DE102017203199A1

DE102017203199A1 - Verfahren zum Übertragen von Nachrichten in einem Kommunikationsnetzwerk, Gateway und Kommunikationsnetzwerk

Info

Publication number: DE102017203199A1
Application number: DE102017203199.9A
Authority: DE
Inventors: Michael Ernst Doering; Marco Andreas Wagner; Stephan Ludwig
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2017-02-28
Publication date: 2018-08-30
Also published as: CN110537350B; WO2018158072A1; CN110537350A

Abstract

Kommunikationsnetzwerk, umfassend einen ersten Sender (A), einen zweiten Sender (C), einen ersten Empfänger (B) und ein Gateway (GW),
wobei der erste Sender (A), der erste Empfänger (B) und der Gateway (GW) über eine erste datenübertragende Verbindung (B1) zumindest mittelbar miteinander verbunden sind,
und wobei der Gateway (GW) über eine zweite datenübertragende Verbindung (B2) zumindest mittelbar mit dem zweiten Sender (C) verbunden ist,
und wobei der Gateway (GW) über eine weitere datenübertragende Verbindung (B3) mit dem ersten Empfänger (B) wenigstens mittelbar verbunden ist,
und wobei der erste Sender (A) eingerichtet ist eine erste Nachricht (a), welche einen ersten Nutzdateninhalt (pla) umfasst an den ersten Empfänger (B) und an den Gateway (GW) zu übermitteln,
und wobei der zweite Sender (C) eingerichtet ist, eine zweite Nachricht (b), welche einen zweiten Nutzdateninhalt umfasst an den Gateway (GW) zu übermitteln,
wobei der Gateway (GW) eingerichtet ist, eine weitere Nachricht (p) zu generieren, welche einen weiteren Nutzdateninhalt umfasst, der eine Linearkombination des ersten Nutzdateninhalts und des zweiten Nutzdateninhalts ist,
wobei der Gateway (GW) ferner eingerichtet ist, die weitere Nachricht (p) über die weitere datenübertragende Verbindung (B3) an den ersten Empfänger (B) zu übermitteln.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Übertragen von Nachrichten in einem Kommunikationsnetzwerk, einen Gateway zum Einsatz in diesem Verfahren und ein Kommunikationsnetzwerk.
Stand der Technik
Aus der DE 10226253 A1 ist ein Kommunikationsnetzwerk für ein Kraftfahrzeug mit einer zentralen Steuerungseinheit zur Steuerung des Netzwerks und einer Mehrzahl von angesteuerten Knoteneinheiten bekannt, die mit der zentralen Steuerungseinheit über eine Kommunikationsleitung verbunden sind, wobei die zentrale Steuerungseinheit in einem zugriffssicheren Bereich angeordnet ist, und zumindest eine angesteuerte Knoteneinheit in einem zugriffsunsicheren Bereich angeordnet ist, ist und in der Kommunikationsleitung zwischen der zentralen Steuerungseinheit und der in dem zugriffsunsicheren Bereich angeordneten Knoteneinheit ein Trennelement zur Unterbrechung der Kommunikationsleitung angeordnet ist.
Vorteile der Erfindung
Das Verfahren, der Gateway und das Kommunikationsnetzwerk mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche hat demgegenüber den Vorteil, dass eine Übertragung von Nachrichten in einem Kommunikationsnetzwerk mit einem Gateway besonders effizient geschieht.
Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Offenbarung der Erfindung
In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Übertragen von Nachrichten in einem Kommunikationsnetzwerk. Dieses Verfahren umfasst die Schritte:
Es wird eine erste Nachricht übermittelt, welche einen ersten Nutzdateninhalt umfasst. Die Übermittlung der ersten Nachricht erfolgt von einem ersten Sender an einen ersten Empfänger und an einen Busteilnehmer, insbesondere einen Gateway, über eine erste datenübertragende Verbindung. Der „Busteilnehmer“ wird im Folgenden durchgehend exemplarisch als „Gateway“ bezeichnet, er muss aber nicht zwingend ein Gateway sein.
Bei der ersten datenübertragenden Verbindung kann es sich insbesondere um einen ersten Bus handeln. Eine solche Topologie ist besonders effizient, da die erste Nachricht auf dem Bus zeitgleich an den ersten Empfänger und an den Gateway übertragen wird, beispielsweise wenn der erste Empfänger und der Gateway jeweils unmittelbar mit dem Bus verbunden sind. Auch wenn der erste Empfänger und/oder der Gateway nicht unmittelbar mit dem Bus verbunden sind, sondern weitere datenübertragende Verbindungen zwischen Bus und Empfänger bzw. Gateway geschaltet sind, hat die Verwendung eines Bus den Vorteil, dass der erste Sender die erste Nachricht nur einmal abzusenden braucht, ohne dass die Nachricht repliziert werden muss.
