dass die Verkehrsniveau-Leistungsmetrik 4 ist.
Nun entspricht beim Einsehen der Nachschlagtabelle (der Tabelle 2) die Verbindungsmetrik den Inhalten der Zelle in der Spalte 3 (weil berechnet worden ist, dass die die Signalstärken-Metrik 3 ist) und der Zeile 4 (weil berechnet worden ist, dass die Verkehrsniveau-Leistungsmetrik 4 ist). Es ist zu sehen, dass der Inhalt dieser speziellen Zelle in der Nachschlagtabelle 14 ist, daher wird die Verbindungsmetrik auf 14 gesetzt.
Die Werte in der Nachschlagtabelle spiegeln irgendeine Kreuzkorrelation zwischen der Signalstärke und dem Verkehrsniveau für die Kombination der physikalischen Schicht und der MAC-Schicht wider, die verwendet wird. Durch das Laden der Nachschlagtabelle (oder der Nachschlagtabellen) in den Speicher der Funkvorrichtungen kann (können) die Nachschlagtabelle(n) verwendet werden, um im Schritt 218 des Algorithmus 200 die Verbindungsmetriken zu bestimmen. Die Nachschlagtabellen stellen ähnliche Vorteile wie jene bereit, die oben beschrieben worden sind, wenn der Algorithmus implementiert ist.
Indem nun der Algorithmus 200 funktional beschrieben worden ist, wird angenommen, dass die Fachleute auf dem Gebiet die Funkvorrichtungen ohne weitere Erklärung programmieren könnten, um die beschriebene Funktionalität zu implementieren.
Es wird nun angenommen, dass die Nutzen und die Vorteile der Konzepte der Erfindung im Hinblick auf die offenbarten beispielhaften Ausführungsformen offensichtlich sind.
Es ist eine beispielhafte Ausführungsform einer Eingabe-/Ausgabevorrichtung offenbart worden, die enthält: einen Sender, der konfiguriert ist, um eine Hochfrequenz-Signalübertragung zu erzeugen; einen Empfänger, der konfiguriert ist, um eine Hochfrequenz-Signalübertragung zu empfangen; und eine prozessorbasierte Steuerung, die die Übertragungen der Hochfrequenz-Signalübertragungen in Reaktion auf die empfangenen Signalübertragungen in einem Mehrsignalwege-Übertragungsnetz koordiniert. Die prozessorbasierte Steuerung ist konfiguriert, um: einen Signalstärkenwert für eine erste Kommunikationsverbindung, die durch wenigstens eine benachbarte Eingabe-/Ausgabevorrichtung aufgebaut ist, zu messen; eine Signalstärken-Leistungsmetrik basierend auf der gemessenen Signalstärke der ersten Kommunikationsverbindung zu berechnen; einen Verkehrsniveauwert, der durch die ähnliche Eingabe-/Ausgabevorrichtung an dem entfernten Ende der ersten Kommunikationsverbindung, die durch die wenigstens eine Eingabe-/Ausgabevorrichtung hergestellt ist, beobachtet wird, zu messen; eine Verkehrsniveau-Leistungsmetrik basierend auf dem gemessenen Verkehrswert der Vorrichtung an dem entfernten Ende der ersten Kommunikationsverbindung zu berechnen; eine Verbindungsmetrik für die erste Kommunikationsverbindung basierend auf der berechneten Verkehrsniveau-Leistungsmetrik und der berechneten Verkehrsniveau-Leistungsmetrik zu bestimmen; und die erste Verbindungsmetrik zu verwenden, um einen bevorzugten Weg für das Routing einer Nachricht zu bewerten.
