DE102018003535A1

DE102018003535A1 - Schnellverbinden in Drahtlosmaschennetzwerken mit vorbestimmten physischen Topologien

Info

Publication number: DE102018003535A1
Application number: DE102018003535.3A
Authority: DE
Inventors: Alain Pierre LEVESQUE; Lance Robert Doherty; David Ramsay Hanson BACHER; Sergey AMUR
Original assignee: Linear Technology LLC
Current assignee: Analog Devices International ULC
Priority date: 2017-05-01
Filing date: 2018-04-30
Publication date: 2018-11-08
Also published as: US20180316558A1; JP6567725B2; CN108810994B; JP2018191286A; JP2020005267A; CN108810994A; JP6856714B2

Abstract

In einem Drahtlosmaschennetzwerk mit bekannter oder vorbestimmter physischer Topologie kann ein Netzwerkknoten oder Zugangspunkt (AP) in Reaktion auf das Empfangen einer Netzwerkannoncierung unmittelbar mit dem Betrieb in dem Netzwerk beginnen. Insbesondere kann der Knoten oder Zugangspunkt ein Netzwerkkommunikationsschema speichern und das Netzwerkkommunikationsschema auf Grundlage eines Parameterwertes / von Parameterwerten, der/die in der von dem Netzwerkbetreiber her empfangenen Netzwerkannoncierung empfangen wird/werden, anpassen. Im Ergebnis kann der Knoten oder Zugangspunkt entsprechend einem Netzwerkkommunikationsschema unmittelbar nach dem Empfangen der Netzwerkannoncierung mit dem Betrieb beginnen, indem er Pakete unter Nutzung von zugewiesenen Paaren von Kommunikationskanälen und Zeitschlitzen in dem angepassten Kommunikationsschema überträgt. Das durch den Knoten oder Zugangspunkt gespeicherte Netzwerkkommunikationsschema kann die Form eines Algorithmus annehmen, der den Parameterwert / die Parameterwerte, der/die in der Netzwerkannoncierung empfangen wird/werden, als Eingabe/Eingaben nimmt und bei Ausführung durch den Knoten oder Zugangspunkt das passende angepasste Netzwerkkommunikationsschema ausgibt.

Description

Verweis auf verwandte Anmeldung
Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Rechtsvorteil der am 1. Mai 2017 eingereichten vorläufigen US-Anmeldung Nr. 62/492,636 , deren Offenbarung hiermit durch Verweis in Gänze mit aufgenommen ist.
Technisches Gebiet
Der vorliegende Erfindungsgegenstand betrifft Techniken und Mittel, die ermöglichen, dass sich Drahtlosnetzwerkknoten effizient mit einem Maschendrahtlosnetzwerk, das eine vorbestimmte physische Topologie aufweist, verbinden.
Hintergrund
Ein Drahtlosmaschennetzwerk ist ein Netzwerk, in dem Drahtlosnetzwerkknoten zur Kommunikation miteinander über eine Masche von Drahtloslinks konfiguriert sind. Ein Netzwerkbetreiber kommuniziert mit den Drahtlosnetzwerkknoten durch seinen verknüpften Zugangspunkt und stellt eine Schnittstelle zwischen dem Drahtlosmaschennetzwerk und Elementen außerhalb des Maschennetzwerkes (beispielsweise einem externen Netzwerk, externen Anwendungen und dergleichen mehr) bereit.
Der Netzwerkbetreiber ist zudem dafür konfiguriert, den Betrieb des Netzwerkes zu betreiben, darunter das Hinzufügen oder Verbinden von Drahtlosnetzwerkknoten mit dem Netzwerk, bevor die Knoten über das Netzwerk kommunizieren. Das Verbinden eines Netzwerkknotens erfordert üblicherweise den Austausch einer Abfolge von Handshake-Paketen zwischen dem Betreiber und jedem sich verbindenden Drahtlosnetzwerkknoten, darunter die Übertragung eines Netzwerkkommunikationsschemas von dem Betreiber an den sich verbindenden Knoten. Als solches kann die Einrichtung des Drahtlosmaschennetzwerkes ein zeitintensiver Prozess sein.
Zusammenfassung
Die hier vorgestellte Lehre behebt die vorbesprochenen Probleme, indem sie ermöglicht, dass sich Drahtlosnetzwerkknoten effizient mit einem Maschendrahtlosnetzwerk, das eine vorbestimmte physische Topologie aufweist, verbinden.
Bei einem Drahtlosmaschennetzwerk mit einer bekannten oder vorbestimmten physischen Topologie kann ein Netzwerkknoten oder Zugangspunkt (Access Point AP) mit dem Betrieb in dem Netzwerk unmittelbar in Reaktion auf das Empfangen einer Netzwerkannoncierung beginnen. Insbesondere kann der Knoten oder Zugangspunkt AP ein Netzwerkkommunikationsschema speichern und das Netzwerkkommunikationsschema auf Grundlage eines Parameterwertes / von Parameterwerten, der/die in der von dem Netzwerkbetreiber her empfangenen Netzwerkannoncierung empfangen wird/werden, anpassen. Im Ergebnis kann der Knoten oder Zugangspunkt AP mit dem Betrieb entsprechend einem Netzwerkkommunikationsschema unmittelbar nach dem Empfangen der Netzwerkannoncierung dadurch beginnen, dass Pakete unter Nutzung von zugewiesenen Paaren von Kommunikationskanälen und Zeitschlitzen in dem angepassten Kommunikationsschema übertragen werden. Das durch den Knoten oder Zugangspunkt AP gespeicherte Netzwerkkommunikationsschema kann die Form eines Algorithmus annehmen, der den in der Netzwerkannoncierung empfangenen Parameterwert / die in der Netzwerkannoncierung empfangenen Parameterwerte als Eingabe/Eingaben nimmt und bei Ausführung durch den Knoten oder Zugangspunkt AP das passende angepasste Netzwerkkommunikationsschema ausgibt.
Bei einer exemplarischen Ausführungsform kann ein Verfahren zum Ermöglichen eines Schnellverbindens in einem Drahtlosmaschennetzwerk ein in einem Drahtlosnetzwerkknoten erfolgendes Empfangen eines Paketes, das durch einen Betreiber des Drahtlosmaschennetzwerkes übertragen wird, implizieren. Das Paket beinhaltet einen Parameterwert, der durch den Betreiber des Drahtlosmaschennetzwerkes übertragen wird. Ein angepasstes Kommunikationsschema für das Drahtlosmaschennetzwerk wird in dem Drahtlosnetzwerkknoten auf Grundlage des Parameterwertes, der in dem Paket empfangen wird, und eines vorbestimmten Kommunikationsschemas, das durch den Drahtlosnetzwerkknoten gespeichert wird, bestimmt. Das angepasste Kommunikationsschema verknüpft jeden jeweiligen Knoten von mehreren Drahtlosnetzwerkknoten mit einem oder mehreren Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paaren, wobei jedes Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paar einen Kommunikationskanal von mehreren Kommunikationskanälen und einen Zeitschlitz von mehreren Zeitschlitzen zur Nutzung durch den jeweiligen Knoten für die Übertragung eines Paketes in dem Drahtlosmaschennetzwerk angibt. Ein Paket wird von dem Drahtlosnetzwerkknoten auf einem Kommunikationskanal und während eines Zeitschlitzes, die mit dem Drahtlosnetzwerkknoten in dem angepassten Kommunikationsschema verknüpft sind, übertragen.
Bei einer weiteren exemplarischen Ausführungsform kann ein Drahtlosnetzwerkknoten, der zum Schnellverbinden mit einem Drahtlosmaschennetzwerk konfiguriert ist, einen Drahtlossendeempfänger, einen Prozessor und einen nichttemporären Speicher beinhalten. Der Drahtlossendeempfänger ist zur Drahtloskommunikation mit Drahtlosnetzwerkknoten und Zugangspunkten des Drahtlosmaschennetzwerkes konfiguriert. Der Prozessor ist kommunikationstechnisch mit dem Drahtlossendeempfänger verbunden. Die nichttemporäre Speichervorrichtung speichert Programmanweisungen, die bei Ausführung durch den Prozessor veranlassen, dass der Drahtlosnetzwerkknoten mittels des Drahtlossendeempfängers ein Paket, das durch einen Betreiber des Drahtlosmaschennetzwerkes übertragen wird, empfängt, wobei das Paket einen Parameterwert beinhaltet, der durch den Betreiber des Drahtlosmaschennetzwerkes übertragen wird. Die Anweisungen veranlassen des Weiteren, dass der Drahtlosnetzwerkknoten ein angepasstes Kommunikationsschema für das Drahtlosmaschennetzwerk auf Grundlage des Parameterwertes, der in dem Paket empfangen wird, und eines vorbestimmten Kommunikationsschemas, das in dem nichttemporären Speicher des Drahtlosnetzwerkknotens gespeichert ist, bestimmt. Das angepasste Kommunikationsschema verknüpft jeden jeweiligen Knoten von mehreren Drahtlosnetzwerkknoten mit einem oder mehreren Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paaren, wobei jedes Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paar einen Kommunikationskanal von mehreren Kommunikationskanälen und einen Zeitschlitz von mehreren Zeitschlitzen zur Nutzung durch den jeweiligen Knoten bei der Übertragung eines Paketes in dem Drahtlosmaschennetzwerk angibt. Die Anweisungen veranlassen des Weiteren, dass der Drahtlosnetzwerkknoten mittels des Drahtlossendeempfängers ein Paket über einen Kommunikationskanal und während eines Zeitschlitzes, die mit dem Drahtlosnetzwerkknoten in dem angepassten Kommunikationsschema verknüpft sind, überträgt.
Zusätzliche Vorteile und neue Merkmale sind teils in der nachfolgenden Beschreibung niedergelegt und erschließen sich teils einem Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet beim Studium des Nachfolgenden sowie der begleitenden Zeichnung oder können durch praktisches Umsetzen und Betreiben der Beispiele erfahrbar gemacht werden. Die Vorteile der vorliegenden Lehre können durch praktische Umsetzung oder Nutzung von verschiedenen Aspekten der methodischen Vorgehensweisen, Instrumentarien und Kombinationen, die in den nachfolgend erläuterten Detailbeispielen niedergelegt sind, verwirklicht und erreicht werden.
Figurenliste
Die Figuren der Zeichnung zeigen eine oder mehrere Implementierungen entsprechend der vorliegenden Lehre beispiels- und nicht beschränkungshalber. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen oder ähnliche Elemente.

1A ist ein abstrahiertes funktionelles Blockdiagramm eines Drahtlosmaschennetzwerksystems, das Kapazitäten zum schnellen Netzwerkverbinden bereitstellt.
1B ist ein abstrahiertes funktionelles Blockdiagramm eines Drahtlosmaschennetzwerkes mit bekannter physischer Topologie.
2A ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines exemplarischen Kommunikationsschemas für ein Drahtlosmaschennetzwerk, so beispielsweise die in 1A oder 1B gezeigten, während 2B eine Detailansicht eines Abschnittes des exemplarischen Kommunikationsschemas von 2A ist.
3 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines exemplarischen Verfahrens zum Schnellverbinden durch einen Drahtlosknoten in einem Drahtlosmaschennetzwerk, so beispielsweise dem in 1 gezeigten.
4 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines exemplarischen Verfahrens zum Bestimmen der Identität eines sich schnell verbindenden Drahtlosknotens in einem Drahtlosmaschennetzwerk, so beispielsweise dem in 1 gezeigten.
5 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines exemplarischen Verfahrens zum Schnellverbinden durch einen Netzwerkbetreiber in einem Drahtlosmaschennetzwerk, so beispielsweise dem in 1 gezeigten.
6 ist ein abstrahiertes funktionelles Blockdiagramm eines exemplarischen Drahtlosnetzwerkknotens, der in den Drahtlosmaschennetzwerken von 1A und/oder 1B und/oder bei den Verfahren von 3, 4 und/oder 5 verwendet werden kann.
7 ist ein abstrahiertes funktionelles Blockdiagramm eines exemplarischen Zugangspunktes (AP), der in den Drahtlosmaschennetzwerken von 1A und/oder 1B und/oder bei den Verfahren von 3, 4 und/oder 5 verwendet werden kann.
8 ist ein abstrahiertes funktionelles Blockdiagramm eines exemplarischen Netzwerkbetreibers, der in den Drahtlosmaschennetzwerken von 1A und/oder 1B und/oder bei den Verfahren von 3, 4 und/oder 5 verwendet werden kann.