Es wird ferner eine zweite Nachricht abgesendet, welche einen zweiten Nutzdateninhalt umfasst. Die zweite Nachricht wird von einem zweiten Sender an den ersten Empfänger abgesendet.
Diese zweite Nachricht wird vom Gateway empfangen, der eine weitere Nachricht generiert. Diese weitere Nachricht umfasst einen weiteren Nutzdateninhalt, der eine Linearkombination des ersten Nutzdateninhalts und des zweiten Nutzdateninhalts ist.
Diese weitere Nachricht wird an den ersten Empfänger über eine weitere datenübertragende Verbindung insbesondere einen weiteren Bus, übermittelt. Der zweite Nutzdateninhalt der zweiten Nachricht wird dann aus der weiteren Nachricht und der ersten Nachricht extrahiert. Dies kann insbesondere dadurch geschehen, dass die Koeffizienten, mit denen die Linearkombination des ersten Nutzdateninhalts und des zweiten Nutzdateninhalts gebildet wurde, an den ersten Empfänger übermittelt werden
In einer besonders effizienten Weiterbildung wird die zweiten Nachricht auch vom zweiten Sender an einen zweiten Empfänger übermittelt wird.
Dies ist insbesondere dann effizient, wenn die Übermittlung der zweiten Nachricht an den zweiten Empfänger und an den Gateway über eine zweite datenübertragende Verbindung (welche sowohl von der ersten datenübertragenden Verbindung als auch von der weiteren datenübertragenden Verbindung verschieden ist), insbesondere einen zweiten Bus erfolgt.
In einem weiteren Aspekt kann vorgesehen sein, dass die erste Nachricht über den Gateway an den zweiten Empfänger übermittelt wird. Dies ist insbesondere dann besonders effizient, wenn die erste datenübertragende Verbindung ein Bus ist, da die Übermittlung der ersten Nachricht an den zweiten Empfänger dann ohne erhöhte Buslast der ersten datenübertragenden Verbindung erfolgt.
Es ist möglich, dass diese Übermittlung über die zweite datenübertragende Verbindung erfolgt.
In einem noch weiteren Aspekt kann vorgesehen sein, dass die weitere Nachricht über die weitere datenübertragende Verbindung auch an den zweiten Empfänger übermittelt wird. Insbesondere kann dann der erste Nutzdateninhalt der ersten Nachricht aus der weiteren Nachricht und der zweiten Nachricht extrahiert werden.
Dies ist besonders effizient. Die erste Nachricht muss nun lediglich an der ersten datenübertragenden Verbindung anliegen, die zweite Nachricht lediglich an der zweiten datenübertragenden Verbindung. Dennoch ist durch Übermittlung einer einzigen zusätzlichen Nachricht (der weiteren Nachricht) eine Möglichkeit geschaffen, am ersten Empfänger den Nutzdateninhalt der zweiten Nachricht und am zweiten Empfänger den Nutzdateninhalt der ersten Nachricht zu extrahieren, ohne dass sich die Nutzlast auf der ersten datenübertragenden Verbindung oder der zweiten datenübertragenden Verbindung erhöht.
In einem noch weiteren Aspekt kann vorgesehen sein die Linearkombination aus erstem Nutzdateninhalt und zweitem Nutzdateninhalt mit zufällig ausgewählten Koeffizienten zu wählen. Hierdurch wird eine besonders effiziente Extraktion von erstem Nutzdateninhalt und/oder zweitem Nutzdateninhalt ermöglicht, wenn erster Nutzdateninhalt und/oder zweiter Nutzdateninhalt ihrerseits Linearkombinationen aus zwei noch weiteren Nutzdateninhalten sind.
Ferner ist dies vorteilhaft, wenn das Verfahren in Kommunikationsnetzwerken mit (insbesondere deutlich) mehr als zwei Sendern und (insbesondere deutlich) mehr als zwei Empfängern eingesetzt, insbesondere dann, wenn das Kommunikationsnetzwerk mehrere Gateways umfasst, die jeweils Linearkombinationen von eingehenden Nachrichten weitergeben. In solchen Kommunikationsnetzwerken ermöglicht die Wahl zufälliger Koeffizienten, dass keine explizite Lösung für die Wahl der Koeffizienten, die das Kommunikationsnetzwerk optimal auslastet, gefunden werden muss. Weiterhin kann damit das Kommunikationsnetzwerk ggf. zur Laufzeit umstrukturiert werden, ohne dass solche eine neue optimale Lösung erneut gesucht werden muss.