Optional ist die bestimmte Verbindungsmetrik das Produkt aus der berechneten Signalstärken-Leistungsmetrik und der berechneten Verkehrsniveau-Leistungsmetrik. Die bestimmte Verbindungsmetrik kann einem Wert in einer Nachschlagtabelle entsprechen, der der berechneten Signalstärken-Leistungsmetrik und der berechneten Verkehrsniveau-Leistungsmetrik entspricht. Die Signalstärken-Leistungsmetrik kann unter Bezugnahme auf die Schwellenwerte berechnet werden, die in einer Signalstärkentabelle bereitgestellt sind. Die Signalstärkentabelle kann mehrere Signalstärken-Schwellenwerte enthalten, die jeweils in den Positionen 1 bis x in der Tabelle angeordnet sind, wobei die berechnete Signalstärken-Leistungsmetrik der Position des Schwellenwerts in der Signalstärkentabelle entspricht, der sich am nächsten an dem gemessenen Signalstärkenwert befindet, aber höher als der gemessene Signalstärkenwert ist. Die Verkehrsniveau-Leistungsmetrik kann unter Bezugnahme auf die in einer Verkehrsniveautabelle bereitgestellten Schwellenwerte berechnet werden. Die Verkehrsniveautabelle kann mehrere Verkehrsniveau-Schwellenwerte enthalten, die jeweils in den Positionen 1 bis y in der Tabelle angeordnet sind, wobei die berechnete Verkehrsniveau-Leistungsmetrik der Position des Schwellenwerts in der Verkehrsniveautabelle entspricht, der sich am nächsten an dem gemessenen Verkehrsniveauwert befindet, aber niedriger als der gemessene Verkehrsniveauwert ist.
Als weitere Optionen kann ein Kommunikationsweg die erste Kommunikationsverbindung und wenigstens eine zweite Kommunikationsverbindung enthalten, wobei die prozessorbasierte Steuerung ferner konfiguriert ist, um: einen Signalstärkenwert für die zweite Kommunikationsverbindung zu messen; eine Signalstärken-Leistungsmetrik basierend auf der gemessenen Signalstärke der zweiten Kommunikationsverbindung zu berechnen; einen Verkehrsniveauwert, der durch die Eingabe-/Ausgabevorrichtung an dem entfernten Ende der zweiten Kommunikationsverbindung beobachtet wird, zu messen; eine Verkehrsniveau-Leistungsmetrik basierend auf dem gemessenen Verkehrswert der Vorrichtung an dem entfernten Ende der zweiten Kommunikationsverbindung zu berechnen; eine Verbindungsmetrik für die zweite Kommunikationsverbindung basierend auf der berechneten Verkehrsniveau-Leistungsmetrik und der berechneten Verkehrsniveau-Leistungsmetrik zu bestimmen; und die zweite Verbindungsmetrik zu verwenden, um einen bevorzugten Weg für das Routing einer Nachricht zu bewerten. Die prozessorbasierte Steuerung kann außerdem konfiguriert sein, um: die erste Verbindungsmetrik und die wenigstens zweite Verbindungsmetrik zu addieren, um eine Wegmetrik zu bestimmen; und die Wegmetrik zu verwenden, um einen von mehreren Kommunikationswegen für das Routing der Nachricht auszuwählen.
Es ist außerdem eine Ausführungsform eines Mehrwege-Funkkommunikationsnetzes zum Überwachen und Steuern eines Industrieprozesses offenbart worden. Das Netz enthält mehrere prozessorbasierte Funkvorrichtungen, die konfiguriert sind, um in einem Maschennetz drahtlos zu kommunizieren, wobei jede Funkvorrichtung mit mehreren anderen Funkvorrichtungen in dem Maschennetz kommuniziert. Wenigstens eine der mehreren prozessorbasierten Funkvorrichtungen ist konfiguriert, um: einen Signalstärkenwert für eine erste Kommunikationsverbindung, die durch wenigstens eine benachbarte Funkvorrichtung aufgebaut ist, zu messen; eine Signalstärken-Leistungsmetrik basierend auf der gemessenen Signalstärke der ersten Kommunikationsverbindung zu berechnen; einen Verkehrsniveauwert, der durch die Eingabe-/Ausgabevorrichtung an dem entfernten Ende der ersten Kommunikationsverbindung beobachtet wird, zu messen; eine Verkehrsniveau-Leistungsmetrik basierend auf dem gemessenen Verkehrswert der Vorrichtung an dem entfernten Ende der ersten Kommunikationsverbindung zu berechnen; eine Verbindungsmetrik für die erste Kommunikationsverbindung basierend auf der berechneten Signalstärken-Leistungsmetrik und der berechneten Verkehrsniveau-Leistungsmetrik zu bestimmen; und die Verbindungsmetrik zu verwenden, um einen bevorzugten Weg für das Routing einer Nachricht zu bewerten.