Detailbeschreibung
In der nachfolgenden Detailbeschreibung sind beispielhalber zahlreiche spezifische Details aufgeführt, um ein eingehendes Verständnis der relevanten Lehre zu ermöglichen. Es sollte für einen Fachmann auf dem Gebiet jedoch einsichtig sein, dass die vorliegende Lehre auch ohne diese Details umgesetzt werden kann. In anderen Fällen sind bekannte Verfahren, Prozeduren, Komponenten und/oder Schaltelemente vergleichsweise abstrakt und ohne Details beschrieben, um eine unnötige Verschleierung von Aspekten der vorliegenden Lehre zu vermeiden.
Die hier offenbarten verschiedenen Verfahren und Systeme verbessern die Effizienz beim Einrichten eines Drahtlosmaschennetzwerkes, indem sie ermöglichen, dass Drahtlosnetzwerkknoten ein Netzwerkkommunikationsschema auf Grundlage eines von dem Netzwerkbetreiber empfangenen Parameters bestimmen oder anpassen. Jeder Knoten kann beispielsweise das Kommunikationsschema nur auf Grundlage eines in einer Netzwerkannoncierung empfangenen Parameterwertes / von in einer Netzwerkannoncierung empfangenen Parameterwerten und einer in dem Knoten gespeicherten vorbestimmten Kommunikationsschemainformation bestimmen. Im Ergebnis können Knoten des Drahtlosmaschennetzwerkes unmittelbar (beispielsweise nach weniger als 10 s) nach dem Empfangen der Netzwerkannoncierung mit dem Betrieb beginnen. Darüber hinaus müssen sich weder die Knoten noch der Netzwerkbetreiber mit einer zeitintensiven Netzwerkerkundung oder mit Multi-Paket-Handshakes auseinandersetzen, wodurch ein rationalisierter Prozess des Verbindens mit einem Netzwerk und des Bildens desselben, bei dem eine minimale Netzwerkbandreite genutzt wird, bereitgestellt wird.
Im Betrieb kann jeder Drahtlosnetzwerkknoten beim Hochfahren nach einer Netzwerkannoncierung suchen. Eine Netzwerkannoncierung ist ein Paket, das durch einen Netzwerkbetreiber entweder direkt oder durch einen oder mehrere Drahtlosnetzwerkknoten, die mit dem Maschennetzwerk verbunden sind, rundgesendet (broadcast) wird und das eine Netzwerkkennung (beispielsweise eine Netzwerk-ID) und einen Parameterwert oder mehrere Parameterwerte, die von Drahtlosnetzwerkknoten zum Verbinden mit dem Maschennetzwerk genutzt werden, beinhaltet. Der Parameterwert kann / die Parameterwerte können einen Parameterwert/Parameterwerte beinhalten, der/die eine Maschennetzwerkeigenschaft (beispielsweise die Größe des Maschennetzwerkes, so beispielsweise die Anzahl von Knoten, die Topologie des Maschennetzwerkes oder dergleichen) oder dergleichen angibt. In Reaktion auf das Empfangen der Netzwerkannoncierung erfolgt durch den Drahtlosnetzwerknoten ein Bestimmen oder Anpassen eines Netzwerkkommunikationsschemas für das Maschennetzwerk auf Grundlage des in der Netzwerkannoncierung empfangenen Parameterwertes / der in der Netzwerkannoncierung empfangenen Parameterwerte und eines vorbestimmten Kommunikationsschemas, das durch den Drahtlosnetzwerkknoten gespeichert wird. Der Drahtlosnetzwerkknoten kann beispielsweise ein Netzwerkkommunikationsschema berechnen, das jeden jeweiligen Knoten des Netzwerkes mit einem oder mehreren Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paaren verknüpft, wobei jedes Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paar einen zugewiesenen Kommunikationskanal und einen zugewiesenen Zeitschlitz zur Nutzung durch den jeweiligen Knoten beim Übertragen eines Paketes in dem Drahtlosmaschennetzwerk angibt. Das Netzwerkkommunikationsschema kann dadurch bestimmt werden, dass ein durch den Drahtlosnetzwerkknoten gespeicherter Algorithmus ausgeführt wird, der den empfangenen Parameterwert / die empfangenen Parameterwerte als Eingabe nimmt. Der Drahtlosnetzwerkknoten kann sodann auf Grundlage des Kommunikationsschemas mit dem Betrieb beginnen, und zwar beispielsweise durch Übertragen einer Netzwerkverbindungsmitteilung oder einer anderen Mitteilung während eines Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paares, das in dem bestimmten Netzwerkkommunikationsschema als dem Drahtlosnetzwerkknoten zugewiesen identifiziert ist.
Auf diese Weise können der Netzwerkbetreiber und jeder der Drahtlosnetzwerkknoten in dem Netzwerk auf Grundlage desselben Netzwerkkommunikationsschemas, das deterministisch in jedem Drahtlosnetzwerkknoten auf Grundlage des kommunizierten Parameterwertes / der kommunizierten Parameterwerte bestimmt wird, unmittelbar mit dem Betrieb beginnen. Der Netzwerkbetreiber und die Drahtlosnetzwerkknoten können mit dem Betrieb beispielsweise auf Grundlage desselben Netzwerkkommunikationsschemas beginnen, und dies sogar bevor die Netzwerkverbindunggsmitteilung durch den Netzwerkbetreiber von jedem der Knoten empfangen wird.
Jeder Knoten bestimmt das Netzwerkkommunikationsschema auf Grundlage eines Parameterwertes / von Parameterwerten, der/die von dem Netzwerkbetreiber empfangen wird/werden, darunter eines oder mehrere von: (i) einer Zufallszahl; (ii) einer Netzwerkeigenschaft, so beispielsweise einer erwarteten Anzahl von Knoten in dem Netzwerk; (iii) einer Schemabildungseigenschaft, so beispielsweise einer Kennung eines Schemabildungsalgorithmus für das Netzwerk; (iv) einer Zeittaktungseigenschaft, so beispielsweise einer aktuellen Zeit-Schlitz-Anzahl; und/oder (v) einer Kommunikationskanaleigenschaft, so beispielsweise einer Kommunikationskanäle aufweisenden schwarzen Liste, die Kommunikationskanäle, die von dem Netzwerk nicht verwendet werden, auflistet.
In Fällen, in denen der Parameterwert / die Parameterwerte die Zufallszahl beinhaltet/beinhalten, wird das Netzwerkkommunikationsschema zufällig ausgewählt. Da jedoch alle Drahtlosnetzwerkknoten dieselbe Zufallszahl als Parameterwert empfangen, bestimmen alle Drahtlosnetzwerkknoten dasselbe/gemeinsame Kommunikationsschema und können daher miteinander entsprechend demselben/gemeinsamen Schema, das zufällig ausgewählt ist, kommunizieren.
Beginnt ein Drahtlosnetzwerkknoten mit dem Betrieb und bestimmt das Netzwerkkommunikationsschema (beispielsweise auf Grundlage des Parameterwertes / der Parameterwerte, der/die von dem Netzwerkbetreiber empfangen wird/werden), so weiß der Drahtlosnetzwerkknoten gegebenenfalls nicht, welchem Knoten des Netzwerkkommunikationsschemas er entspricht. In derartigen Situationen wählt der Drahtlosnetzwerkknoten (beispielsweise zufällig) mehrere Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paare aus, die verschiedenen Knoten in dem Netzwerkkommunikationsschema zugewiesen sind. Der Netzwerkknoten geht dazu über, über das Drahtlosmaschennetzwerk in den ausgewählten Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paaren zu kommunizieren. In Reaktion auf das Empfangen einer Antwort von dem Netzwerkbetreiber, die eine korrigierte Knotenkennung beinhaltet, bestimmt der Knoten wiederum, dass er dem identifizierten korrigierten Knoten entspricht, und überträgt zukünftige Pakete über das Netzwerk unter Nutzung derjenigen Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paare, die dem identifizierten korrigierten Knoten in dem Netzwerkkommunikationsschema zugewiesen sind.
Die Verfahren zum Schnellverbinden ermöglichen, dass Netzwerkknoten mit dem Betrieb in einem Drahtlosmaschennetzwerk innerhalb von 10 s oder weniger ab dem Empfangen einer Netzwerkannoncierung für das Drahtlosmaschennetzwerk beginnen. Insbesondere dadurch, dass das Verbinden von Knoten zum Bestimmen eines Kommunikationsschemas für das Netzwerk nur auf Grundlage eines Parameterwertes / nur auf Grundlage von Parameterwerten, der/die in der Netzwerkannoncierung beinhaltet ist/sind, und gespeicherter Kommunikationsschemainformation, so beispielsweise einem Algorithmus zum Bestimmen des Kommunikationsschemas, ermöglicht wird, können die Knoten entsprechend dem Netzwerkkommunikationsschema unmittelbar mit dem Betrieb beginnen. Die Knoten verbinden sich unter Nutzung einer minimalen Netzwerkbandbreite, wodurch die Netzwerkressourcen, die dafür benötigt werden, dass sich Knoten mit dem Netzwerk verbinden, geschont werden.
Die hier beschriebenen Schhellverbindungssysteme und Verfahren können vorteilhafterweise in Drahtlosmaschennetzwerken verwendet werden, bei denen der Beginn des Betriebs unmittelbar nach dem Hochfahren erforderlich ist, so beispielsweise bei Drahtlosmaschennetzwerken, die in Drahtlosbatterieüberwachungssystemen (Wireless Battery Monitoring Systems; WBMS), bei der Schienenfahrzeugüberwachung und dergleichen verwendet werden. Bei derartigen Anwendungen muss das Drahtlosmaschennetzwerk gegebenenfalls unmittelbar nach dem Starten eines Fahrzeuges (beispielsweise eines Elektrofahrzeuges, einer Lokomotive oder dergleichen) mit dem Betrieb beginnen.
Weitere Merkmale werden nachstehend anhand der in der begleitenden Zeichnung dargestellten Beispiele detailliert beschrieben.
1 zeigt ein Beispiel für ein Drahtlosmaschennetzwerksystem 100, das ein Schnellverbinden ermöglicht. Wie gezeigt ist, beinhaltet das Drahtlosmaschennetzwerksystem 100 ein Drahtlosmaschennetzwerk 101, das mehrere Drahtlosknoten 103 (beispielsweise Sensorknoten oder Motes) und einen oder mehrere Zugangspunkte (APs) 105 beinhaltet, die drahtlos über Drahtloskommunikationslinks (die beispielhalber durch gestrichelte Linien gezeigt sind) miteinander kommunizieren. Der Zugangspunkt / die Zugangspunkte AP 105 ist/sind kommunikationstechnisch mit einem Drahtlosnetzwerkbetreiber oder mehreren Drahtlosnetzwerkbetreibern 107 verbunden. Ein Netzwerkbetreiber 107 kann einen Teil derselben physischen Vorrichtung wie der verknüpfte Zugangspunkt 105 bilden, oder er kann mit dem verknüpften Zugangspunkt AP 105 durch einen Kommunikationslink (beispielsweise eine drahtgebundene Verbindung), wie in 1A gezeigt ist, kommunizieren.
Der Zugangspunkt / die Zugangspunkte AP 105 bildet/bilden eine Brücke zwischen dem Drahtlosmaschennetzwerk 101 einerseits und dem Netzwerkbetreiber / den Netzwerkbetreibern 107 und Elementen außerhalb des Drahtlosmaschennetzwerkes 101 andererseits. Der Zugangspunkt / die Zugangspunkte AP 105 und der Netzwerkbetreiber / die Netzwerkbetreiber 107 kann/können beispielsweise eine Brücke oder einen Gateway zwischen dem Drahtlosmaschennetzwerk 101 und einem Kommunikationsnetzwerk 111 außerhalb des Drahtlosmaschennetzwerkes, so beispielsweise einem drahtgebundenen Kommunikationsnetzwerk (beispielsweise dem Internet), und/oder einem Drahtlosnetzwerk (beispielsweise einem Hi-Fi-Netzwerk) bilden. Der Zugangspunkt / die Zugangspunkte AP 105 und der Netzwerkbetreiber / die Netzwerkbetreiber 107 können zudem eine Brücke oder einen Gateway zwischen dem Drahtlosmaschennetzwerk 101 und einer Hostanwendung/Hostanwendungen 109 (auf die beispielsweise durch das Kommunikationsnetzwerk 111 zugegriffen werden kann) bilden.
Im Betrieb kann jeder Knoten 103 oder Zugangspunkt AP 105 des Drahtlosmaschennetzwerkes 101 „Upstream“-Pakete erzeugen und an einen beliebigen anderen Knoten 103 oder Zugangspunkt AP 105, der innerhalb des eigenen Kommunikationsbereiches ist, senden, und es können die Pakete wiederum durch den empfangenden Knoten 103 oder Zugangspunkt AP 105 an weitere Knoten oder Zugangspunkte AP in dem Netzwerk weitergeleitet oder erneut übertragen werden. Auf diese Weise kann sich ein Paket, das durch einen Knoten 103 übertragen wird, durch das Drahtlosmaschennetzwerk 101 zu einem beliebigen Netzwerkbetreiber 107 oder einer externen Hostanwendung 109 bewegen. Umgekehrt kann ein Knoten 103 „Downstream“-Pakete empfangen und verarbeiten, die sich durch das Maschendrahtlosnetzwerk 101 von einem beliebigen Betreiber 107 oder einer Hostanwendung 109 her bewegt haben. Enthalten können die Pakete Daten (beispielsweise Sensordaten von einem Sensorknoten, Steuer- bzw. Regeldaten für einen Betätigerknoten) und/oder Betriebsdaten zum Einrichten oder Erhalten des Netzwerkes (beispielsweise ein Verbindungspaket, das zum Verbinden eines neuen Knotens mit dem Netzwerk verwendet wird).