In noch weiteren Aspekten betrifft die Erfindung einen Gateway zum Einsatz in einem dieser Verfahren. Es ist vorgesehen, dass der Gateway eingerichtet ist, die erste Nachricht und die zweite Nachricht zu empfangen, die weitere Nachricht zu generieren und die erste Nachricht und die weitere Nachricht an ihren designierten Empfänger weiterzuleiten.
In einer Weiterbildung kann vorgesehen sein, dass der Gateway eingerichtet ist, die erste Nachricht über die erste datenübertragende Verbindung zu empfangen und die weitere Nachricht über die weitere datenübertragende Verbindung (B3) abzusenden.
In noch weiteren Aspekten betrifft die Erfindung ein Kommunikationsnetzwerk, welches eingerichtet ist, eines der vorgenannten Verfahren auszuführen.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

1 ein Kommunikationsnetzwerk gemäß einer Ausführungsform;
2 schematisch den Aufbau von Nachrichten im Kommunikationsnetzwerk;
3 ein Flussdiagramm zum möglichen Ablauf des Verfahrens im Gateway;
4 ein Flussdiagramm zum möglichen Ablauf des Verfahrens im ersten und/oder zweiten Empfänger;
5 ein Kommunikationsnetzwerk gemäß einer zweiten Ausführungsform;
6 ein Kommunikationsnetzwerk gemäß einer dritten Ausführungsform.

1 zeigt ein Kommunikationsnetzwerk gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Teilnehmer A und B sind mit einer ersten datenübertragenden Verbindung B1 verbunden. Die erste datenübertragende Verbindung B1 ist vorzugsweise ein Bus und wird im Folgenden auch als „erster Bus“ bezeichnet. Teilnehmer A und B können unmittelbar mit dem ersten Bus B1 verbunden sein, es ist aber auch möglich, dass A und/oder B über weitere Kommunikationsteilnehmer nur mittelbar mit dem ersten Bus B1 verbunden sind.
Teilnehmer C und D sind mit einer zweiten datenübertragenden Verbindung B2 verbunden. Die zweite datenübertragende Verbindung B2 ist vorzugsweise ein Bus und wird im Folgenden auch als „zweiter Bus“ bezeichnet. Teilnehmer C und D können unmittelbar mit dem zweiten Bus B2 verbunden sein, es ist aber auch möglich, dass C und/oder D über weitere Kommunikationsteilnehmer nur mittelbar mit dem zweiten Bus B2 verbunden sind.
Erster Bus B1 und zweiter Bus B2 sind über einen Gateway GW verbunden. Der Gateway GW ist ferner mit einer weiteren datenübertragenden Verbindung B3 verbunden. Die weitere datenübertragende Verbindung B3 ist vorzugsweise ein Bus und wird im Folgenden als „weiterer Bus“ bezeichnet. Teilnehmer B und D sind mit dem weiteren Bus B3 verbunden. Teilnehmer B und D können unmittelbar mit dem weiteren Bus B3 verbunden sein, es ist aber auch möglich, dass B und/oder D über weitere Kommunikationsteilnehmer nur mittelbar mit dem weiteren Bus B3 verbunden sind.
Teilnehmer A fungiert im Ausführungsbeispiel als Sender und wird daher auch als „erster Sender“ bezeichnet. Teilnehmer C fungiert im Ausführungsbeispiel als Sender und wird daher auch als „zweiter Sender“ bezeichnet. Teilnehmer B fungiert im Ausführungsbeispiel als Empfänger und wird daher auch als „erster Empfänger“ bezeichnet. Teilnehmer D fungiert im Ausführungsbeispiel als Empfänger und wird daher auch als „zweiter Empfänger“ bezeichnet.
Der erste Sender A sendet im Ausführungsbeispiel der 1 eine erste Nachricht a an den ersten Empfänger B, indem er sie auf den ersten Bus B1 gibt. Die erste Nachricht a soll auch an den zweiten Empfänger D übertragen werden. Als designierte Adressaten der ersten Nachricht a kodiert der erste Sender A in der ersten Nachricht a den ersten Empfänger B und den zweiten Empfänger D. Die erste Nachricht a liegt über den ersten Bus B1 an den Eingängen des Gateway GW und des ersten Empfängers B an. Gateway GW und erster Empfänger B empfangen die erste Nachricht a. Die erste Nachricht a ist dann an den Gateway GW und den ersten Empfänger B übertragen.