Optional kann die bestimmte Verbindungsmetrik das Produkt aus der berechneten Verkehrsniveau-Leistungsmetrik und der berechneten Verkehrsniveau-Leistungsmetrik sein. Die bestimmte Verbindungsmetrik kann einem Wert in einer Nachschlagtabelle entsprechen, der der berechneten Verkehrsniveau-Leistungsmetrik und der berechneten Verkehrsniveau-Leistungsmetrik entspricht. Die Signalstärken-Leistungsmetrik kann unter Bezugnahme auf die Schwellenwerte berechnet werden, die in einer Signalstärkentabelle bereitgestellt sind. Die Signalstärkentabelle kann mehrere Signalstärken-Schwellenwerte enthalten, die jeweils in den Positionen 1 bis x in der Tabelle angeordnet sind, wobei die berechnete Signalstärken-Leistungsmetrik der Position des Schwellenwerts in der Signalstärkentabelle entspricht, der sich am nächsten an dem gemessenen Signalstärkenwert befindet, aber höher als der gemessene Signalstärkenwert ist.
Die Verkehrsniveau-Leistungsmetrik kann optional unter Bezugnahme auf die in der Verkehrsniveautabelle bereitgestellten Schwellenwerte berechnet werden. Die Verkehrsniveautabelle kann mehrere Verkehrsniveau-Schwellenwerte enthalten, die jeweils in den Positionen 1 bis y in der Tabelle angeordnet sind, wobei die berechnete Verkehrsniveau-Leistungsmetrik der Position des Schwellenwerts in der Verkehrsniveautabelle entsprechen kann, die sich am nächsten an dem gemessenen Verkehrsniveauwert befindet, aber niedriger als der gemessene Verkehrsniveauwert ist.
Ein Kommunikationsweg in dem Netz kann die erste Kommunikationsverbindung und wenigstens eine zweite Kommunikationsverbindung enthalten, wobei wenigstens eine der mehreren prozessorbasierten Funkvorrichtungen konfiguriert sein kann, um: einen Signalstärkenwert für die zweite Kommunikationsverbindung zu messen; eine Signalstärken-Leistungsmetrik basierend auf der gemessenen Signalstärke der zweiten Kommunikationsverbindung zu berechnen; einen Verkehrsniveauwert, der durch die Eingabe-/Ausgabevorrichtung an dem entfernten Ende der zweiten Kommunikationsverbindung beobachtet wird, zu messen; eine Verkehrsniveau-Leistungsmetrik basierend auf dem gemessenen Verkehrswert der Vorrichtung an dem entfernten Ende der zweiten Kommunikationsverbindung zu berechnen; eine Verbindungsmetrik für die zweite Kommunikationsverbindung basierend auf der berechneten Signalstärken-Leistungsmetrik und der berechneten Verkehrsniveau-Leistungsmetrik zu bestimmen; und die zweite Verbindungsmetrik zu verwenden, um einen bevorzugten Weg für das Routing einer Nachricht zu bewerten.
Wenigstens eine der mehreren prozessorbasierten Funkvorrichtungen in dem Netz kann optional konfiguriert sein, um: die erste Verbindungsmetrik und die wenigstens zweite Verbindungsmetrik zu addieren, um eine Wegmetrik zu bestimmen; und die Wegmetrik zu verwenden, um einen von mehreren Kommunikationswegen für das Routing der Nachricht auszuwählen.