Zusätzlich zur Bereitstellung einer Brücke zwischen dem Drahtlosmaschennetzwerk 101 und Elementen außerhalb des Netzwerkes betreibt/betreiben oder administriert/administrieren der Drahtlosnetzwerkbetreiber / die Drahtlosnetzwerkbetreiber 107 das Drahtlosmaschennetzwerk 101. Ein Drahtlosnetzwerkbetreiber 107 kann daher veranlassen, dass ein verknüpfter Zugangspunkt AP oder mehrere verknüpfte Zugangspunkte AP 105 Netzwerkannoncierungen für das Drahtlosmaschennetzwerk 101 übertragen oder rundsenden (broadcast) und kann sich wiederum mit dem Maschendrahtlosnetzwerk 101 zu eigenen Knoten 103 und Zugangspunkten AP 105, von denen die Netzwerkverbindungsmitteilungen empfangen werden, verbinden.
Der Drahtlosnetzwerkbetreiber 107 setzt des Weiteren ein Netzwerkkommunikationsschema für das Maschendrahtlosnetzwerk 101 fest. Das Netzwerkkommunikationsschema verknüpft jeden jeweiligen Knoten, der mit dem Netzwerk verbunden ist, mit einem oder mehreren Paaren eines Kommunikationskanals und eines Zeitschlitzes. Jedes Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paar des Kommunikationsschemas gibt einen zugewiesenen Kommunikationskanal und einen zugewiesenen Zeitschlitz zur Nutzung durch den verknüpften Knoten 103 bei der Übertragung eines Paketes in dem Drahtlosmaschennetzwerk 101 an. Der verknüpfte Knoten 103 kann daher ein Paket an einen anderen Knoten oder mehrere andere Knoten des Drahtlosmaschennetzwerkes 101, der/die innerhalb des eigenen Kommunikationsbereiches ist/sind, während jedes zugewiesenen Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paares übertragen. Darüber hinaus kann jeder Knoten 103 Pakete von benachbarten Knoten, in deren Kommunikationsbereichen er befindlich ist, während der Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paare, die den benachbarten Knoten zugewiesen sind, empfangen. Ein Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paar kann auch als Kommunikationslink zwischen Knoten bezeichnet werden, und es kann der Fluss (flow) von Paketen durch das Drahtlosmaschennetzwerk 101 wenigstens teilweise durch die Kommunikationslinks, die in dem Netzwerkkommunikationsschema beinhaltet sind, bestimmt werden, um eine Kommunikation zwischen Paaren von benachbarten Knoten 103 und Zugangspunkten AP 105 zu ermöglichen.
Die Drahtlosnetzwerkbetreiber 107 sind zudem für die Gewährleistung der Netzwerksicherheit verantwortlich, indem sie Knoten 103, Zugriffspunkte AP 105 und andere Betreiber 107, die sich mit dem Netzwerk verbinden oder darüber kommunizieren, authentisieren und indem sie eine Verschlüsselung von Paketen, die über das Netzwerk 101 ausgetauscht werden, ermöglichen. Zu diesem Zweck verwahren die Drahtlosnetzwerkbetreiber 107 Authentisierungsdaten. Die Authentisierungsdaten können Sicherheitsschlüssel (beispielsweise Verschlüsselungs- und Entschlüsselungsschlüssel) und Zähler (beispielsweise Paketzähler), die zur Verschlüsselung/Entschlüsselung von Paketen und zur Authentisierung von Vorrichtungen in dem Drahtlosmaschennetzwerk 101 verwendet werden, beinhalten. Jeder Netzwerkknoten 103 und/oder Zugangspunkt AP 105 speichert und nutzt auf ähnliche Weise komplementäre Authentisierungsdaten, die Authentisierungsschlüssel (beispielsweise Verschlüsselungs- und/oder Entschlüsselungsschlüssel) und Paketzähler beinhalten. Auf Grundlage der Authentisierungsdaten können Pakete durch einen beliebigen Netzwerkbetreiber 107 vor der Versendung durch das Drahtlosmaschennetzwerk 101 an einen Netzwerkknoten 103 oder einen Zugriffspunkt AP 105, der die Pakete entschlüsseln kann, verschlüsselt werden und durch einen beliebigen Netzwerkbetreiber 107 bei Empfang von einem Netzwerkknoten 103 oder einem Zugriffspunkt AP 105 durch das Drahtlosmaschennetzwerk 101 entschlüsselt werden.
Die physische oder positionsmäßige/geographische Anordnung von Netzwerkknoten 103 und Zugangspunkten AP 105 relativ zueinander in einem Drahtlosmaschennetzwerk 101 wird als physische Topologie des Netzwerkes bezeichnet. Die Topologie eines Netzwerkes kann zufällig sein, wie exemplarisch in 1A gezeigt ist, wo Netzwerkknoten 103 unsystematische Positionsanordnungen relativ zueinander aufweisen. Alternativ können Netzwerkknoten 103 regelmäßig angeordnet sein, um ein Netzwerk 101' mit hochgradig organisierter physischer Topologie zu bilden, wofür ein exemplarisches Beispiel in 1B gezeigt ist. Die physische Topologie des Netzwerkes bestimmt, welche Netzwerkknoten 103 und Zugangspunkte AP 105 innerhalb des Kommunikationsbereiches voneinander befindlich sind und welche Netzwerkknoten 103 und Zugriffspunkte AP 105 daher direkt drahtlos miteinander kommunizieren können.
Zusätzlich zur physischen Topologie des Netzwerkes bestimmt das Netzwerkkommunikationsschema, welche Knoten Kapazitäten aufweisen, um miteinander zu kommunizieren, und bestimmt zudem die Zeittaktung dieser Kapazitäten. In diesem Zusammenhang bestimmt das Netzwerkkommunikationsschema die Linktopologie des Netzwerks. Insbesondere bestimmt das Netzwerkkommunikationsschema, welchen Knoten Kommunikationslinks oder Kapazitäten für Kommunikationsbereiche mit anderen Knoten durch die Zuweisung der Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paare zugewiesen sind.
In Situationen, in denen die physische Topologie eines Netzwerkes zu dem Zeitpunkt, zu dem das Netzwerk erstmalig eingerichtet wird, unbekannt ist, und/oder in Situationen, in denen die physische Topologie eines Netzwerkes (beispielsweise infolge von beweglichen Knoten) veränderlich ist, kann sich das Netzwerk der Netzwerkerkundung widmen, um zu bestimmen, welche Knoten 103 und Zugangspunkte AP 105 des Netzwerkes innerhalb des Kommunikationsbereiches voneinander befindlich sind. Durch die Netzwerkerkundung kann für den Netzwerkbetreiber Information über Positionen von Vorrichtungen (beispielsweise Knoten 103 und Zugangspunkte AP 105), die über eine Anlage, so beispielsweise ein Gebäude oder eine Fabrik, verteilt sind, bereitgestellt werden. Der Netzwerkbetreiber 107 kann sodann ein Kommunikationsschema, das für jenen speziellen Netzwerkeinsatz passend ist, auf Grundlage des Ergebnisses der Netzwerkerkundung einrichten. Die Netzwerkerkundung ist zeitintensiv und verbraucht Netzwerkressourcen.
In anderen Situationen kann die physische Topologie eines Netzwerkes vor dem Einrichten des Kommunikationsnetzwerkes vorbestimmt oder bekannt sein. Beispielsweise können in einem Drahtlosbatterieüberwachungssystem (WBMS) die Orte von Vorrichtungen bekannt und fest sein. Alle Vorrichtungen können beispielsweise innerhalb eines Batteriegehäuses befindlich und im Wesentlichen innerhalb des Kommunikationsbereiches voneinander sein. Bei einem anderen Beispiel können in einem Zugüberwachungssystem die Orte von Vorrichtungen entlang der Länge des Zuges bekannt und fest sein, sodass jede Vorrichtung innerhalb eines Kommunikationsbereiches lediglich einiger weniger benachbarter Vorrichtungen entlang der Länge des Zuges befindlich sein kann. In derartigen Fällen kann der Netzwerkbildungsprozess dadurch beschleunigt werden, dass die bekannte physische Topologie des Netzwerkes zum Vorprogrammieren der festen Linktopologie und/oder eines oder mehrerer Netzwerkkommunikationsschemen, die für die erste Topologie bei dem Betreiber / den Betreibern 107, den Knoten 113 und den Zugangspunkten AP 105 passend sind, vorteilhaft genutzt wird.
Eine feste Linktopologie kann eine vorbestimmte Anordnung von Kommunikationslinks zwischen Knoten 103 und Zugangspunkten AP 105 des Netzwerkes 101 betreffen, bei der sich das Netzwerk immer dann, wenn es eingerichtet wird, mit derselben/vorbestimmten Anordnung von Kommunikationslinks selbst automatisch einrichten kann. Derartige Fälle der Nutzung können in der Praxis ermöglichen, dass sich ein Netzwerk innerhalb von Sekunden bildet oder neubildet. Wie nachstehend noch detailliert beschrieben wird, impliziert die vorgeschlagene Lösung die Nutzung eines Kommunikationsschemas für diese Netzwerke, das durch eine kleine Anzahl von Parametern bestimmt ist und das durch eine beliebige Vorrichtung in dem Netzwerk berechnet werden kann.
Vorteilhafterweise ermöglicht die Nutzung von Kommunikationsschemen, die effizient durch eine beliebige Vorrichtung in dem Netzwerk auf Grundlage einer kleinen Anzahl von Parametern berechnet werden können, dass sich die Knoten 103 und die Zugangspunkte AP 105 mit dem Netzwerk in einem einzigen Handshake-Paket pro Vorrichtung verbinden; sie ermöglicht zudem, dass große Mengen einer optimal verteilten Bandbreite schnell für jede Vorrichtung bereitgestellt werden können; und sie ermöglicht, dass die Authentisierung und Sicherheit bei allen Paketen, die zu/von den sich verbindenden Knoten übertragen werden, erhalten bleibt. Bei einer WBMS-Implementierung, die beispielsweise acht Knoten beinhaltet, die jeweils zehn Pakete pro Sekunde durch zwei Zugangspunkte AP an zwei Betreiber senden, kann ein Knoten, der sich mit dem Netzwerk erneut verbindet, in einem Netzwerk, das nicht zum Schnellverbinden konfiguriert ist, eine ganze Minute dafür brauchen, sich mit dem Netzwerk erneut zu verbinden. Im Gegensatz hierzu kann sich durch Nutzung der hier detailliert beschriebenen Schnellverbindungsverfahren der Knoten binnen nur einer Sekunde mit dem Netzwerk erneut verbinden.
Bei einem exemplarischen Beispiel für ein Netzwerk mit einer bekannten physischen Topologie kann das Drahtlosmaschennetzwerk 101' von 1B einen Teil eines Drahtlosbatterieüberwachungssystems (WBMS) bilden. Man beachte, dass das hier beschriebene Beispiel mit dem WBMS lediglich zu exemplarischen Zwecken verwendet wird und dass Besonderheiten des Falles der Nutzung eines WBMS den Umfang der Offenbarung nicht beschränken. Für den exemplarischen Fall der Nutzung eines WBMS sind alle Knoten 103 und Zugangspunkte AP 105 in einem einzigen Batteriegehäuse (beispielsweise einem Gehäuse für eine Batterie in einem Auto oder einem anderen Fahrzeug) enthalten, und es sind alle acht Knoten 103 und zwei Zugangspunkte AP 105 daher innerhalb eines Kommunikationsabstandes oder Kommunikationsbereiches voneinander befindlich. Um die Latenz bei der Netzwerkkommunikation zu minimieren, kann das Kommunikationsschema jedoch Links mit hohen Bandbreiten (die exemplarisch durch gestrichelte Linien dargestellt sind) von jedem Knoten 103 jedem Zugangspunkt AP 105 des Netzwerkes zuweisen und kann einen Ring von Links mit niedrigen Bandbreiten (die exemplarisch durch gepunktete Linien dargestellt ist) zum Kommunizieren von Paketen ringsum einen Ring von Knoten 103 des Netzwerkes 101 zuweisen.
Bei dem Beispiel von 1B bildet sich das Netzwerk immer dann, wenn es sich erneut bildet, mit derselben physischen Topologie (beispielsweise der exemplarischen Topologie von 1B). Daher kann dieselbe Linktopologie verwendet werden, und es können daher jeder Vorrichtung Links zu denselben übergeordneten (parent) Vorrichtungen zugewiesen werden. Erfolgt ein Zurücksetzen eines einzelnen Knotens, so kann sich dieser mit dem Netzwerk mit denselben übergeordneten Stellen (parents), die er zuvor hatte, erneut verbinden.
Bei gegebener fester physischer Topologie für das Netzwerk kann ein Kommunikationsschema für das Netzwerk beispielsweise zur Bereitstellung eines zeitlich synchronisierten Kanalwechselschemas (channel-hopping schedule), das ein koordiniertes und kollisionsfreies Datensammeln ermöglicht, deterministisch erstellt werden. Implizieren kann die Erstellung des Kommunikationsschemas das Bereitstellen von Drahtloslinks in dem Schema zu einer bestimmten Zeit / zu bestimmten Zeiten (das heißt in einem bestimmten Zeitschlitz / in bestimmten Zeitschlitzen in dem Schlitzframe) und über einen bestimmten Kanal / über bestimmte Kanäle oder mit einem bestimmten Offset / bestimmten Offsets in dem Schlitzframe. Das deterministisch erstellte Kommunikationsschema kann sodann immer dann, wenn sich das Netzwerk erneut bildet, wiederverwendet werden.