Der zweite Sender C sendet im Ausführungsbeispiel der 1 eine zweite Nachricht b an den zweiten Empfänger D, indem er sie auf den zweiten Bus B2 gibt. Die zweite Nachricht b soll auch an den ersten Empfänger B übertragen werden. Als designierte Adressaten der zweiten Nachricht b kodiert der zweite Sender C in der zweiten Nachricht b den ersten Empfänger B und den zweiten Empfänger D. Die zweite Nachricht b liegt über den zweiten Bus B2 an den Eingängen des Gateway GW und des zweiten Empfängers D an. Gateway GW und zweiter Empfänger D empfangen die zweite Nachricht b. Die zweite Nachricht b ist dann an den Gateway GW und den zweiten Empfänger D übertragen.
Gateway GW bildet aus erster Nachricht a und zweiter Nachricht b eine weitere Nachricht p. Das Verfahren zur Bildung der weiteren Nachricht p wird unten im Zusammenhang mit Figur 3 näher erläutert. Gateway GW sendet die weitere Nachricht p an den ersten Empfänger B und den zweiten Empfänger D, indem er sie auf den weiteren Bus B3 gibt. Als designierte Adressaten der weiteren Nachricht p kodiert der Gateway GW den ersten Empfänger B und den zweiten Empfänger D. Die weitere Nachricht p liegt über den weiteren Bus B3 an den Eingängen des ersten Empfängers B und des zweiten Empfängers D an. Erster Empfänger B und zweiter Empfänger D empfangen die weitere Nachricht p. Die weitere Nachricht p ist dann an den ersten Empfänger B und den zweiten Empfänger D übertragen.
Mittels des in Figur 4 näher erläuterten Verfahrens extrahiert der erste Empfänger B aus den Nutzdateninhalten der ersten Nachricht a und der weiteren Nachricht p den Nutzdateninhalt der zweiten Nachricht b. Damit ist die zweite Nachricht b an den ersten Empfänger B übertragen.
Ebenso extrahiert der zweite Empfänger D aus den Nutzdateninhalten der zweiten Nachricht b und der weiteren Nachricht p den Nutzdateninhalt der ersten Nachricht a. Damit ist die erste Nachricht a an den zweiten Empfänger D übertragen.
2 illustriert schematisch den Aufbau der ersten Nachricht a, zweiten Nachricht b und weiteren Nachricht p. Die erste Nachricht a umfasst einen Header ha, in dem insbesondere die Adressaten der ersten Nachricht a und eine Kennung der ersten Nachricht a genannt sind. Die erste Nachricht a umfasst ferner einen ersten Nutzdateninhalt pla, der vorzugsweise eine feste Länge hat.
In gleicher Weise wie die erste Nachricht a umfasst auch die zweite Nachricht b einen Header hb, in dem insbesondere die Adressaten der ersten Nachricht b und eine Kennung der zweiten Nachricht b genannt sind und den zweiten Nutzdateninhalt plb, der vorzugweise eine feste Länge hat.
Die weitere Nachricht p weist ebenfalls einen Header hp auf, in dem insbesondere die Adressaten der weiteren Nachricht p genannt sind. Die weitere Nachricht p umfasst ferner den weiteren Nutzdateninhalt plp, der eine Linearkombination aus erstem Nutzdateninhalt pla und zweitem Nutzdateninhalt plb ist. Der Header hp der weiteren Nachricht p umfasst vorzugsweise auch die Kennungen der ersten Nachricht a und der zweiten Nachricht b sowie die Koeffizienten, mit deren Hilfe die Linearkombination, aus der der weitere Nutzdateninhalt plp gebildet wurde.
3 illustriert das Teilverfahren, welches in einer Ausführungsform im Gateway GW abläuft. Gateway GW empfängt in Schritt 100 die erste Nachricht a und die zweite Nachricht b in einem jeweiligen Eingangspuffer (wobei diese Eingangspuffer auch durch einen gemeinsamen Eingangspuffer gegeben sein können), der mit dem ersten Bus B1 bzw. dem zweiten Bus B2 verbunden ist.
Gateway GW liest aus dem ersten Header ha und dem zweiten Header hb die Adressaten der ersten Nachricht a und der zweiten Nachricht b und speichert sie in einer Liste in einem internen Speicherbereich.