Es ist außerdem eine Ausführungsform eines Mehrwege-Funkkommunikationssystems offenbart worden. Das Kommunikationssystem enthält: mehrere prozessorbasierte Funkvorrichtungen, die konfiguriert sind, um in einem Maschennetz, das eine Frequenzsprung-Streuspektrumtopologie besitzt, drahtlos miteinander zu kommunizieren, wobei jede der mehreren prozessorbasierten Funkvorrichtungen konfiguriert ist, um: einen Signalstärkenwert für eine erste Kommunikationsverbindung, die durch wenigstens eine benachbarte Funkvorrichtung aufgebaut ist, zu messen; eine Signalstärken-Leistungsmetrik basierend auf der gemessenen Signalstärke für die erste Kommunikationsverbindung zu berechnen; einen Verkehrsniveauwert, der durch die Eingabe-/Ausgabevorrichtung an dem entfernten Ende der ersten Kommunikationsverbindung beobachtet wird, zu messen; eine Verkehrsniveau-Leistungsmetrik basierend auf dem gemessenen Verkehrswert der Vorrichtung an dem entfernten Ende der ersten Kommunikationsverbindung zu berechnen; eine Verbindungsmetrik für die erste Kommunikationsverbindung basierend auf der berechneten Signalstärken-Leistungsmetrik und der berechneten Verkehrsniveau-Leistungsmetrik zu bestimmen; und die Verbindungsmetrik zu verwenden, um einen bevorzugten Weg für das Routing einer Nachricht zu bewerten.
Jede der mehreren prozessorbasierten Funkvorrichtungen kann ferner konfiguriert sein, um: mehrere Kommunikationswege zu einer Ziel-Funkvorrichtung zu identifizieren, wobei wenigstens einer der mehreren identifizierten Kommunikationswege einen Mehrsprung-Kommunikationsweg enthält, der mehrere Kommunikationsverbindungen zwischen jeweiligen der mehreren prozessorbasierten Funkvorrichtungen enthält; Verbindungsmetriken für jede entsprechende Verbindung, die jedem der identifizierten mehreren Wege zugeordnet ist, zu berechnen; die jeweiligen Verbindungsmetriken für jeden der identifizierten mehreren Wege zu akkumulierten, um die jeweiligen Wegmetriken der identifizierten mehreren Wege zu bestimmen; und die bestimmten Wegmetriken der jeweiligen identifizierten mehreren Wege zu verwenden, um einen bevorzugten Kommunikationsweg auszuwählen.
Diese schriftliche Beschreibung verwendet Beispiele, um die Erfindung einschließlich der besten Art zu offenbaren und um es außerdem einen Fachmann auf dem Gebiet zu ermöglichen, die Erfindung zu praktizieren, einschließlich der Herstellung und der Verwendung irgendwelcher Vorrichtungen oder Systeme und des Ausführens irgendwelcher enthaltener Verfahren. Der patentierbare Schutzumfang der Erfindung ist durch die Ansprüche definiert, wobei er andere Beispiele enthalten kann, die den Fachleuten auf dem Gebiet einfallen. Es ist vorgesehen, dass derartige andere Beispiele im Schutzumfang der Ansprüche liegen, falls sie strukturelle Elemente besitzen, die von der wörtlichen Sprache der Ansprüche nicht abweichen, oder falls sie äquivalente strukturelle Elemente mit unwesentlichen Unterschieden von der wörtlichen Sprache der Ansprüche enthalten.

Claims

Eingabe-/Ausgabevorrichtung, die umfasst: einen Sender, der konfiguriert ist, um eine Hochfrequenz-Signalübertragung zu erzeugen; einen Empfänger, der konfiguriert ist, um eine Hochfrequenz-Signalübertragung zu empfangen; und eine prozessorbasierte Steuerung, die die Übertragungen der Hochfrequenz-Signalübertragungen in Reaktion auf die empfangenen Signalübertragungen in einem Mehrsignalwege-Übertragungsnetz koordiniert, wobei die prozessorbasierte Steuerung konfiguriert ist, um: einen Signalstärkenwert für eine erste Kommunikationsverbindung, die durch wenigstens eine benachbarte Eingabe-/Ausgabevorrichtung aufgebaut ist, zu messen; eine Signalstärken-Leistungsmetrik basierend auf der gemessenen Signalstärke der ersten Kommunikationsverbindung zu berechnen; einen Verkehrsniveauwert, der durch die ähnliche Eingabe-/Ausgabevorrichtung an dem entfernten Ende der ersten Kommunikationsverbindung, die durch die wenigstens eine Eingabe-/Ausgabevorrichtung hergestellt ist, beobachtet wird, zu messen; eine Verkehrsniveau-Leistungsmetrik basierend auf dem gemessenen Verkehrswert der Vorrichtung an dem entfernten Ende der ersten Kommunikationsverbindung zu berechnen; eine Verbindungsmetrik für die erste Kommunikationsverbindung basierend auf der berechneten Verkehrsniveau-Leistungsmetrik und der berechneten Verkehrsniveau-Leistungsmetrik zu bestimmen; und die erste Verbindungsmetrik zu verwenden, um einen bevorzugten Weg für das Routing einer Nachricht zu bewerten.