2A ist ein schematisches Diagramm zur Darstellung eines exemplarischen Kommunikationsschemas für ein Drahtlosmaschennetzwerk, so beispielsweise das in 1B gezeigte, während 2B eine Detailansicht eines Abschnittes A des Kommunikationsschemas von 2A ist.
Wie in 2A gezeigt ist, kann ein Kommunikationsschema als Frame, Schlitzframe oder Array von Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paaren dargestellt werden. Bei dem dargestellten Beispiel sind Zeitschlitze sequenziell entlang der x-Achse dargestellt, Kommunikationskanäle sind entlang der y-Achse dargestellt, und Zellen in dem Frame oder Array entsprechen jeweils einem Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paar, das einem Drahtlosnetzwerkknoten 103 zur Kommunikation zugewiesen werden kann. Im Betrieb wird das Frame periodisch wiederholt, und zwar beispielsweise mit einer Periode, die die Länge des Frames aufweist, um ein kontinuierliches Kommunikationsschema für das Drahtlosmaschennetzwerk bereitzustellen.
Bei dem in 2A gezeigten Beispiel weist das Frame eine Länge von 120 Zeitschlitzen und elf Kommunikationskanalsoffsets auf, was bis zu 1320 Zellen oder Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paaren führt. Das Frame charakterisiert ein Kommunikationsschema für ein Drahtlosmaschennetzwerk mit acht Drahtlosknoten 103 oder Zugangspunkten AP 105. Wie gezeigt ist, werden Zellen, die bestimmten Übertragungsknoten oder Zugangspunkten AP zugewiesen sind, mit einer Schattierung dargestellt, die mit dem bestimmten Übertragungsknoten oder Zugangspunkt AP verknüpft ist. Zusätzlich weist in der in 2B gezeigten Detailansicht jede Zelle, die einem bestimmten Übertragungsknoten oder Zugangspunkt AP zugewiesen ist, einen Buchstaben (a bis h) zur Identifizierung des zugewiesenen Knotens oder Zugangspunktes AP, der darüber gezeigt ist, auf. Zusätzlich identifizieren weiße Zellen (mit der Kennung „Y“ in 2B) Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paare, die Netzwerkannoncierungen zugewiesen sind, während schwarze Zellen (mit der Kennung „Z“ in 2B) Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paare identifizieren, die einer Downstream-Übertragung von einem Zugangspunkt / Zugangspunkten AP 105 des Netzwerkes zugewiesen sind. Bei dem exemplarischen Kommunikationsschema sind Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paare, die einer Kommunikation zwischen Drahtlosknoten und Zugangspunkten AP zugewiesen sind, um fünf Zeitschlitze voneinander beabstandet, und es tritt eine Gruppe von Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paaren, die einer Kommunikation zwischen Paaren von Knoten zugewiesen ist, am Anfang des Frames auf.
Das exemplarische Kommunikationsschema von 2A und 2B kann vorteilhafterweise in dem Drahtlosmaschennetzwerk 101' von 1B beispielsweise bei WBMS-Anwendungen, genutzt werden. In dem Schema sind Links zwischen Knoten und Zugangspunkten AP vorzugsweise gleichmäßig zeitlich beabstandet, um Latenznachläufe (latency tails) zu minimieren. Jeder Knoten (a bis h) kann beispielsweise einen Übertragungslink zu einem ersten Zugangspunkt AP (beispielsweise AP1) in den Schlitzen 0, 10, 20, ... und einen Übertragungslink zu einem zweiten Zugangspunkt AP (beispielsweise AP2) in den Schlitzen 5, 15, 25, ... aufweisen. Auf diese Weise wird für jeden Knoten (a bis h) eine Möglichkeit bereitgestellt, alle fünf Sekunden eine Übertragung an einen Zugangspunkt AP 105 vorzunehmen. Die Links sind in einer sich wiederholenden Framestruktur gesammelt, so beispielsweise in dem 120-Schlitze-Frameschema von 1B.
Als Teil dessen, dass ermöglicht wird, dass Kommunikationsschemen effizient durch eine beliebige Vorrichtung in dem Netzwerk auf Grundlage einer kleinen Anzahl von Parametern berechnet werden, können die nachfolgenden Verfahren 300, 400 und 500 verwendet werden, die anhand 3 bis 5 beschrieben werden.
3 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines exemplarischen Verfahrens 300 zum Schnellverbinden eines Knotens 103 mit dem Drahtlosmaschennetzwerk 101. Dasselbe Verfahren 300 kann auch zum Schnellverbinden eines Zugangspunktes AP 105 mit dem Netzwerk 101 verwendet werden. Das Verfahren beinhaltet Schritte zum effizienten Bestimmen des Kommunikationsschemas des Drahtlosmaschennetzwerkes auf Grundlage von Parameterwerten, die in dem Knoten 103 empfangen werden, und vorbestimmter Information, die durch den Knoten 103 gespeichert wird.
Das Verfahren 300 zum Schnellverbinden eines Knotens 103 mit einem Drahtlosmaschennetzwerk 101 beginnt bei Schritt 301 damit, dass ein Knoten 103 von dem Netzwerkbetreiber 107 ein Paket empfängt, das einen Parameterwert oder mehrere Parameterwerte zur Nutzung bei der Bestimmung des Netzwerkkommunikationsschemas beinhaltet. Das Paket ist allgemein eine Netzwerkannoncierung, die durch den Netzwerkbetreiber 107 durch den verknüpften Zugangspunkt (AP) 105 übertragen wird. Empfangen werden kann das Paket durch eine direkte Drahtloskommunikation zwischen dem dem Netzwerkbetreiber zu eigenen Zugangspunkt AP 105 und dem Knoten 103 oder durch eine indirekte Drahtloskommunikation, die durch einen anderen Knoten oder mehrere andere Knoten 103 und/oder einen anderen Zugangspunkt / mehrere andere Zugangspunkte AP 105, die einen Teil des Drahtlosmaschennetzwerkes 101 bilden. Die Netzwerkannoncierung beinhaltet allgemein eine Netzwerkkennung (Netzwerk-ID), die das Maschendrahtlosnetzwerk 101 eindeutig identifiziert, Zeittaktungsinformation, die ermöglicht, dass sich Knoten, die versuchen, sich mit dem Netzwerk zu verbinden, mit der Netzwerkzeitreferenz synchronisieren, sowie den Parameterwert / die Parameterwerte. Ist das bei Schritt 301 empfangene Paket eine Netzwerkannoncierung, so kann sich der Netzwerkknoten 103 selbst mit der Netzwerkzeitreferenz unter Nutzung der in dem Paket beinhalteten Zeittaktungsinformation synchronisieren.
In Reaktion auf das Empfangen des Paketes geht der Netzwerkknoten 103 bei Schritt 303 dazu über, ein angepasstes Kommunikationsschema für das Drahtlosmaschennetzwerk 101 auf Grundlage des empfangenen Parameterwertes / der empfangenen Parameterwerte zu bestimmen. Das angepasste Kommunikationsschema wird zusätzlich auf Grundlage eines vorbestimmten Kommunikationsschemas, das durch den Drahtlosnetzwerkknoten gespeichert ist, bestimmt.
Bei einigen Beispielen kann das vorbestimmte Kommunikationsschema die Form eines Algorithmus annehmen, der in dem Netzwerkknoten 103 gespeichert ist und der den empfangenen Parameterwert / die empfangenen Parameterwerte als Eingabe/Eingaben nimmt. Bei derartigen Beispielen führt der Netzwerkknoten 103 den Algorithmus bei Schritt 303 aus und berechnet hierdurch das angepasste Kommunikationsschema für das Drahtlosmaschennetzwerk 101 als Ausgabe des Algorithmus. Bei derartigen Beispielen gibt der Algorithmus verschiedene angepasste Kommunikationsschemen aus, wenn ein verschiedener bzw. anderer Parameterwert / verschiedene bzw. andere Parameterwerte als Eingabe/Eingaben ausgegeben wird/werden.
Bei einigen Beispielen kann das vorbestimmte Kommunikationsschema die Form eines Kommunikationsschemas oder mehrerer Kommunikationsschemen, das/die in dem Speicher des Knotens 103 gespeichert ist/sind, annehmen. Bei derartigen Beispielen kann die Anpassung an das Kommunikationsschema bei Schritt 303 ein Ändern eines oder mehrerer Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paare des vorbestimmten Kommunikationsschemas zur Bereitstellung des angepassten Kommunikationsschemas beinhalten. So können beispielsweise nur einige der Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paare des vorbestimmten Kommunikationsschemas geändert werden, während andere Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paare unverändert bleiben können. Das eine oder die mehreren Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paare, die als Teil der Anpassung geändert werden, können auf Grundlage des einen Parameterwertes oder der mehreren Parameterwerte, der/die bei Schritt 301 empfangen wird/werden, deterministisch identifiziert werden und können deterministisch auf Grundlage des einen Parameterwertes oder der mehreren Parameterwerte, der/die bei Schritt 301 empfangen wird/werden, geändert werden. Auf diese Weise kann bewirkt werden, dass alle Knoten 103 oder Zugangspunkte 105, die denselben einen Parameterwert oder dieselben mehreren Parameterwerte empfangen, das vorbestimmte Kommunikationsschema auf dieselbe Weise anpassen, wodurch sich dasselbe angepasste Kommunikationsschema in allen Knoten 103 und Zugangspunkten AP 105 ergibt.
Sobald das angepasste Netzwerkschema bestimmt ist, geht der Netzwerkknoten 103 bei Schritt 305 dazu über, ein Paket in dem Drahtlosmaschennetzwerk 101 entsprechend dem bestimmten Kommunikationsschema zu übertragen. Insbesondere überträgt das Drahtlosmaschennetzwerk 101 das Paket über einen Kommunikationskanal und während eines Zeitschlitzes, die mit dem Drahtlosnetzwerkknoten 103 in dem angepassten Kommunikationsschema verknüpft sind.
Obwohl das Hauptaugenmerk der vorstehenden Beschreibung des Verfahrens 300 auf der Funktion eines einzigen Netzwerkknotens 103 des Drahtlosmaschennetzwerkes 101 liegt; wird das Verfahren 300 in allen Netzwerkknoten 103 des Drahtlosmaschennetzwerkes 101 und/oder in allen Netzwerkknoten 103, die versuchen, sich mit dem Drahtlosmaschennetzwerk 101 zu verbinden, durchgeführt. Alle Netzwerkknoten 103, die beispielsweise bei Schritt 301 das Paket empfangen, können das Verfahren durchführen, so beispielsweise alle Netzwerkknoten 103, die innerhalb des Kommunikationsbereiches des Drahtlosmaschennetzwerkes 101 befindlich sind (beispielsweise alle Netzwerkknoten 103, die innerhalb des Kommunikationsbereiches eines Knotens 103 oder Zugangspunktes AP 105 befindlich sind, der gerade mit dem Drahtlosmaschennetzwerk 101 verbunden ist).
Wird das Verfahren 300 in verschiedenen Netzwerkknoten 103 (und/oder Zugangspunkten AP 105) des Drahtlosmaschennetzwerkes 101 ausgeführt, so sind die angepassten Kommunikationsschemen, die in jedem der Knoten 103 und Zugangspunkte AP 105 bestimmt werden, vorzugsweise miteinander kompatibel. Insbesondere bewirken die angepassten Kommunikationsschemen vorzugsweise keinerlei Konflikte untereinander, so beispielsweise dadurch, dass zwei verschiedenen Knoten des Drahtlosmaschennetzwerkes 101 dasselbe Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paar zugewiesen wird. Um derartige Konflikte zu vermeiden, bestimmen alle Netzwerkknoten 103 des Drahtloskommunikationsnetzwerkes 101 typischerweise dasselbe Kommunikationsschema auf Grundlage des empfangenen Parameterwertes / der empfangenen Parameterwerte. Zu diesem Zweck speichern alle Netzwerkknoten 103 üblicherweise dasselbe vorbestimmte Kommunikationsschema, so beispielsweise denselben Algorithmus zum Bestimmen des Kommunikationsschemas für das Drahtlosmaschennetzwerk 101. Auf diese Weise können, da alle Netzwerkknoten 103 in dem Drahtlosmaschennetzwerk 101 denselben Parameterwert / dieselben Parameterwerte von dem Netzwerkbetreiber 107 empfangen, alle Knoten 103 dasselbe angepasste Netzwerkschema bestimmen und nutzen.
Die Parameter, die zum Bestimmen des angepassten Netzwerkschemas verwendet werden, können einen oder mehrere der nachfolgenden Parameter beinhalten:

(a) eine Zufallszahl oder einen Seed;
(b) einen Parameter, der das Drahtlosmaschennetzwerk 101 charakterisiert, so beispielsweise eine Anzahl (beispielsweise eine Maximalanzahl) von Knoten, Zugangspunkten AP oder Vorrichtungen, die in dem Netzwerk erwartet werden;
(c) einen Index für ein Kommunikationsschema oder einen Algorithmus zur Nutzung in dem Netzwerk, so beispielsweise einen Index zum Auswählen unter mehreren vorbestimmten Kommunikationsschemen oder Algorithmen, die durch die Knoten 103 und Zugangspunkte AP 105 des Netzwerkes gespeichert werden;
(d) eine aktuelle Zeit, die als absolute Schlitzanzahl bzw. Schlitznummer des Netzwerkes ausgedrückt wird; und/oder
(e) eine schwarze Liste von Kommunikationskanälen, die nicht in dem Netzwerkkommunikationsschema für das Netzwerk beinhaltet sein sollen.

In Situationen, in denen der Parameter / die Parameter, der/die beim Bestimmen des Netzwerkschemas verwendet wird/werden, eine Zufallszahl oder einen Seed beinhaltet/beinhalten, empfangen alle Knoten 103 in dem Netzwerk dieselbe Zufallszahl oder denselben Seed von dem Netzwerkbetreiber 107 zum Bestimmen oder Berechnen des Netzwerkkommunikationsschemas. Insbesondere erzeugt ein Netzwerkbetreiber 107 den Zufallsseed (beispielsweise aus Rauschen hoher Entropie in unteren ADC-Bits), und ebenjener Betreiber 107 initialisiert seinen Zugangspunkt AP 105 zur Übertragung von Netzwerkannoncierungen, die den Zufallsseed enthalten. Auf diese Weise empfangen alle Knoten denselben Zufallsseed und bestimmen dasselbe sich ergebende angepasste Kommunikationsschema.
Das Hauptaugenmerk der bisherigen Beschreibung der Schritte 301 bis 305 liegt auf dem Fall der Nutzung eines Netzwerkknotens 103 oder Zugangspunktes AP 105, die sich mit einem Drahtlosmaschennetzwerk 101 verbinden. Die Schritte 301 bis 305 können zusätzlich oder wahlweise auch zum Vornehmen von Anpassungen an einem Netzwerkkommunikationsschema während des Betriebes des Netzwerkes verwendet werden, und zwar beispielsweise um zu bewirken, dass alle Netzwerkknoten 103 und Zugangspunkte AP 105, die bereits mit dem Netzwerk 101 verbunden sind, entsprechend einem angepassten Netzwerkkommunikationsschema mit dem Betrieb beginnen. In derartigen Situationen kann der Netzwerkbetreiber 107 eine Kommunikation, die einen Parameterwert oder mehrere Parameterwerte beinhaltet, bei Schritt 301 übertragen, und zwar entweder in Form einer Netzwerkannoncierung, eines rundgesendeten (broadcast) Paketes, das an alle Knoten und Zugangspunkte AP gesendet wird, oder in Form von dergleichen. Bei Schritt 303 wiederum können alle Knoten 103 und Zugangspunkte AP 105 das angepasste Kommunikationsschema bestimmen und von einem Betrieb entsprechend einem vorherigen Kommunikationsschema zum Beginn des Betriebs entsprechend dem angepassten Schema zu einer geeigneten Zeit (beispielsweise zu Beginn des nachfolgenden Schlitzframes) übergehen.
Das Verfahren 300 ermöglicht, dass der Drahtlosknoten 103 das angepasste Kommunikationsschema für das Drahtlosmaschennetzwerk 101 (beispielsweise Schritt 303) bestimmt und zum Übertragen eines Paketes entsprechend dem bestimmten Kommunikationsschema (beispielsweise Schritt 305) übergeht. Bei einigen Beispielen weiß der Drahtlosknoten 103 jedoch gegebenenfalls nicht, welchem Knoten des angepassten Kommunikationsschemas er entspricht, und weiß daher gegebenenfalls nicht, welche Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paare des Kommunikationsschemas zugewiesen sind. In derartigen Situationen kann der Drahtlosknoten 103 mit dem Verfahren 400 von 4 fortfahren.
4 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines exemplarischen Verfahrens 400, das ermöglicht, dass ein Netzwerkknoten 103 oder Zugangspunkt AP 105 bestimmt, welchem Knoten / Zugangspunkt AP eines Kommunikationsschemas er entspricht. Das Verfahren 400 kann durch einen Knoten 103 durchgeführt werden, der ein angepasstes Kommunikationsschema für ein Drahtlosmaschennetzwerk 101 bestimmt hat (beispielsweise einen Knoten 103, der Schritt 303 des Verfahrens 300 beendet hat).
Das Verfahren 400 beginnt bei Schritt 401 damit, dass der Knoten 103 mehrere Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paare auswählt, die mit mehreren verschiedenen Drahtlosnetzwerkknoten in dem angepassten Kommunikationsschema verknüpft sind. Die Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paare können beispielsweise zufällig ausgewählt werden, und zwar derart, dass sie Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paare beinhalten, die einer zufälligen Auswahl von verschiedenen Noten unter allen Knoten in dem Kommunikationsschema zugewiesen sind.
Die mehreren Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paare werden derart ausgewählt, dass sie Paare beinhalten, die mehreren verschiedenen Knoten zugewiesen sind, sodass Pakete, die durch den Knoten 103 über die ausgewählten Paare übertragen werden, nicht dauerhaft mit Übertragungen von einem anderen Knoten 103, der sich bereits mit dem Netzwerk verbunden hat, kollidieren oder interferieren. Darüber hinaus können die mehreren Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paare vorteilhafterweise zufällig derart ausgewählt werden, dass verschiedene Verbindungsknoten verschiedene zufällige Kombinationen von Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paaren auswählen, um hierdurch die Wahrscheinlichkeit für dauerhafte Kollisionen oder Interferenzen zwischen Übertragungen von zwei Verbindungsknoten in dem Netzwerk 101 zu verringern.
Sobald die Auswahl getroffen ist, überträgt der Knoten 103 Pakete unter Nutzung der ausgewählten Kommunikationskanäl-Zeitschlitz-Paare bei Schritt 403. Der Knoten kann beispielsweise ein einzelnes Verbindungspaket an einen Netzwerkbetreiber 107 des Drahtlosmaschennetzwerkes 101 während eines der ausgewählten Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paare übertragen und mit dem erneuten Übertragen des Verbindungspaketes während der ausgewählten Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paare fortfahren, bis eine Antwort von einem Netzwerkbetreiber 107 empfangen wird.
Bei Schritt 405 empfängt der Knoten 103 eine Kommunikation von dem Netzwerkbetreiber 107, die einen eindeutige Kennung für den Knoten beinhaltet. Die Kommunikation kann in Reaktion auf das Verbindungspaket / die Verbindungspakete, das/die bei Schritt 403 übertragen worden ist/sind, erfolgen und kann die Form eines einzelnen Paketes annehmen, das von dem Betreiber 107 übertragen wird und das die korrekte Knotenidentifikation (beispielsweise eine Knotenkennungs-ID für den Knoten 103) beinhaltet. Die Kommunikation kann zudem Sicherheitsschlüssel beinhalten, so beispielsweise Verschlüsselungs- und/oder Entschlüsselungsschlüssel für den Knoten 103 zur Nutzung beim Verschlüsseln und/oder Entschlüsseln von Paketen, die in dem Drahtlosmaschennetzwerk 101 übertragen oder von diesem empfangen werden. Die Sicherheitsschlüssel können zudem Sicherheitszählerwerte für den Knoten 103 beinhalten.
Sobald der Knoten 103 über seine eindeutige Kennung benachrichtigt worden ist, kann der Knoten 103 alle zukünftigen Pakete unter Nutzung von Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paaren übertragen, die in dem Netzwerkkommunikationsschema mit der eindeutigen Kennung des Knotens (Schritt 407 und gegebenenfalls Schritt 305) verknüpft sind. Bestimmen kann der Knoten 103 entsprechend dem Verfahren 400 sogar in Fällen, in denen der Knoten 103 nicht weiß, welchem Knoten eines Kommunikationsschemas er entspricht, seine korrekte Knotenidentität (beispielsweise eine Knoten-ID) unter Nutzung lediglich eines einzigen Paketes, das an einen Betreiber 107 (beispielsweise bei Schritt 403) übertragen wird, und eines einzigen Paketes, das von dem Betreiber 107 (beispielsweise bei Schritt 405) empfangen wird.
Obwohl das Hauptaugenmerk bei dem Verfahren 400 auf Situationen liegt, in denen ein Knoten 103 nicht weiß, welchem Knoten eines Kommunikationsschemas er entspricht, kann der Knoten 103 seine Identität wahlweise in einem nichttemporären Speicher speichern. In derartigen Situationen kann der Knoten 103 mit dem Übertragen von Paketen während der zugewiesenen Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paare im Anschluss an die Beendigung von Schritt 303 unmittelbar beginnen. Bei einem weiteren Beispiel kann ein Knoten 103, der nicht weiß, welchem Knoten des Kommunikationsschemas er entspricht, das einzige Verbindungspaket von Schritt 403 (beispielsweise das Netzwerkverbindungspaket 300) an den Netzwerkbetreiber 107 unter Nutzung eines Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paares übertragen, das der Kommunikation von Verbindungsanfragepaketen in dem Netzwerkkommunikationsschema zugewiesen ist. Bei diesem Beispiel kann die Verarbeitung sodann zu Schritten 405 und 407, wie vorstehend beschrieben worden ist, übergehen.
Obwohl die Verfahren 300 und 400 Verfahren beschreiben, die beim Schnellverbinden eines Netzwerkknotens 103 mit einem Drahtlosmaschennetzwerk 101 verwendet werden, können die Verfahren gleichermaßen dann eingesetzt werden, wenn sich ein Zugangspunkt (AP) 105 mit dem Drahtlosmaschennetzwerk 101 schnellverbindet. Verweise auf einen Knoten / (mehrere) Knoten 103 sollen in der vorstehenden Beschreibung der Verfahren 300 und 400 dahingehend gedeutet werden, dass sie auch bei einem Zugangspunkt / Zugangspunkten AP 105 gelten. Darüber hinaus sollen Verweise auf eine Netzwerkvorrichtung / Netzwerkvorrichtungen dahingehend gedeutet werden, dass sie auch bei einem Netzwerkknoten / (mehreren) Netzwerkknoten 103 und/oder einem Zugangspunkt / Zugangspunkten AP 105 gelten.
Die bisherigen Verfahren beschreiben Vorgänge, die in dem Knoten / den Knoten 103 und dem Zugangspunkt / den Zugangspunkten AP 105 des Drahtlosmaschennetzwerkes 101 durchgeführt werden. In Verbindung mit diesen Verfahren kann das nachfolgend beschriebene Verfahren 500 von 5 von dem Netzwerkbetreiber / den Netzwerkbetreibern 107 des Drahtlosmaschennetzwerkes 101 durchgeführt werden.
5 ist ein Flussdiagramm zur Darstellung eines exemplarischen Verfahrens 500, das in einem Netzwerkbetreiber 107 durchgeführt wird und ermöglicht, dass sich ein Netzwerkknoten / (mehrere) Netzwerkknoten 103 oder ein Zugangspunkt / Zugangspunkte AP 105 am Schnellverbinden mit einem Drahtlosmaschennetzwerk 101 beteiligen. Das Verfahren 500 beinhaltet Schritte zum Verbinden eines Knotens 103 oder Zugangspunktes AP 105 mit dem Drahtlosmaschennetzwerk 101 und Auslösen (Triggern) des Schnellverbindens des Knotens 103 oder des Zugangspunktes AP 105.
Das Verfahren 500 beginnt bei Schritt 501 damit, dass ein Netzwerkbetreiber 107 eine eindeutige Kennung (beispielsweise eine Netzwerk-ID) für das Drahtlosmaschennetzwerk 101 einrichtet. Der Betreiber 107 richtet des Weiteren ein Kommunikationsschema für das Netzwerk ein, so beispielsweise ein Kommunikationsschema, das verschiedenen Netzwerkknoten Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paare zuweist. Die Kommunikationskanäle können Frequenzbändern entsprechen, die zur Kommunikation in dem Netzwerk 101 zugewiesen werden. Das Kommunikationsschema beinhaltet allgemein wenigstens ein Netzwerkverbindungszeitintervall, das einer Kombination aus einem Zeitschlitz und einem Kommunikationskanal entspricht, während denen Netzwerkverbindungsmitteilungen durch Knoten, die versuchen, sich mit dem Netzwerk zu verbinden, übertragen werden können.
Als Teil des Bestimmens des Kommunikationsschemas für das Netzwerk kann der Netzwerkbetreiber 107 bestimmen, ob das eingerichtete Drahtlosmaschennetzwerk 101 eine bekannte oder vorbestimmte physische Topologie aufweist oder ob das eingerichtete Drahtlosmaschennetzwerk 101 mit Netzwerkknoten 103 und Zugangspunkten AP, die wechselseitig unbekannte Positionsbeziehungen aufweisen, gebildet werden soll. Soll das Netzwerk 101 auf Grundlage einer bekannten oder vorbestimmten physischen Topologie bestimmt werden, so kann der Netzwerkbetreiber 107 des Weiteren eine Linktopologie für das Netzwerk und ein geeignetes Kommunikationsschema für die Linktopologie bestimmen. Das geeignete Kommunikationsschema kann insbesondere aus einer Auswahl eines oder mehrerer Parameterwerte unter den nachfolgenden Parameterwerten bestimmt werden:

(a) ein Parameter, der das Drahtlosmaschennetzwerk 101 charakterisiert, so beispielsweise eine Anzahl (beispielsweise eine maximale Anzahl) von Knoten, Zugangspunkten AP öder Vorrichtungen, die in dem Netzwerk erwartet werden;
(b) ein Index für ein Kommunikationsschema oder ein Algorithmus zur Nutzung in dem Netzwerk, so beispielsweise ein Index zum Auswählen unter mehreren vorbestimmten Kommunikationsschemen oder Algorithmen, die durch die Knoten 103 und Zugangspunkte AP 105 des Netzwerkes gespeichert werden; und/oder
(c) eine aktuelle Zeit, die als absolute Schlitzanzahl des Netzwerkes ausgedrückt wird.

Der Netzwerkbetreiber 107 kann des Weiteren weitere Parameterwerte bestimmen, so beispielsweise eine Zufallszahl oder einen Seed zur Nutzung beim Erzeugen des Netzwerkkommunikationsschemas, und/oder er bestimmt eine schwarze Liste von Kommunikationskanälen, die in dem Netzwerkkommunikationsschema für das Netzwerk nicht beinhaltet sein sollen (beispielsweise eine Liste von Kanälen, von denen bekannt ist, dass sie wenig zuverlässig sind).
Sobald der Parameterwert / die Parameterwerte, der/die beim Erzeugen des Netzwerkkommunikationsschemas verwendet wird/werden, ausgewählt ist/sind, bestimmt der Netzwerkbetreiber 107 ein angepasstes Kommunikationsschema für das Drahtlosmaschennetzwerk 101 auf Grundlage des bestimmten Parameterwertes / der bestimmten Parameterwerte. Das angepasste Kommunikationsschema wird zusätzlich auf Grundlage des vorbestimmten Kommunikationsschemas, das durch den Drahtlosnetzwerkknoten gespeichert wird, bestimmt, so beispielsweise als Algorithmus, der in dem Netzwerkbetreiber 107 gespeichert ist und der den empfangenen Parameterwert / die empfangenen Parameterwerte als Eingabe/Eingaben nimmt.
Bei Schritt 503 überträgt der Netzwerkbetreiber 107 eine Netzwerkannoncierung durch den verknüpften Zugangspunkt (AP) 105. Die Netzwerkannoncierung beinhaltet im Allgemeinen die Netzwerkkennung (beispielsweise die Netzwerk-ID), eine Zeittaktungsinformation, die ermöglicht, dass sich Knoten, die versuchen, sich mit dem Netzwerk zu verbinden, mit einer Netzwerkzeitreferenz synchronisieren, und den einen Parameterwert oder die mehreren Parameterwerte, der/die durch die Drahtlosnetzwerkknoten verwendet wird/werden, um sich mit dem Maschennetzwerk zu verbinden. Die Netzwerkannoncierung wird drahtlos durch den dem Netzwerkbetreiber zu eigenen Zugangspunkt AP 105 an beliebige Knoten 103 übertragen, die innerhalb des Kommunikationsbereiches des Zugangspunktes AP 105 befindlich sind, und wird durch das Drahtlosmaschennetzwerk 101 durch beliebige Knoten 103, die bereits mit dem Netzwerk 101 verbunden sind, weitergeleitet.
Die Übertragung der Netzwerkannoncierung bei Schritt 503 kann auslösen, dass das Verfahren 300 und gegebenenfalls das Verfahren 400 in einem oder mehreren Knoten 103 oder Zugangspunkten AP 105, die die Annoncierung empfangen haben, durchgeführt wird. Als Teil der Durchführung dieser Verfahren kann ein Knoten 103 oder Zugangspunkt AP ein Netzwerkverbindungsanfragepaket (beispielsweise Schritt 403) übertragen, das direkt drahtlos durch den Zugangspunkt AP 105 des Betreibers 107 empfangen werden öder sich durch das Drahtlosmaschennetzwerk 101 zu dem Betreiber 107 bewegen kann.
Die Netzwerkverbindungsanfrage, die durch den Netzwerkknoten 103 übertragen wird, bewegt sich durch das Drahtlosmaschennetzwerk 101, bis sie den Zugangspunkt AP 105 und den Netzwerkbetreiber 107 erreicht. Der Netzwerkbetreiber 107 empfängt die Netzwerkverbindungsanfrage durch seinen Zugangspunkt AP 105 bei Schritt 505 und geht zur Authentisierung des Knotens bei Schritt 507 über.
Als Teil der Authentisierung des Netzwerkknotens 103, der versucht, sich mit dem Drahtlosnetzwerk zu verbinden, kann der Netzwerkbetreiber 107 aus der empfangenen Verbindungsanfrage eine Kennung für den Knoten 103 abrufen und bestimmen, ob der identifizierte Knoten zur Kommunikation in dem Drahtlosmaschennetzwerk 101 befugt ist. Ist die Authentisierung des sich verbindenden Netzwerkknotens 103 erfolgreich, so geht der Betrieb zu Schritt 509 über.
Bei Schritt 509 verbindet der Netzwerkbetreiber 107 den Knoten 103 mit dem Netzwerk. Ein Teil des Verbindungsprozesses kann ein Identifizieren dessen beinhalten, welchem Knoten der Verbindungsknoten 103 unter den Knoten, die in dem Netzwerkkommunikationsschema beinhaltet sind, entspricht, und zwar beispielsweise durch Bestimmen einer Knotenkennung (beispielsweise einer Knoten-ID) für den ersten Verbindungsknoten 103. Gegebenenfalls erzeugt der Netzwerkbetreiber 107 bei Schritt 509 Authentisierungsdaten für den Verbindungsknoten 103 und speichert diese, und zwar beispielsweise als Satz von Verschlüsselungs-/Entschlüsselungssitzungsschlüsseln (beispielsweise einen Unicast-Sitzungsschlüssel für den Verbindungsknoten 103), die für jedwede nachfolgende Kommunikation mit dem Verbindungsknoten 103 verwendet werden sollen. Der Netzwerkbetreiber 107 kann zudem Zähler initiieren (oder zurücksetzen), die zur Authentisierung sowie zu Sicherheitszwecken bei der nachfolgenden Kommunikation mit dem Verbindungsknoten 103 verwendet werden, so beispielsweise Zähler, die zur Verhinderung von Replay-Angriffen verwendet werden.
Sobald sich der Knoten 103 mit dem Netzwerk verbunden hat, geht der Netzwerkbetreiber 107 bei Schritt 511 dazu über, ein Verbindungsantwortpaket an den verbundenen Netzwerkknoten 103 zu übertragen. Das Verbindungsantwortpaket wird an den verbundenen Netzwerkknoten 103 durch den Zugangspunkt AP 105 und das Drahtlosmaschennetzwerk 101 übertragen. Das Verbindungsantwortpaket beinhaltet die Netzwerkkennung (beispielsweise die Netzwerk-ID) für den Verbindungsknoten 103. Das Verbindungsantwortpaket kann zusätzlich Authentisierungsdaten für den verbundenen Netzwerkknoten 103, darunter die Verschlüsselungs- und/oder Entschlüsselungssitzungsschlüssel, beinhalten.
Im weiteren Betrieb des Drahtlosmaschennetzwerkes 101 tauschen die Netzwerkknoten 103 und Zugangspunkte AP des Drahtlosmaschennetzwerkes 101 Pakete entsprechend; dem Kommunikationsschema aus, das in jedem der Netzwerkknoten 103 und Zugangspunkte AP 105 auf Grundlage der Parameterwerte aus der Kommunikation durch den Netzwerkbetreiber 107 bestimmt wird. Insbesondere wenn ein Knoten 103 oder Zugangspunkt AP 105 ein Paket übertragen will, wartet der Knoten 103 oder Zugangspunkt AP 105 gegebenenfalls auf den nächsten Zeitschlitz des Kommunikationsschemas, während dem dem Knoten 103 oder Zugangspunkt 105 ein Kommunikationslink zugewiesen ist. Ist der zugewiesene Zeitschlitz eingetroffen, so kann der Knoten 103 oder Zugangspunkt AP 105 sodann das Paket über den Kommunikationskanal, der mit dem Zeitschlitz in dem Netzwerkkommunikationsschema verknüpft ist, übertragen.
Bei dem erläuterten exemplarischen Beispiel des WBMS kann ein Parameter, der zum Bestimmen des Netzwerkkommunikationsschemas verwendet wird, eine Zufallszahl oder ein Seed sein. Bei einem Beispiel kann die Zufallszahl oder der Seed, die/der als Parameterwert verwendet wird, Zeitschlitze fixieren, die durch die verschiedenen Knoten 103 verwendet werden, um so die Zufälligkeit in dem Schema dadurch zu erreichen, dass der Kanaloffset eines jeden Links variiert wird. In den Frames von 2A und 2B verwendet das exemplarische Kommunikationsschema beispielsweise nur geradzahlige Kanaloffsets und weist ein Maximum von drei verwendeten Zellen pro Zeitschlitz auf. Der Kommunikationsschemaberechnungsalgorithmus kann einen zufälligen geradzahligen Kanaloffset für den ersten verwendeten Kanal in jedem Zeitschlitz herausgreifen, sodann 2 hinzuaddieren, um zu dem zweiten verwendeten Kanal zu gelangen, und sodann nochmals 2 hinzuaddieren, um zu dem dritten verwendeten Kanal zu gelangen. Alle Additionsvorgänge sind modular bzw. modulobasiert bzw. teilungsrestbasiert (beispielsweise modulo bezüglich der Gesamtzahl der Kanäle, beispielsweise modulo 11).
Die vorstehende Beschreibung beschreibt Funktionen, die von den verschiedenen Knoten 103, Zugangspunkten AP 105 und Betreibern 107 des Drahtlosmaschennetzwerkes 101 durchgeführt werden. 6, 7 und 8, die nachstehend detailliert erläutert werden, zeigen exemplarische Ausführungsformen eines Knotens 103, eines Zugangspunktes AP 105 und eines Netzwerkbetreibers 107, die zum Implementieren und Durchführen der vorbeschriebenen Funktionalitäten verwendet werden können.
6 zeigt ein abstrahiertes funktionelles Blockdiagramm eines exemplarischen Knotens 103, der in dem Netzwerksystem 100 von 1 verwendet wird. Der Knoten 103 beinhaltet einen Prozessor 603 (beispielsweise einen Mikroprozessor) und einen Speicher 605, die Verarbeitungskapazitäten bereitstellen. Der Speicher 605 speichert Anwendungsprogramme und Anweisungen zum Steuern bzw. Regeln des Betriebes des Knotens 103, wobei der Prozessor 603 dafür konfiguriert ist, die Anwendungsprogramme und Anweisungen, die in dem Speicher 605 gespeichert sind, auszuführen. Insbesondere durch Ausführung der Anwendungsprogramme, die in dem Speicher 605 gespeichert sind, kann der Prozessor 603 veranlassen, dass der Knoten 103 Funktionen wahrnimmt, so beispielsweise die in der vorliegenden Offenbarung beschriebenen, darunter Funktionen zum Bestimmen eines Kommunikationsschemas auf Grundlage eines Parameterwertes / von Parameterwerten, der/die von einem Netzwerkbetreiber empfangen wird/werden.
Zusätzlich kann der Knoten 103 einen Sensor 609 beinhalten, der Sensor- oder Messdaten erzeugt, die für den Prozessor 603 bereitgestellt und/oder in dem Speicher 605 gespeichert werden. Der Knoten 103 kann zusätzlich oder wahlweise einen Betätiger bzw. ein Stellglied (beispielsweise einen Motor, ein Ventil oder dergleichen) oder eine andere Betriebsausgabe (beispielsweise eine Anzeige), die von dem Prozessor 603 gesteuert bzw. geregelt wird, beinhalten. Der Knoten 103 beinhaltet zudem einen Sendeempfänger 601, der eine Kommunikation in dem Netzwerk (beispielsweise einem Drahtlosmaschennetzwerk) mit anderen Knoten 10.3 oder Zugangspunkten AP 105 ermöglicht. Wie in 6 gezeigt ist, ist der Sendeempfänger 601 ein Drahtlossendeempfänger 601, der mit einer Antenne verbunden und für eine Drahtloskommunikation konfiguriert ist. Bei anderen Ausführungsformen kann der Sendeempfänger 601 ein drahtgebundener Sendeempfänger sein. Die verschiedenen Komponenten des Knotens 103 sind kommunikationstechnisch (beispielsweise über einen Bus oder über andere Kommunikationsleitungen) miteinander verbunden.
Wie vorstehend detailliert beschrieben worden ist, speichert der Knoten 103 in dem Speicher 605 ein vorbestimmtes Kommunikationsschema, das die Form eines Algorithmus zum Bestimmen von Kommunikationsschemen auf Grundlage eines empfangenen Parameterwertes / von empfangenen Parameterwerten annehmen kann. Der Prozessor 603 des Knotens 103 kann eine Verarbeitung auf Grundlage des vorbestimmten Kommunikationsschemas durchführen, und zwar beispielsweise durch Ausführen des gespeicherten Algorithmus und Bereitstellen des empfangenen Parameterwertes / der empfangenen Parameterwerte als Eingaben für den Algorithmus, um ein Kommunikationsschema zu bestimmen. Der Prozessor 603 kann wiederum veranlassen, dass der Knoten in dem Drahtlosmaschennetzwerk 101 entsprechend dem bestimmten Kommunikationsschema kommuniziert. Weitere Funktionen im Zusammenhang mit dem Knotenbetrieb sind beispielsweise im Zusammenhang mit den Verfahren 300, 400 und 500 vorstehend detailliert beschrieben worden.
7 zeigt ein abstrahiertes funktionelles Blockdiagramm eines exemplarischen Zugangspunktes AP 105, der in dem Netzwerksystem 100 von 1 verwendet wird. Der Zugangspunkt AP 105 beinhaltet Komponenten, die im Wesentlichen zu denjenigen des Knotens 103 ähnlich sind, darunter einen Maschennetzwerksendeempfänger 701, einen Prozessor 705 (beispielsweise einen Mikroprozessor) und einen Speicher 707. Derartige Komponenten des Zugangspunktes AP 105 sind im Wesentlichen zu entsprechenden Komponenten des Knotens 103 ähnlich, weshalb auf die Beschreibung des Knotens 103 verwiesen werden kann, um detaillierte Informationen über die Komponenten und ihre Funktionen zu erhalten. Der Speicher 707 kann beispielsweise Anwendungsprogramme speichern, die bei Ausführung durch den Prozessor 705 veranlassen, dass der Zugangspunkt AP 105 Funktionen wahrnimmt, so beispielsweise die in der vorliegenden Offenbarung beschriebenen, darunter Funktionen zum Bestimmen eines Kommunikationsschemas auf Grundlage eines Parameterwertes / von Parameterwerten, der/die von einem Netzwerkbetreiber empfangen wird/werden. Der Zugangspunkt AP 105 beinhaltet ähnlich zu dem Knoten 103 gegebenenfalls einen Sensor, einen Betätiger bzw. ein Stellglied oder eine andere Betriebsausgabe, die von dem Prozessor 705 gesteuert bzw. geregelt wird.
Wie vorstehend detailliert beschrieben worden ist, speichert der Zugangspunkt AP 105 in dem Speicher 707 ein vorbestimmtes Kommunikationsschema, dass die Form eines Algorithmus zum Bestimmen von Kommunikationsschemen auf Grundlage eines empfangenen Parameterwertes / von empfangenen Parameterwerten annehmen kann. Der Prozessor 705 des Zugangspunktes AP 105 kann eine Verarbeitung auf Grundlage des vorbestimmten Kommunikationsschemas durchführen, und zwar beispielsweise durch Ausführen des gespeicherten Algorithmus und Bereitstellen des Parameterwertes / der Parameterwerte, der/die von dem Netzwerkbetreiber 107 empfangen wird/werden, als Eingaben für den Algorithmus, um ein Kommunikationsschema zu bestimmen. Der Prozessor 705 kann .wiederum veranlassen, dass der Zugangspunkt AP in dem Drahtlosmaschennetzwerk 101 entsprechend dem bestimmten Kommunikationsschema kommuniziert. Weitere Funktionen im Zusammenhang mit dem Betrieb des Zugangspunktes AP sind vorstehend detailliert beispielsweise im Zusammenhang mit den Verfahren 300, 400 und 500 beschrieben worden.
Zusätzlich kann der Zugangspunkt AP 105 zwei Kommunikationsschnittstellen beinhalten, nämlich eine erste Kommunikationsschnittstelle (beispielsweise einen Maschennetzwerksendeempfänger 701), der für eine Kommunikation mit den Knoten 103 des Netzwerkes 101 konfiguriert ist, und eine zweite Kommunikationsschnittstelle 703 (beispielsweise einen WAN-Sendeempfänger), der für eine Kommunikation außerhalb des Maschennetzwerkes konfiguriert ist, so beispielsweise für eine Kommunikation mit dem Netzwerkbetreiber 107 oder mit der Anwendung / den Anwendungen 109 und/oder dem Kommunikationsnetzwerk 111 (beispielsweise über den Netzwerkbetreiber 107). In unserem Beispiel kann der Maschennetzwerksendeempfänger 701 ein Drahtlossendeempfänger sein, während die zweite Kommunikationsschnittstelle 703 ein Sendeempfänger sein kann, der für eine drahtgebundene Kommunikation (beispielsweise ein Sendeempfänger, der mit Ethernet-Standards kompatibel ist) direkt mit dem Netzwerkbetreiber 107 oder indirekt über ein Netzwerk oder mehrere Netzwerke konfiguriert ist. Obwohl in 7 zwei Kommunikationsschnittstellen gezeigt sind, können einige Ausführungsformen auch einen einzigen Sendeempfänger beinhalten, der beide Kommunikationsfunktionen wahrnimmt, während bei anderen Ausführungsformen die Kommunikation mit dem Netzwerkbetreiber 107 über einen direkten drahtgebundenen Link erfolgen kann.
8 zeigt ein abstrahiertes, funktionelles Blockdiagramm eines exemplarischen Netzwerkbetreibers 107, der in dem Netzwerksystem 100 von 1 verwendet wird. Der Netzwerkbetreiber 107 steuert bzw. regelt Vorgänge des Maschennetzwerkes und dient als Schnittstelle zwischen dem Netzwerk und der Peripherie (beispielsweise als Schnittstelle zwischen dem Drahtlosmaschennetzwerk 101 und einem externen Netzwerk 111, einer externen Anwendung / externen Anwendungen 109 oder dergleichen). Insbesondere kann sämtliche Kommunikation zwischen dem Maschennetzwerk und den externen Anwendungen 109 oder dem externen Netzwerk 111 über einen Netzwerkbetreiber 107 laufen oder auf andere Weise durch einen Netzwerkbetreiber 107 gesteuert bzw. geregelt werden.
Der Netzwerkbetreiber 107 ist in 1 derart gezeigt; dass er eine von dem Zugangspunkt AP 105 separate Entität darstellt und von einem beliebigen Zugangspunkt AP 105 physisch getrennt ist. Bei derartigen Ausführungformen sind der Netzwerkbetreiber 107 und der Zugangspunkt / die Zugangspunkte AP separate Entitäten und können über ein Kommunikationskabel (wie gezeigt), ein verdrahtetes oder drahtloses Netzwerk oder mehrere verdrahtete oder drahtlose Netzwerke und/oder eine oder mehrere Drahtloskommunikationslinks kommunikationstechnisch verbunden sein. Bei anderen Ausführungsformen kann der Netzwerkbetreiber 107 gemeinsam mit einem Zugangspunkt AP 105, beispielsweise innerhalb desselben Vorrichtungsgehäuses, angeordnet sein. Bei derartigen Ausführungsformen weisen der Netzwerkbetreiber 107 und der Zugangspunkt 105 gegebenenfalls getrennte Prozessoren auf, die auf getrennten Leiterplatten montiert sein können und die kommunikationstechnisch über Leiterbahnen zwischen den Leiterplatten verbunden sind. Bei anderen Ausführungsformen kann der Netzwerkbetreiber 107 auf dem gleichen Prozessor wie der Zugangspunkt AP 105 betrieben werden.