Im nächsten Schritt 110 generiert der Gateway GW einen ersten Koeffizienten k1 und einen zweiten Koeffizienten k2 und speichert diese in einem designierten Speicherbereich. In einer möglichen Ausführungsform werden diese Koeffizienten als feste Werte vorgegeben. In einer weiteren möglichen Ausführungsform werden diese Koeffizienten zufällig in einem Wertebereich 1...n-1 gewählt, wobei n eine fest vorgebbare natürliche Zahl ist.
Im nächsten Schritt 120 wird der weitere Nutzdateninhalt plp ermittelt, gemäß der Formel $plp = k 1 * pla + k 2 * plb .$
Mathematisch gesehen werden die Koeffizienten k1, k2 hierbei als Elemente eines endlichen Erweiterungskörpers GF(m) mit m=qⁿ Elementen interpretiert, wobei q eine vorgebbare Primzahl ist und insbesondere zu q=2 gewählt werden kann. Der erste Nutzdateninhalt pla und der zweite Nutzdateninhalt plb sind als digitale Signale als Abfolge von Bits gegeben. Diese Abfolgen werden ebenfalls als Zahlwerte des Erweiterungskörpers GF(m) interpretiert, wobei n ≥ s, wobei s die Länge (also die Anzahl der Bits) der Abfolge ist. Die Addition und Multiplikation gemäß Formel (1) sind dann beispielsweise als Tabellen mit jeweils m Zeilen und m Spalten im Gateway GF hinterlegt, sodass der weitere Nutzdateninhalt plp durch drei Tabellenaufrufe generiert werden kann.
Werden die Koeffizienten k1, k2 aus dem Körper GF(2) mit zwei Elementen gewählt, also k1 = 1 und k2 = 1, so vereinfacht sich Formel (1) zu $plp = pla XOR plb$
wobei XOR eine bitweise Exklusiv-ODER-Verknüpfung darstellt.
Ebenso wird in Schritt 120 der weitere Header hp der weiteren Nachricht p generiert. Hierzu werden die gespeicherten Adressaten der ersten Nachricht a und der zweiten Nachricht b aus dem designierten Speicherbereich ausgelesen und im weiteren Header hp gespeichert. Im weiteren Header hp werden ferner die Kennungen der ersten Nachricht a und der zweiten Nachricht b gespeichert. Weiterhin werden im weiteren Header hp die Koeffizienten k1, k2 aus der verwendeten Linearkombination gespeichert.
In Schritt 130 identifiziert der Gateway GW, über welche datenübertragenden Verbindungen die Nachricht p an den ersten Adressaten B und den zweiten Adressaten D übermittelt werden soll, beispielsweise durch Aufruf einer im Gateway GW hinterlegten Tabelle (es ist selbstverständlich auch möglich, dass die erste Nachricht a und/oder die zweite Nachricht b diese Information übermitteln). Im Ausführungsbeispiel identifiziert Gateway GW, dass die Nachricht p über den weiteren Bus B3 an den ersten Adressaten B und den zweiten Adressaten D übermittelt werden soll und gibt die weitere Nachricht p auf den weiteren Bus B3. Damit endet dieser Teil des Verfahrens auf dem Gateway GW.
4 illustriert den Teil des Verfahrens, der in der Ausführungsform im ersten Empfänger B (zweiten Empfänger D) abläuft. In Schritt 200 empfängt der erste Empfänger B (zweite Empfänger D) die erste Nachricht a (zweite Nachricht b) und speichert sie in einem designierten Speicherbereich.
Im nächsten Schritt 210 empfängt der erste Empfänger B (zweite Empfänger D) die weitere Nachricht p identifiziert die im weiteren Header hp der weiteren Nachricht p hinterlegten Kennungen und vergleicht diese mit der in Schritt 200 gespeicherten Kennung des ersten Headers ha (zweiten Headers hb) der ersten Nachricht a (zweiten Nachricht b). Der erste Empfänger B (zweite Empfänger D) stellt eine Übereinstimmung der Kennungen fest und extrahiert aus dem weiteren Header hp der weiteren Nachricht p den ersten Koeffizienten k1 (zweiten Koeffizienten k2) der dem ersten Nutzdateninhalt pla zugeordnet ist. Ferner extrahiert der erste Empfänger B (zweite Empfänger D) den zweiten Koeffizienten k2 (ersten Koeffizienten k1) und speichert ihn als Divisor.