Eingabe-/Ausgabevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die bestimmte Verbindungsmetrik das Produkt aus der berechneten Signalstärken-Leistungsmetrik und der berechneten Verkehrsniveau-Leistungsmetrik ist.
Eingabe-/Ausgabevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die bestimmte Verbindungsmetrik einem Wert in einer Nachschlagtabelle entspricht, der der berechneten Signalstärken-Leistungsmetrik und der berechneten Verkehrsniveau-Leistungsmetrik entspricht.
Eingabe-/Ausgabevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Signalstärken-Leistungsmetrik unter Bezugnahme auf die Schwellenwerte berechnet wird, die in einer Signalstärkentabelle bereitgestellt sind.
Eingabe-/Ausgabevorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Signalstärkentabelle mehrere Signalstärken-Schwellenwerte enthält, die jeweils in den Positionen 1 bis x in der Tabelle angeordnet sind, wobei die berechnete Signalstärken-Leistungsmetrik der Position des Schwellenwerts in der Signalstärkentabelle entspricht, der sich am nächsten an dem gemessenen Signalstärkenwert befindet, aber höher als der gemessene Signalstärkenwert ist.
Eingabe-/Ausgabevorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Verkehrsniveau-Leistungsmetrik unter Bezugnahme auf die in einer Verkehrsniveautabelle bereitgestellten Schwellenwerte berechnet wird.
Eingabe-/Ausgabevorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Verkehrsniveautabelle mehrere Verkehrsniveau-Schwellenwerte enthält, die jeweils in den Positionen 1 bis y in der Tabelle angeordnet sind, wobei die berechnete Verkehrsniveau-Leistungsmetrik der Position des Schwellenwerts in der Verkehrsniveautabelle entspricht, der sich am nächsten an dem gemessenen Verkehrsniveauwert befindet, aber niedriger als der gemessene Verkehrsniveauwert ist.
Eingabe-/Ausgabevorrichtung nach Anspruch 1, wobei ein Kommunikationsweg die erste Kommunikationsverbindung und wenigstens eine zweite Kommunikationsverbindung enthält, wobei die prozessorbasierte Steuerung ferner konfiguriert ist, um: einen Signalstärkenwert für die zweite Kommunikationsverbindung zu messen; eine Signalstärken-Leistungsmetrik basierend auf der gemessenen Signalstärke der zweiten Kommunikationsverbindung zu berechnen; einen Verkehrsniveauwert, der durch die Eingabe-/Ausgabevorrichtung an dem entfernten Ende der zweiten Kommunikationsverbindung beobachtet wird, zu messen; eine Verkehrsniveau-Leistungsmetrik basierend auf dem gemessenen Verkehrswert der Vorrichtung an dem entfernten Ende der zweiten Kommunikationsverbindung zu berechnen; eine Verbindungsmetrik für die zweite Kommunikationsverbindung basierend auf der berechneten Verkehrsniveau-Leistungsmetrik und der berechneten Verkehrsniveau-Leistungsmetrik zu bestimmen; und die zweite Verbindungsmetrik zu verwenden, um einen bevorzugten Weg für das Routing einer Nachricht zu bewerten.