Der Netzwerkbetreiber 107 beinhaltet einen Prozessor 803 (beispielsweise einen Mikroprozessor) und einen Speicher 805, der Verarbeitungskapazitäten bereitstellt. Der Speicher 805 speichert Anwendungsprogramme und Anweisungen zum Steuern bzw. Regeln des Betriebes des Netzwerkbetreibers 107, und der Prozessor 803 ist dafür konfiguriert, die Anwendungsprogramme und Anweisungen, die in dem Speicher 805 gespeichert sind, auszuführen und den Betrieb des Betreibers 107 zu steuern bzw. zu regeln. Insbesondere durch die Ausführung der in dem Speicher 805 gespeicherten Anwendungsprogramme kann der Prozessor 803 veranlassen, dass der Netzwerkbetreiber 107 Funktionen, so beispielsweise die vorstehend in der vorliegenden Offenbarung beschriebenen, wahrnimmt.
Wie vorstehend detailliert beschrieben worden ist, hält der Netzwerkbetreiber 107 in dem Speicher 805 ein vorbestimmtes Kommunikationsschema vor, das die Form eines Algorithmus zum Bestimmen von Kommunikationsschemen auf Grundlage eines empfangenen Parameterwertes / von empfangenen Parameterwerten annehmen kann. Der Prozessor 803 des Netzwerkbetreibers 107 kann eine Verarbeitung durchführen, um geeignete Parameter und einen entsprechenden Parameterwert / entsprechende Parameterwerte zur Nutzung beim Einrichten eines Netzwerkkommunikationsschemas zu bestimmen. Der Prozessor 803 kann des Weiteren eine Verarbeitung auf Grundlage eines vorbestimmten Kommunikationsschemas, das in einem Speicher gespeichert ist, durchführen, und zwar beispielsweise durch Ausführen des gespeicherten Algorithmus und Bereitstellen des bestimmten Parameterwertes / der bestimmten Parameterwerte als Eingaben für den Algorithmus, um das Kommunikationsschema zu bestimmen. Der Prozessor 803 kann wiederum veranlassen, dass der Zugangspunkt AP 105, der mit dem Betreiber 107 verknüpft ist, die Netzwerkannoncierung in dem Drahtlosmaschennetzwerk 101, das den bestimmten Parameterwert / die bestimmten Parameterwerte beinhaltet, überträgt. Weitere Funktionen im Zusammenhang mit dem Betrieb des Netzwerkbetreibers sind beispielsweise im Zusammenhang mit dem Verfahren 500 wie auch mit den Verfahren 300 und 400 vorstehend beschrieben worden.
Zusätzlich beinhaltet der Netzwerkbetreiber 107 eine Kommunikationsschnittstelle 801, so beispielsweise einen Sendeempfänger für eine Kommunikation über das Netzwerk / die Netzwerke 111. Obwohl in 8 eine einzige Kommunikationsschnittstelle 801 gezeigt ist, kann der Netzwerkbetreiber 107 auch mehrere Sendeempfänger beinhalten, und zwar beispielsweise in Situationen, in denen der Netzwerkbetreiber 107 unter Nutzung verschiedener Kommunikationsstandards oder Protokolle oder unter Nutzung verschiedener Netzwerke und Kommunikationslinks mit den verknüpften Zugangspunkten AP 105, der Anwendung / den Anwendungen 109 und/oder den Netzwerken 111 oder Servern kommuniziert. Ein eigens vorgesehene bzw. dedizierte Kommunikationsschnittstelle (beispielsweise ein eigens vorgesehener bzw. dedizierter Port bzw. Anschluss) kann beispielsweise für die Kommunikation mit dem Zugangspunkt AP 105 des Maschennetzwerkes 101 beinhaltet sein. Wie in 8 gezeigt ist, kann die Kommunikationsschnittstelle 801 ein drahtgebundener Sendeempfänger, den mit dem Netzwerk 111 verbunden ist, sein. Bei anderen Ausführungsformen beinhaltet der Netzwerkbetreiber 107 einen oder mehrere Drahtlossendeempfänger, die mit Antennen verbunden und für die Drahtloskommunikation konfiguriert sind.
Die verschiedenen Komponenten des Netzwerkbetreibers 107 sind kommunikationstechnisch miteinander (beispielsweise über einen Bus oder andere Kommunikationsleitungen) sowie elektrisch mit einer Leistungsquelle zur Aufnahme einer Betriebsleistung verbunden.
Der Netzwerkbetreiber 107 stellt eine Übersicht über das Maschennetzwerk bereit und kann den Betrieb des Netzwerkes steuern bzw. regeln. Der Netzwerkbetreiber 107 verbindet beispielsweise Knoten mit dem Netzwerk, stellt die Netzwerkzeittaktung ein und/oder stellt das Netzwerkkommunikationsschema ein und führt die weitere Netzwerkadministration auf Grundlage von Programmanweisungen durch, die in dem Speicher 805 gespeichert sind und in dem Prozessor 803 ausgeführt werden. Zusätzlich kann der Netzwerkbetreiber 107 als Teil des Verbindens von Knoten und Zugangspunkten AP mit dem Netzwerk Kennungsinformation von den Knoten 103 und dem Zugangspunkt / den Zugangspunkten AP 105 empfangen und die Knoten und den Zugangspunkt / die Zugangspunkte AP auf Grundlage der Kennungsinformation authentisieren. Bei einigen Beispielen wird die Authentisierung im Gleichklang mit einem Authentisierungsserver durchgeführt, indem Kennungsinformation an den Authentisierungsserver übertragen und eine Authentisierungsbestätigung oder eine Authentisierungsablehnung von dem Server empfangen wird. Bei anderen Beispielen wird die Authentisierung lokal durch den Netzwerkbetreiber 107 auf Grundlage der Kennungsinformation durchgeführt. Darüber hinaus kann während des Betriebs des Netzwerkes der Netzwerkbetreiber Pakete vor dem Übertragen derselben in dem Drahtlosmaschennetzwerk 101 verschlüsseln und/oder Pakete, die durch das Drahtlosmaschennetzwerk 101 empfangen werden, vor dem Weiterleiten derselben an Hostanwendungen 109 und/oder externe Netzwerke 111 entschlüsseln.
Entsprechend der vorstehenden Beschreibung sucht, wenn eine Drahtlosnetzwerkvorrichtung (beispielsweise ein neuer Knoten 103 oder Zugangspunkt AP 105) hochfährt bzw. bootet (oder erneut hochfährt bzw. rebootet), die Vorrichtung nach einer Netzwerkannoncierung. Beim Ausfindigmachen einer Netzwerkannoncierung, die einen Parameterwert oder mehrere Parameterwerte beinhaltet, die in Implementierungen mit fester Topologie verwendet werden, kann die Vorrichtung unmittelbar ein Kommunikationsschema berechnen, anstatt dass sie auf einen Satz von Handshake-Paketen zum Einrichten der Netzwerktopologie und des Kommunikationsschemas warten müsste. Kennt die sich verbindende Vorrichtung ihre Knoten-ID, so kann sie unmittelbar mit dem Netzwerkbetrieb (beispielsweise dem Übertragen von Paketen) unter Nutzung des passenden Netzwerkkommunikationsschemas beginnen. Anderenfalls wartet die sich verbindende Vorrichtung gegebenenfalls auf den Empfang einer Netzwerkverbindungsantwort, die die Knoten-ID beinhaltet, um mit dem Übertragen von Paketen während der Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paare, die der Knoten-ID in dem Netzwerkkommunikationsschema zugewiesen sind, zu beginnen.
Bei dem hier diskutierten exemplarischen Fall der Nutzung eines WBMS sind alle Knoten 103 mit beiden Zugangspunkten AP 105 in 1B verbunden, und es weisen alle Knoten 103 dieselben Bandbreitenanforderungen auf. In einem allgemeineren Fall kann eine Linktopologie eingerichtet werden, die eine andere Konnektivität bereitstellt und die für verschiedene Knoten 103 verschiedene Anzahlen von Übertragungslinks bereitstellt, damit deren Datenveröfferitlichungsanforderungen genügt wird. Ausgehend davon, dass diese Information a priori bekannt ist, kann ein geeignetes Netzwerkkommunikationsschema, das zu dem WBMS-Schema ähnlich ist, erstellt und in allen Knoten 103 und Zugangspunkten AP 105 in dem Netzwerk gespeichert werden. Anstelle eines ersten Knotens „a“, der direkt an beide Zugangspunkte 105 von 1B, nämlich AP1 und AP2, überträgt, kann der erste Knoten beispielsweise anstatt dessen an einen zweiten Knoten „b“ mit fünf Links und an einen dritten Knoten „c“ mit fünf Links übertragen, und es können sowohl der zweite wie auch der dritte Knoten anschließend an die beiden Zugangspunkte AP mit zwanzig Links übertragen. In jedem dieser Fälle ist die Konnektivität der Knoten 103 und Zugangspunkte AP 105 des Netzwerkes vorzugsweise vorab bekannt. Ist bei einem derartigen Beispiel der erste Knoten außerhalb des Bereiches der zweiten und dritten Knoten, so ist dieser gegebenenfalls nicht dazu in der Lage, sich mit dem Drahtlosmaschennetzwerk 101' zu verbinden oder damit zu kommunizieren.
Sollen Vorrichtungen (beispielsweise die Knoten 103 und Zugangspunkte AP 105) mehrere Konnektivätsmuster unterstützen, die möglich, jedoch bis zu ihrem Einsatz nicht bekannt sind, so kann ein Algorithmus für jedes Muster in allen Vorrichtungen für jedes Muster vorprogrammiert werden. Im Betrieb kann dem Betreiber 107 mitgeteilt werden, welcher Algorithmusindex zu annoncieren ist. Verschieden Algorithmusindizes können auf ähnliche Weise dafür genutzt werden, verschiedene Mengen einer homogenen Bandbreite allen Knoten in dem Netzwerk zuzuweisen.
Bei dem WBMS-Beispiel kann ein Zufallsseed zum Randomisieren bzw. zufälligen Wählen der Kanaloffsets, jedoch nicht der Zeitschlitze, verwendet werden. Im Allgemeinen kann ein Algorithmus einen Zufallsseed zum Randomisieren bzw. zufälligen Wählen der Zeitschlitzzuweisung zusätzlich zu oder anstelle der Kanaloffsets verwenden.
Obwohl das Hauptaugenmerk des Vorbeschriebenen beispielshalber auf einem bestimmten WBMS-Beispiel liegt, können die hier beschriebenen Konzepte bei anderen Beispielen auch allgemeiner eingesetzt werden, bei denen zwischen einem regulären Vorrichtungsbetrieb und einem Betrieb mit Schnellverbindung und fester Topologie auf Grundlage des Netzwerkannoncierungstyps, der von dem Netzwerkbetreiber übertragen und von den sich verbindenden Vorrichtungen empfangen wird, umgestellt wird. Zusätzlich oder wahlweise kann ein Algorithmus zum Erstellen eines neuen Schemas an Vorrichtungen in einem Netzwerk durch einen OTAP-Prozess (Over-The-Air Provisioning OTAP) übertragen werden. Die Vorrichtungen können dann den neuen Schemabildungsalgorithmus, der durch den OTAP-Prozess empfangen wird, zur Nutzung bei zukünftigen Vorgängen des Schnellverbindens empfangen und speichern. Unter Nutzung eines derartigen Prozesses kann ein gesamtes Netzwerk zu einem zukünftigen Zeitpunkt auf ein anderes deterministisches Schema umgestellt werden, um beispielsweise einer gemessenen Interferenz gerecht zu werden. Bei Multi-Hop-Netzwerken können Knoten Algorithmusschemen untergeordneten (children) Knoten zuweisen, die sich durch diese verbinden, anstatt dass ein Hinaufgehen bis zum Netzwerkbetreiber erfolgen würde.
Bei kleineren Netzwerken kann die Netzwerkannoncierung eine Abbildung der MAC-Adresse eines jeden Knotens auf eine Knoten-ID enthalten, damit diese ihr Schema unmittelbar kennt, wobei die MAC-Adresse 8 Byte pro Knoten einnimmt. Dies erfordert jedoch gegebenenfalls die Nutzung einer Kompression, um Vorrichtungen mit begrenztem Speicher zu implementieren.
Die vorstehend beschriebenen Systeme und Verfahren ermöglichen ein Schnellverbinden von Knoten in Netzwerken mit bekannter Konnektivität. Die Lösungen unterstützen die Netzwerkannoncierungsstruktur, um Netzwerkkommunikationsschemen innerhalb eines Satzes von deterministischen Schemen zu randomisieren bzw. zufällig zu wählen. Das Verbinden von Knoten mit dem Netzwerk kann zudem unter Nutzung eines einzigen Downstream-Paketes (vom Betreiber zum Knoten) durchgeführt werden, sodass das Verbinden ohne Nutzung von Downstream-Transportsitzungen erfolgen kann, die bislang dafür verwendet wurden, eigens vorgesehene Kanäle für Handshake-Verbindungspakete zwischen einem bestimmten Betreiber und dem Knoten bereitzustellen. Da keine Downstream-Transportsitzungen benötigt werden, können mehrere unabhängige Betreiber dafür, sich zu verbinden, eingesetzt werden, um hierdurch eine Redundanz bereitzustellen und Bandbreitenbeschränkungen zu verringern.
Sämtliche Messungen, Werte, Angaben; Positionen, Beträge, Größen sowie weitere Spezifikationen, die in der vorliegenden Druckschrift, darunter auch in den nachfolgenden Ansprüchen, niedergelegt sind, sind genähert und nicht genau, außer dies ist anders angegeben. Sie sollen einen geeigneten Bereich aufweisen, der mit denjenigen Funktionen in Einklang ist, auf die sie sich beziehen und die auf dem Gebiet, zu dem sie gehören, üblich sind.
Der Schutzumfang ist nicht allein durch die nachfolgenden Ansprüche beschränkt. Der Umfang ist so breit gedacht und soll so breit gedeutet werden, wie es dem üblichen Sinn der Sprache, die in den Ansprüchen verwendet wird, im Lichte der vorliegenden Druckschrift entspricht und wie es zudem der folgenden Entwicklungsgeschichte entspricht, um alle strukturellen und funktionellen Äquivalente einzuschließen. Gleichwohl soll keiner der Ansprüche einen Erfindungsgegenstand einschließen, der nicht den Anforderungen der Paragraphen 101, 102 oder 103 des Patentgesetzes genügt. Ebenso wenig soll eine Deutung auf diese Weise erfolgen. Jedwede unbeabsichtigte Einschließung eines derartigen Erfindungsgegenstandes wird hiermit ausgeschlossen.
Nichts vom Aufgeführten oder Dargestellten mit Ausnahme des Vorgesagten soll derart gedacht sein oder gedeutet werden, dass es der Öffentlichkeit die Verwendung einer beliebigen Komponente, eines Schrittes, eines Merkmals, eines Objektes, eines Nutzens, eines Vorteils oder einer Äquivalenz nahelegt, und zwar ohne abhängig davon, ob dies in den Ansprüchen aufgeführt ist oder nicht.
Es sollte einsichtig sein, dass die hier verwendeten Begriffe und Ausdrücke ihre landläufigen Bedeutungen innehaben, die derartigen Begriffen und Ausdrücken auf den entsprechenden jeweiligen Forschungs- und Studiengebieten zu eigen sind, außer dort, wo spezielle Bedeutungen angegeben sind. Miteinander verwandte Begriffe, so beispielsweise „der/die/das erste“ und „der/die/das zweite“ und dergleichen, können allein dazu verwendet werden, eine Entität oder einen Vorgang von einer anderen Entität oder einem anderen Vorgang zu unterscheiden, ohne dass dies eine tatsächliche solche Beziehung oder Reihenfolge zwischen den Entitäten oder Vorgängen erfordert oder bedingt. Die Begriffe „umfasst/umfassen“, „umfassend“ oder eine beliebige andere Abwandlung hiervon sollen eine nichtausschließliche Einschließung abdecken, sodass ein Prozess, ein Verfahren, ein Gegenstand oder eine Vorrichtung, die eine Liste von Elementen umfassen, nicht nur jene Elemente, sondern auch andere Elemente beinhalten kann, die nicht explizit aufgeführt oder solchen Prozessen, Verfahren, Gegenständen oder Vorrichtungen inhärent sind. Ein Element, vor dem das Wort „ein/eine“ steht, schließt ohne weitere Bedingungen das Vorhandensein zusätzlicher identischer Elemente bei dem Prozess, dem Verfahren, dem Gegenstand oder der Einrichtung, bei denen das Element umfasst ist, nicht aus.
Die Zusammenfassung der Offenbarung soll den Leser in die Lage versetzen, das Wesen der technischen Offenbarung schnell zu erfassen. Sie wird auf der Grundlage bereitgestellt, dass sie nicht zur Deutung oder Beschränkung des Umfanges oder der Bedeutung der Ansprüche verwendet werden soll. Zusätzlich ist aus der vorstehenden Detailbeschreibung ersichtlich, dass zu dem Zweck, die Offenbarung rationeller zu gestalten, verschiedene Merkmale zu verschiedenen Ausführungsformen zusammengruppiert sind. Diese Vorgehensweise bei der Offenbarung soll nicht derart gedeutet werden, dass sie eine Absicht dahingehend widerspiegelt, dass die beanspruchten Ausführungsformen mehr Merkmale, als explizit in jedem Anspruch aufgeführt sind, erfordern. Vielmehr ist, wie in den nachfolgenden Ansprüchen angegeben ist, der erfindungsgemäße Erfindungsgegenstand auch in weniger als allen Merkmalen einer einzelnen offenbarten Ausführungsform verkörpert. Die nachfolgenden Ansprüche werden hiermit in die Detailbeschreibung mit aufgenommen, wobei jedes Merkmal per se als separat beanspruchter Erfindungsgegenstand gilt.
Obwohl vorstehend beschrieben worden ist, was als optimale Ausführung (best mode) und/oder weitere Beispiele betrachtet wird, sollte einsichtig sein, dass verschiedene Abwandlungen vorgenommen werden können, dass der hier offenbarte Erfindungsgegenstand in verschiedenen Formen und Beispielen implementiert sein kann und dass die Lehre bei verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden kann, von denen hier nur einige beschrieben sind. Die nachfolgenden Ansprüche sollen beliebige und alle Anwendungen, Abwandlungen und Änderungen, die dem wahren Wesen der vorliegenden Lehre entsprechen, beanspruchen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62492636 [0001]