Im nächsten Schritt 220 ermittelt der erste Empfänger B (zweite Empfänger D) den zweiten Nutzdateninhalt plb (ersten Nutzdateninhalt pla) der zweiten Nachricht b (ersten Nachricht a) als $plb = k 2^{- 1} * (plp - k 1 * pla)$
bzw. $pla = k 1^{- 1} * (plp - k 2 * plb)$
Multiplikation und Subtraktion können dabei in Tabellen mit m Spalten und m Zeilen im ersten Empfänger B (zweiten Empfänger D) hinterlegt sein, die Bildung des Multiplikationsinversen als Tabelle mit einer Spalte und m Zeilen. Damit endet der Verfahrensteil, der im ersten Empfänger B (zweiten Empfänger D) abläuft.
Werden die Koeffizienten in Schritt 110 zufällig gewählt, hat dies Effizienzvorteile bei der Rekonstruktion der Terme, die in die weitere Nachricht p eingehen. Dies sei anhand von 1 illustriert. Ist der erste Nutzdateninhalt pla der ersten Nachricht a seinerseits eine Linearkombination von Nutzdateninhalten plx, ply zweier weiterer Nachrichten x, y, $pla = k x * plx + k y * ply$
mit Koeffizienten kx, ky, und liegt dem ersten Empfänger B neben dem ersten Nutzdateninhalt pla und dem weiteren Nutzdateninhalt plp eine von a verschiedene Linearkombination plz der Nutzdateninhalte plx, ply vor, also $plz = k x z * plx + k y z * ply$
so kann der erste Empfänger B die Nutzdateninhalte plx, ply die Nutzdateninhalte plx, ply gemäß der Formel $(\begin{matrix} p l x \\ p l y \end{matrix}) = {(\begin{matrix} k x & k y \\ k x y & k y z \end{matrix})}^{- 1} (\begin{matrix} p l a \\ p l z \end{matrix})$
ermitteln, was genau dann möglich ist, wenn der Rang der zu invertierenden Matrix gleich der Anzahl zu bestimmender Nachrichten ist.
Wird dieses Verfahren von mehreren Netzwerkteilnehmern mehrfach hintereinander ausgeführt, so wächst die zu invertierende Matrix. Der in Gleichungen (3) und (4) geschilderte allgemeine Zusammenhang verallgemeinert sich dann zu $p l r = K p l s,$
wobei plr ein Vektor bestehend aus allen empfangenen Nutzdateninhalte plr_i und pls ein Vektor bestehend aus allen gesendeten Nutzdateninhalten pls_j (natürliche Zahlen i,j indizieren die Inhalte). K ist eine Matrix, die zum Ermitteln der gesendeten Nutzdateninhalte pls analog zu Formel (5) invertiert werden muss.
Um N gesendete Nutzdateninhalte zu empfangen, müssen mindestens N Nutzdateninhalte empfangen werden so dass die Matrix K Rang N besitzt. Eine geeignete analytische Wahl der Koeffizienten, so dass die Matrix K bei möglichst wenigen empfangenen Nutzdateninhalten einen ausreichenden Rang behält, wird mit wachsendem N zunehmend schwerer.
Eine Möglichkeit ist, dass die zwischen Sender und Empfänger liegenden Teilnehmer weitere Linearkombinationen bilden und deren Ergebnis versenden lassen, so dass mehr empfangene Nutzdateninhalte entstehen. Dies erhöht jedoch die Netzwerklast.
Wählt man hingegen die Koeffizienten zufällig, so ist die Wahrscheinlichkeit sehr hoch, dass die Matrix ausreichenden Rang besitzt. Deshalb ist es besonders effizient und zweckmäßig, die Koeffizienten entweder zufällig zu wählen. Insbesondere ist es möglich, die Koeffizienten erst bei der Ausführung zufällig zu generieren, es ist aber auch möglich, die Koeffizienten vor Ausführung des Programms zu generieren und im Speicher abzulegen.
Weiterhin ist dies besonders vorteilhaft, weil bei zufälliger Wahl der Koeffizienten aus den gleichen Gründen eine Umstrukturierungen des Kommunikationsnetzwerks oder eine Veränderung von Nachrichtenweiterleitungsregeln (in Gateways) zur Laufzeit die Matrix weiterhin mit hoher Wahrscheinlichkeit einen ausreichenden Rang besitzt. In solchen Fällen kann Aufwand für Änderungen am Verfahren eingespart werden.