Eingabe-/Ausgabevorrichtung nach Anspruch 8, wobei die prozessorbasierte Steuerung ferner konfiguriert ist, um: die erste Verbindungsmetrik und die wenigstens zweite Verbindungsmetrik zu addieren, um eine Wegmetrik zu bestimmen; und die Wegmetrik zu verwenden, um einen von mehreren Kommunikationswegen für das Routing der Nachricht auszuwählen.
Mehrwege-Funkkommunikationsnetz zum Überwachen und Steuern eines Industrieprozesses, wobei das Netz umfasst: mehrere prozessorbasierte Funkvorrichtungen, die konfiguriert sind, um in einem Maschennetz drahtlos zu kommunizieren, wobei jede Funkvorrichtung mit mehreren anderen Funkvorrichtungen in dem Maschennetz kommuniziert; und wobei wenigstens eine der mehreren prozessorbasierten Funkvorrichtungen konfiguriert ist, um: einen Signalstärkenwert für eine erste Kommunikationsverbindung, die durch wenigstens eine benachbarte Funkvorrichtung aufgebaut ist, zu messen; eine Signalstärken-Leistungsmetrik basierend auf der gemessenen Signalstärke der ersten Kommunikationsverbindung zu berechnen; einen Verkehrsniveauwert, der durch die Eingabe-/Ausgabevorrichtung an dem entfernten Ende der ersten Kommunikationsverbindung beobachtet wird, zu messen; eine Verkehrsniveau-Leistungsmetrik basierend auf dem gemessenen Verkehrswert der Vorrichtung an dem entfernten Ende der ersten Kommunikationsverbindung zu berechnen; eine Verbindungsmetrik für die erste Kommunikationsverbindung basierend auf der berechneten Signalstärken-Leistungsmetrik und der berechneten Verkehrsniveau-Leistungsmetrik zu bestimmen; und die Verbindungsmetrik zu verwenden, um einen bevorzugten Weg für das Routing einer Nachricht zu bewerten.
Kommunikationsnetz nach Anspruch 10, wobei die bestimmte Verbindungsmetrik das Produkt aus der berechneten Verkehrsniveau-Leistungsmetrik und der berechneten Verkehrsniveau-Leistungsmetrik ist.
Kommunikationsnetz nach Anspruch 10, wobei die bestimmte Verbindungsmetrik einem Wert in einer Nachschlagtabelle entspricht, der der berechneten Verkehrsniveau-Leistungsmetrik und der berechneten Verkehrsniveau-Leistungsmetrik entspricht.
Kommunikationsnetz nach Anspruch 10, wobei die Signalstärken-Leistungsmetrik unter Bezugnahme auf die Schwellenwerte berechnet wird, die in einer Signalstärkentabelle bereitgestellt sind.
Kommunikationsnetz nach Anspruch 13, wobei die Signalstärkentabelle mehrere Signalstärken-Schwellenwerte enthält, die jeweils in den Positionen 1 bis x in der Tabelle angeordnet sind, wobei die berechnete Signalstärken-Leistungsmetrik der Position des Schwellenwerts in der Signalstärkentabelle entspricht, der sich am nächsten an dem gemessenen Signalstärkenwert befindet, aber höher als der gemessene Signalstärkenwert ist.
Kommunikationsnetz nach Anspruch 10, wobei die Verkehrsniveau-Leistungsmetrik unter Bezugnahme auf die in einer Verkehrsniveautabelle bereitgestellten Schwellenwerte berechnet wird.
Kommunikationsnetz nach Anspruch 15, wobei die Verkehrsniveautabelle mehrere Verkehrsniveau-Schwellenwerte enthält, die jeweils in den Positionen 1 bis y in der Tabelle angeordnet sind, wobei die berechnete Verkehrsniveau-Leistungsmetrik der Position des Schwellenwerts in der Verkehrsniveautabelle entspricht, der sich am nächsten an dem gemessenen Verkehrsniveauwert befindet, aber niedriger als der gemessene Verkehrsniveauwert ist.