Claims

Verfahren zum Ermöglichen eines Schnellverbindens in einem Drahtlosmaschennetzwerk, wobei das Verfahren umfasst: in einem Drahtlosnetzwerkknoten erfolgendes Empfangen eines Paketes, das durch einen Betreiber des Drahtlosmaschennetzwerkes übertragen wird, wobei das Paket einen Parameterwert beinhaltet, der durch den Betreiber des Drahtlosmaschennetzwerkes übertragen wird; in dem Drahtlosnetzwerkknoten erfolgendes Bestimmen eines angepassten Kommunikationsschemas für das Drahtlosmaschennetzwerk auf Grundlage des Parameterwertes, der in dem Paket empfangen wird, und eines vorbestimmten Kommunikationsschemas, das durch den Drahtlosnetzwerkknoten gespeichert wird, wobei das angepasste Kommunikationsschema jeden jeweiligen Knoten von mehreren Drahtlosnetzwerkknoten mit einem oder mehreren Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paaren verknüpft, wobei jedes Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paar einen Kommunikationskanal von mehreren Kommunikationskanälen und einen Zeitschlitz von mehreren Zeitschlitzen zur Nutzung durch den jeweiligen Knoten beim Übertragen eines Paketes in dem Drahtlosmaschennetzwerk angibt; und von dem Drahtlosnetzwerkknoten her erfolgendes Übertragen eines Paketes über einen Kommunikationskanal und während eines Zeitschlitzes, die mit dem Drahtlosnetzwerkknoten in dem angepassten Kommunikationsschema verknüpft sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das vorbestimmte Kommunikationsschema, das durch den Drahtlosnetzwerkknoten gespeichert wird, einen Algorithmus umfasst, und das Bestimmen des angepassten Kommunikationsschemas umfasst: Ausführen des Algorithmus zum Bestimmen des angepassten Kommunikationsschemas für das Drahtlosmaschennetzwerk auf Grundlage des von dem Betreiber empfangenen Parameterwertes derart, dass verschiedene angepasste Kommunikationsschemen für das Drahtlosmaschennetzwerk für verschiedene Parameterwerte bestimmt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das durch den Betreiber übertragene empfangene Paket eine Netzwerkverbindungsmitteilung ist, die den Parameterwert beinhaltet und an den Drahtlosnetzwerkknoten durch einen oder mehrere andere Drahtlosnetzwerkknoten des Drahtlosmaschennetzwerkes weitergeleitet wird, und der Algorithmus in Reaktion auf das Empfangen der Netzwerkverbindungsmitteilung ausgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei der in der Netzwerkverbindungsmitteilung beinhaltete Parameterwert eine Maximalanzahl von Drahtlosnetzwerkknoten, die in dem Drahtlosmaschennetzwerk beinhaltet sein sollen, angibt, und der Algorithmus das angepasste Kommunikationsschema für das Drahtlosmaschennetzwerk auf Grundlage der Maximalanzahl von Drahtlosnetzwerkknoten, die in der Netzwerkverbindungsmitteilung angegeben ist, bestimmt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei der Algorithmus das angepasste Kommunikationsschema für jeden der mehreren Drahtlosnetzwerkknoten des Drahtlosmaschennetzwerkes bestimmt, und wobei das Verfahren des Weiteren umfasst: in dem Drahtlosnetzwerkknoten von dem Betreiber des Drahtlosmaschennetzwerkes her erfolgendes Empfangen einer Kennung eines bestimmten Drahtlosnetzwerkknotens der mehreren Drahtlosnetzwerkknoten des Drahtlosmaschennetzwerkes; und durch den Drahtlosnetzwerkknoten über das Drahtlosmaschennetzwerk erfolgendes Übertragen von Paketen lediglich unter Nutzung von Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paaren, die mit dem identifizierten bestimmten Drahtlosnetzwerkknoten in dem angepassten Kommunikationsschema verknüpft sind.
Verfahren nach Anspruch 5, des Weiteren umfassend: vor dem Empfangen der Kennung, des bestimmten Drahtlosnetzwerkknotens in dem Drahtlosnetzwerkknoten erfolgendes Kommunizieren durch den Drahtlosnetzwerkknoten über das Drahtlosmaschennetzwerk unter Nutzung von mehreren Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paaren, die mit verschiedenen Drahtlosnetzwerkknoten in dem angepassten Kommunikationsschema verknüpft sind.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Übertragen des Paketes umfasst: Übertragen einer Netzwerkverbindungsanfrage von dem Drahtlosnetzwerkknoten an einen Betreiber des Drahtlosmaschennetzwerkes während eines ersten Zeitschlitzes eines ersten Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paares der mehreren Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paare, wobei der erste Zeitschlitz mit Anfragen zum Verbinden mit dem Drahtlosmaschennetzwerk verknüpft ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mehreren Drahtlosnetzwerkknoten des Drahtlosmaschennetzwerkes eine vorbestimmte physische Topologie aufweisen, die Paare von Drahtlosnetzwerkknoten beinhaltet, die innerhalb eines Drahtloskommunikationsbereiches voneinander sind, und das angepasste Kommunikationsschema, das auf Grundlage des empfangenen Parameterwertes bestimmt wird, mit jedem Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paar ein Paar von Drahtlosnetzwerkknoten, die innerhalb eines Drahtloskommunikationsbereiches voneinander sind, entsprechend der vorbestimmten physischen Topologie der Drahtlosnetzwerkknoten verknüpft.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei jeder jeweilige Drahtlosnetzwerkknoten der mehreren Drahtlosnetzwerkknoten des Drahtlosmaschennetzwerkes ein vorbestimmtes Kommunikationsschema speichert, das einen jeweiligen Algorithmus umfasst, und jeder jeweilige Algorithmus zum Bestimmen eines angepassten Kommunikationsschemas für den jeweiligen Drahtlosnetzwerkknoten konfiguriert ist, das mit jeweiligen angepassten Kommunikationsschemen kompatibel ist, die durch jeweilige Algorithmen aller anderen Drahtlosnetzwerkknoten des Drahtlosmaschennetzwerkes bestimmt werden.
Drahtlosnetzwerkknoten, der zum Schnellverbinden mit einem Drahtlosmaschennetzwerk konfiguriert ist, wobei der Drahtlosnetzwerkknoten umfasst: einen Drahtlostransceiver bzw. Drahtlossendeempfänger, der zur Drahtloskommunikation mit Drahtlosnetzwerkknoten und Zugangspunkten des Drahtlosmaschennetzwerkes konfiguriert ist; einen Prozessor, der kommunikationstechnisch mit dem Drahtlossendeempfänger verbunden ist; und eine nichttemporäre Speichervorrichtung, die Programmanweisungen speichert, die bei Ausführung durch den Prozessor den Drahtlosnetzwerkknoten veranlassen zum: über den Drahtlossendeempfänger erfolgenden Empfangen eines Paketes, das durch einen Betreiber des Drahtlosmaschennetzwerkes übertragen wird, wobei das Paket einen Parameterwert beinhaltet, der durch den Betreiber des Drahtlosmaschennetzwerkes übertragen wird; Bestimmen eines angepassten Kommunikationsschemas für das Drahtlosmaschennetzwerk auf Grundlage des in dem Paket empfangenen Parameterwertes und eines vorbestimmten Kommunikationsschemas, das in dem nichttemporären Speicher des Drahtlosnetzwerkknotens gespeichert ist, wobei das angepasste Kommunikationsschema jeden jeweiligen Knoten von mehreren Drahtlosnetzwerkknoten mit einem oder mehreren Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paaren verknüpft, wobei jedes Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paar einen Kommunikationskanal von mehreren Kommunikationskanälen und einen Zeitschlitz von mehreren Zeitschlitzen zur Nutzung durch den jeweiligen Knoten beim Übertragen eines Paketes in dem Drahtlosmaschennetzwerk angibt; und mittels des Drahtlossendeempfängers erfolgendes Übertragen eines Paketes über einen. Kommunikationskanal und während eines Zeitschlitzes, die mit dem Drahtlosnetzwerkknoten in dem angepassten Kommunikationsschema verknüpft sind.
Drahtlosnetzwerkknoten nach Anspruch 10, wobei das vorbestimmte Kommunikationsschema, das in dem nichttemporären Speicher des Drahtlosnetzwerkknotens gespeichert ist, einen Algorithmus umfasst, und die Programmanweisungen bei Ausführung durch den Prozessor zum Bestimmen des angepassten Kommunikationsschemas den Drahtlosnetzwerkknoten des Weiteren veranlassen zum: Ausführen des Algorithmus zum Bestimmen des angepassten Kommunikationsschemas für das Drahtlosmaschennetzwerk auf Grundlage des von dem Betreiber empfangenen Parameterwertes derart, dass verschiedene angepasste Kommunikationsschemen für das Drahtlosmaschennetzwerk für verschiedene Parameterwerte bestimmt werden.
Drahtlosnetzwerkknoten nach Anspruch 11, wobei das durch den Betreiber übertragene empfangene Paket eine Netzwerkverbindungsmitteilung ist, die den Parameterwert beinhaltet und an den Drahtlosnetzwerkknoten durch einen oder mehrere andere Drahtlosnetzwerkknoten des Drahtlosmaschennetzwerkes weitergeleitet wird, und die Programmanweisungen veranlassen, dass der Drahtlosnetzwerkknoten den Algorithmus in Reaktion auf das Empfangen der Netzwerkverbindungsmitteilung ausführt.
Drahtlosnetzwerkknoten nach Anspruch 12, wobei der in der Netzwerkverbindungsmitteilung beinhaltete Parameterwert eine Maximalanzahl von Drahtlosnetzwerkknoten, die in dem Drahtlosmaschennetzwerk beinhaltet sein sollen, angibt, und die Programmanweisungen den Drahtlosnetzwerkknoten veranlassen zum: Ausführen des Algorithmus zum Bestimmen des angepassten Kommunikationsschemas für das Drahtlosmaschennetzwerk auf Grundlage der Maximalanzahl von Drahtlosnetzwerkknoten, die in der Netzwerkverbindungsmitteilung angegeben ist.
Drahtlosnetzwerkknoten nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei der Algorithmus das angepasste Kommunikationsschema für jeden der mehreren Drahtlosnetzwerkknoten des Drahtlosmaschennetzwerkes bestimmt, und die Programmanweisungen den Drahtlosnetzwerkknoten des Weiteren veranlassen zum: mittels des Drahtlossendeempfängers von dem Betreiber des Drahtlosmaschennetzwerkes her erfolgenden Empfangen einer Kennung eines bestimmten Drahtlosnetzwerkknotens der mehreren Drahtlosnetzwerkknoten des Drahtlosmaschennetzwerkes; und mittels des Drahtlossendeempfängers über das Drahtlosmaschennetzwerk erfolgenden Übertragen von Paketen lediglich unter Nutzung von Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paaren, die mit dem identifizierten bestimmten Drahtlosnetzwerkknoten in dem angepassten Kommunikationsschema verknüpft sind.
Drahtlosnetzwerkknoten nach Anspruch 14, wobei die Programmanweisungen den Drahtlosnetzwerkknoten des Weiteren veranlassen zum: vor dem Empfangen der Kennung des bestimmten Drahtlosnetzwerkknotens erfolgenden Kommunizieren mittels des Drahtlossendeempfängers über das Drahtlosmaschennetzwerk unter Nutzung von mehreren Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paaren, die mit verschiedenen Drahtlosnetzwerkknoten in dem angepassten Kommunikationsschema verknüpft sind.
Drahtlosnetzwerkknoten nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei die Programmanweisungen bei Ausführung durch den Prozessor zum Übertragen des Paketes den Drahtlosnetzwerkknoten des Weiteren veranlassen zum: Übertragen einer Netzwerkverbindungsanfrage mittels des Drahtlossendeempfängers an einen Betreiber des Drahtlosmaschennetzwerkes während eines ersten Zeitschlitzes eines ersten Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paares der mehreren Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paare, wobei der erste Zeitschlitz mit Anfragen zum Verbinden mit dem Drahtlosmaschennetzwerk verknüpft ist.
Drahtlosnetzwerkknoten nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei die mehreren Drahtlosnetzwerkknoten des Drahtlosmaschennetzwerkes eine vorbestimmte physische Topologie aufweisen, die Paare von Drahtlosnetzwerkknoten beinhaltet, die innerhalb eines Drahtloskommunikationsbereiches voneinander sind, und das angepasste Kommunikationsschema, das auf Grundlage des empfangenen Parameterwertes bestimmt wird, mit jedem Kommunikationskanal-Zeitschlitz-Paar ein Paar von Drahtlosnetzwerkknoten, die innerhalb eines Drahtloskommunikationsbereiches voneinander sind, entsprechend der vorbestimmten physischen Topologie der Drahtlosnetzwerkknoten verknüpft.
Drahtlosnetzwerkknoten nach einem der Ansprüche 10 bis 17, wobei jeder jeweilige Drahtlosnetzwerkknoten der mehreren Drahtlosnetzwerkknoten des Drahtlosmaschennetzwerkes ein vorbestimmtes Kommunikationsschema speichert, das einen jeweiligen Algorithmus umfasst, und jeder jeweilige Algorithmus zum Bestimmen eines angepassten Kommunikationsschemas für den jeweiligen Drahtlosnetzwerkknoten konfiguriert ist, das mit jeweiligen angepassten Kommunikationsschemen kompatibel ist, die durch jeweilige Algorithmen aller anderen Drahtlosnetzwerkknoten des Drahtlosmaschennetzwerkes bestimmt werden.