5 zeigt schematisch ein Kommunikationsnetzwerk gemäß einer weiteren Ausführungsform. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede zur in 1-4 erläuterten Ausführungsform dargestellt. Der zweite Empfänger D entfällt. Die weitere Nachricht p wird vom Gateway GW nur an den ersten Empfänger B übermittelt. Die weitere datenübertragende Verbindung B3 ist nur mit dem ersten Empfänger B verbunden. Sie kann beispielsweise durch eine Funkübertragung gegeben sein. Daher erfolgt nur eine Rekonstruktion des zweiten Nutzdateninhalts plb im ersten Empfänger B.
Der Vorteil dieses Ausführungsbeispiels gegenüber einer direkten Übertragung der zweiten Nachricht b über die weitere datenübertragende Verbindung B3 an den ersten Empfänger B ist eine Verbesserung der Sicherheit der Datenübertragung der zweiten Nachricht b. Ein etwaiger Spähangriff auf die weitere datenübertragende Verbindung B3 benötigt zur Rekonstruktion des zweiten Nutzdateninhalts plb neben der weiteren Nachricht p auch eine Kenntnis des ersten Nutzdateninhalts pla, sodass dieses Ausführungsform eine besonders sichere Datenübertragung ermöglicht.
6 zeigt schematisch ein Kommunikationsnetzwerk gemäß einer weiteren Ausführungsform. Im Folgenden werden lediglich die Unterschiede zur in 5 erläuterten Ausführungsform dargestellt. Der zweite Empfänger D ist hier eingeführt und mit dem Gateway GW verbunden, allerdings nicht über die zweite datenübertragende Verbindung B2. Der erste Sender A überträgt die erste Nachricht a auch an den zweiten Empfänger D. Gegenüber der in 5 dargestellten Ausführungsform ergibt sich hier eine Zustellung der ersten Nachricht a an den zweiten Empfänger D ohne zusätzliche Buslast auf dem ersten Bus B1.
Selbstverständlich können die beschriebenen Verfahren in Software realisiert sein, beispielsweise durch Computerprogramme, die auf maschinenlesbaren Speichermedien in den ausführenden Kommunikationsteilnehmern A, B, C, D, GW im Kommunikationsnetzwerk gespeichert sind und von diesen ausgeführt werden, oder in Hardware, oder in einer Mischform aus Hardware und Software.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 10226253 A1 [0002]

Claims

Verfahren zum Übertragen von Nachrichten in einem Kommunikationsnetzwerk, umfassend die Schritte: - Übermitteln einer ersten Nachricht (a), welche einen ersten Nutzdateninhalt (pla) umfasst, von einem ersten Sender (A) an einen ersten Empfänger (B) und an einen Busteilnehmer (GW), insbesondere einen Gateway, über eine erste datenübertragende Verbindung (B1), insbesondere einen ersten Bus; - Absenden einer zweiten Nachricht (b), welche einen zweite Nutzdateninhalt (plb) umfasst, von einem zweiten Sender (C) an den ersten Empfänger (B) - Empfangen auch der zweiten Nachricht (b) durch den Busteilnehmer (GW); - Generieren einer weiteren Nachricht (p), welche einen weiteren Nutzdateninhalt (plp) umfasst, der eine Linearkombination des ersten Nutzdateninhalts (pla) und des zweiten Nutzdateninhalts (plb) ist, durch den Busteilnehmer (GW); - Übermitteln der weiteren Nachricht (p) an den ersten Empfänger (B) über eine weitere datenübertragende Verbindung (B3) - Extrahieren des zweiten Nutzdateninhalts (plb) der zweiten Nachricht (b) aus der weiteren Nachricht (p) und der ersten Nachricht (a).
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die zweite Nachricht (b) auch vom zweiten Sender (C) an einen zweiten Empfänger (D) übermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Übermittlung der zweiten Nachricht (b) an den zweiten Empfänger (D) und an den Busteilnehmer (GW) über eine zweite datenübertragende Verbindung (B2) (welche sowohl von der ersten datenübertragenden Verbindung als auch von der weiteren datenübertragenden Verbindung verschieden ist), insbesondere einen zweiten Bus erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die erste Nachricht (a) über den Busteilnehmer (GW) an den zweiten Empfänger (D) übermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei die weitere Nachricht (p) über die weitere datenübertragende Verbindung (B3) auch an den zweiten Empfänger (D) übermittelt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei der erste Nutzdateninhalt (pla) der ersten Nachricht (a) aus der weiteren Nachricht (p) und der zweiten Nachricht (b) extrahiert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Linearkombination aus erstem Nutzdateninhalt(pla) und zweitem Nutzdateninhalt (plb) mit zufällig ausgewählten Koeffizienten gebildet wird.