Kommunikationsnetz nach Anspruch 10, wobei ein Kommunikationsweg die erste Kommunikationsverbindung und wenigstens eine zweite Kommunikationsverbindung enthält, wobei wenigstens eine der mehreren prozessorbasierten Funkvorrichtungen konfiguriert ist, um einen Signalstärkenwert für die zweite Kommunikationsverbindung zu messen; eine Signalstärken-Leistungsmetrik basierend auf der gemessenen Signalstärke der zweiten Kommunikationsverbindung zu berechnen; einen Verkehrsniveauwert, der durch die Eingabe-/Ausgabevorrichtung an dem entfernten Ende der zweiten Kommunikationsverbindung beobachtet wird, zu messen; eine Verkehrsniveau-Leistungsmetrik basierend auf dem gemessenen Verkehrswert der Vorrichtung an dem entfernten Ende der zweiten Kommunikationsverbindung zu berechnen; eine Verbindungsmetrik für die zweite Kommunikationsverbindung basierend auf der berechneten Signalstärken-Leistungsmetrik und der berechneten Verkehrsniveau-Leistungsmetrik zu bestimmen; und die zweite Verbindungsmetrik zu verwenden, um einen bevorzugten Weg für das Routing einer Nachricht zu bewerten.
Kommunikationsnetz nach Anspruch 17, wobei wenigstens eine der mehreren prozessorbasierten Funkvorrichtungen in dem Netz ferner konfiguriert ist, um: die erste Verbindungsmetrik und die wenigstens zweite Verbindungsmetrik zu addieren, um eine Wegmetrik zu bestimmen; und die Wegmetrik zu verwenden, um einen von mehreren Kommunikationswegen für das Routing der Nachricht auszuwählen.
Mehrwege-Funkkommunikationssystem, das umfasst: mehrere prozessorbasierte Funkvorrichtungen, die konfiguriert sind, um in einem Maschennetz, das eine Frequenzsprung-Streuspektrumtopologie besitzt, drahtlos miteinander zu kommunizieren, wobei jede der mehreren prozessorbasierten Funkvorrichtungen konfiguriert ist, um: einen Signalstärkenwert für eine erste Kommunikationsverbindung, die durch wenigstens eine benachbarte Funkvorrichtung aufgebaut ist, zu messen; eine Signalstärken-Leistungsmetrik basierend auf der gemessenen Signalstärke für die erste Kommunikationsverbindung zu berechnen; einen Verkehrsniveauwert, der durch die Eingabe-/Ausgabevorrichtung an dem entfernten Ende der ersten Kommunikationsverbindung beobachtet wird, zu messen; eine Verkehrsniveau-Leistungsmetrik basierend auf dem gemessenen Verkehrswert der Vorrichtung an dem entfernten Ende der ersten Kommunikationsverbindung zu berechnen; eine Verbindungsmetrik für die erste Kommunikationsverbindung basierend auf der berechneten Signalstärken-Leistungsmetrik und der berechneten Verkehrsniveau-Leistungsmetrik zu bestimmen; und die erste Verbindungsmetrik zu verwenden, um einen bevorzugten Weg für das Routing einer Nachricht zu bewerten.
Mehrwege-Funkkommunikationssystem nach Anspruch 19, wobei jede der mehreren prozessorbasierten Funkvorrichtungen ferner konfiguriert ist, um: mehrere Kommunikationswege zu einer Ziel-Funkvorrichtung zu identifizieren, wobei wenigstens einer der mehreren identifizierten Kommunikationswege einen Mehrsprung-Kommunikationsweg enthält, der mehrere Kommunikationsverbindungen zwischen jeweiligen der mehreren prozessorbasierten Funkvorrichtungen enthält; Verbindungsmetriken für jede entsprechende Verbindung, die jedem der identifizierten mehreren Wege zugeordnet ist, zu berechnen; die jeweiligen Verbindungsmetriken für jeden der identifizierten mehreren Wege zu akkumulierten, um die jeweiligen Wegmetriken der identifizierten mehreren Wege zu bestimmen; und die bestimmten Wegmetriken der jeweiligen identifizierten mehreren Wege zu verwenden, um einen bevorzugten Kommunikationsweg auszuwählen.