Busteilnehmer (GW), insbesondere Gateway, zum Einsatz in einem Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, welcher eingerichtet ist, die erste Nachricht (a) und die zweite Nachricht (b) zu empfangen die weitere Nachricht (p) zu generieren und die erste Nachricht (a) und die weitere Nachricht (p) an ihren designierten Empfänger weiterzuleiten.
Busteilnehmer (GW) nach Anspruch 8, der eingerichtet ist, die erste Nachricht (a) über die erste datenübertragende Verbindung (B1) zu empfangen und die weitere Nachricht (p) über die weitere datenübertragende Verbindung (B3) abzusenden.
Kommunikationsnetzwerk, umfassend einen ersten Sender (A), einen zweiten Sender (C), einen ersten Empfänger (B) und einen Busteilnehmer (GW), insbesondere einen Gateway, wobei der erste Sender (A), der erste Empfänger (B) und der Busteilnehmer (GW) über eine erste datenübertragende Verbindung (B1) zumindest mittelbar miteinander verbunden sind, und wobei der Busteilnehmer (GW) über eine zweite datenübertragende Verbindung (B2) zumindest mittelbar mit dem zweiten Sender (C) verbunden ist, und wobei der Busteilnehmer (GW) über eine weitere datenübertragende Verbindung (B3) mit dem ersten Empfänger (B) wenigstens mittelbar verbunden ist, und wobei der erste Sender (A) eingerichtet ist eine erste Nachricht (a), welche einen ersten Nutzdateninhalt (pla) umfasst an den ersten Empfänger (B) und an den Busteilnehmer (GW) zu übermitteln, und wobei der zweite Sender (C) eingerichtet ist, eine zweite Nachricht (b), welche einen zweiten Nutzdateninhalt (plb) umfasst an den Busteilnehmer (GW) zu übermitteln, wobei der Busteilnehmer (GW) eingerichtet ist, eine weitere Nachricht (p) zu generieren, welche einen weiteren Nutzdateninhalt (plp) umfasst, der eine Linearkombination des ersten Nutzdateninhalts (pla) und des zweiten Nutzdateninhalts (plb) ist, wobei der Busteilnehmer (GW) ferner eingerichtet ist, die weitere Nachricht (p) über die weitere datenübertragende Verbindung (B3) an den ersten Empfänger (B) zu übermitteln.
Kommunikationsnetzwerk nach Anspruch 10, wobei der erste Empfänger (B) eingerichtet ist, den zweiten Nutzdateninhalt (plb) der zweiten Nachricht (b) aus der weiteren Nachricht (p) und der ersten Nachricht (a) zu extrahieren.
Kommunikationsnetzwerk nach Anspruch 10 oder 11, ferner umfassend einen zweiten Empfänger (D), wobei der zweite Sender (C) eingerichtet ist, die zweite Nachricht (b) auch an den zweiten Empfänger (D) zu übermitteln.
Kommunikationsnetzwerk nach Anspruch 12, ferner umfassend eine zweite datenübertragende Verbindung (B2), wobei der zweite Sender (C) eingerichtet ist, die zweite Nachricht (b) an den zweiten Empfänger (D) und an den Busteilnehmer (GW) über die zweite datenübertragende Verbindung (B2) zu übermitteln.
Kommunikationsnetzwerk nach Anspruch 12 oder 13, wobei der Busteilnehmer (GW) einrichtet ist, die erste Nachricht (a) zu empfangen und an den zweiten Empfänger (D) zu übermitteln.
Kommunikationsnetzwerk nach Anspruch 14, wobei der Busteilnehmer (GW) eingerichtet ist, die weitere Nachricht (p) über die weitere datenübertragende Verbindung (B3) auch an den zweiten Empfänger (D) zu übermitteln.
Kommunikationsnetzwerk nach Anspruch 15, wobei der zweite Empfänger (D) eingerichtet ist, den ersten Nutzdateninhalt (pla) der ersten Nachricht (a) aus der weiteren Nachricht (p) und der zweiten Nachricht (b) zu extrahieren.
Kommunikationsnetzwerk nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei der Busteilnehmer (GW) eingerichtet ist, die Linearkombination aus erstem Nutzdateninhalt (pla) und zweitem Nutzdateninhalt (plb) mit zufällig ausgewählten Koeffizienten zu bilden.