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In bekannten Netzwerken zur Übermittlung von Datenpaketen sind Teilnehmer vorhanden, die die Datenpakete senden und empfangen. Die Teilnehmer sind hierbei Einrichtung zur elektronischen Datenverarbeitung, die zum Empfangen, Verarbeiten und Aussenden der Datenpakete ausgestaltet sind. Die Teilnehmer eines solchen Datennetzwerkes können alternativ auch als Knoten bezeichnet werden. In vielen bekannten Netzwerken ist eine zuverlässige Übertragung von Datenpaketen zwischen den Teilnehmer gewünscht. Diese Zuverlässigkeit, die auch als QoS (Quality of Service) bezeichnet werden kann, einer Übertragung ist die Wahrscheinlichkeit, mit der ein Datenpaket von seinem Ziel empfangen wird. Teilnehmer des Netzwerks können die Datenpakete an andere Teilnehmer, mit denen sie verbunden sind, übertragen. Die Datenübertragung zwischen den Teilnehmern ist nicht immer zuverlässig und kann beispielsweise durch eine Bewegung mobiler Teilnehmer, durch eine Überschreitung der Übertragungskapazität, durch einen Ausfall oder eine Überlastung von Teilnehmern, durch Störungen oder Ausfall der Übertragungstechnik oder durch andere Eigenschaften der Datenübertragungstechnik oder der Teilnehmer gestört werden. Beispielhafte Netzwerke, in denen eine solche Störung der Datenübertragung problematisch sein kann, sind Datenübertragungen von Zugsicherungseinrichtungen zwischen zugseitigen Einrichtungen und streckenseitigen Einrichtungen, Datenübertragungen zwischen mobilen und ortsfesten Automatisierungsgeräten in industriellen Fabrikationsanlagen oder auch Datenübertragungen zwischen Kraftfahrzeugen und ortsfesten Einrichtungen des Straßenverkehrs.
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Die Datenübertragung innerhalb eines Netzwerks kann von einem Teilnehmer an einen oder mehrere andere verbundene Teilnehmer erfolgen. Im einfachsten Fall ist der sendende Teilnehmer identisch mit dem Ursprung der Datenübertragung und der empfangende Teilnehmer identisch mit dem Ziel der Datenübertragung. In den meisten Fällen besteht aber keine direkte Verbindung zwischen dem Ursprungsteilnehmer und dem Zielteilnehmer. In diesem Fall erfolgt eine Datenübertragung indirekt über einen oder mehrere Teilnehmer, die das Datenpaket weiterleiten.
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Ein Datenpaket ist eine definierte Einheit von Daten, die gemeinsam übertragen und verarbeitet wird. Ein Datenpaket enthält dabei mindestens Informationen über das Ziel der Aussendung. Dieses Ziel kann ein einzelner Teilnehmer (Unicast oder Anycast) eine definierte Teilmenge der Teilnehmer (Multicast) oder können auch sämtliche Teilnehmer (Broadcast) des Netzwerkes sein.
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Die Verbindungen zwischen den Teilnehmern können über unterschiedliche Datenübertragungstechniken realisiert werden. Die Übertragung kann beispielsweise kabelgebunden, funkbasiert oder auf andere Weise erfolgen. Die Verbindung kann in Form einer physischen oder logischen Direktverbindung zu einem anderen Teilnehmer (Punkt-zu-Punkt-Verbindung) oder einer unausgerichteten Aussendung an mehrere Knoten bestehen. Dabei müssen die Verbindungen nicht statisch sein, sondern können sich auch beispielsweise durch eine Bewegung mobiler Teilnehmer oder durch Veränderungen der Umgebungsbedingungen verändern. Die Verbindungen zwischen den Teilnehmern haben üblicherweise eine begrenzte Übertragungskapazität.
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Fehler bei der Datenübertragung können durch Fehlererkennungsmechanismen erkannt werden, und fehlerhaft übertragene Datenpakete können durch Teilnehmer verworfen werden. Einige bekannte Datenübertragungssysteme können sogar Übertragungsfehler in einem begrenzten Maß durch Fehlerkorrekturmechanismen korrigieren.
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Dennoch ist eine zuverlässige Übertragung von Datenpaketen zwischen den Teilnehmern in Netzwerken wünschenswert.
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Bei bekannten Verfahren wird ein Datenpaket solange gezielt von einem Teilnehmer an einen verbundenen nächsten Teilnehmer gesendet, bis das Datenpaket an seinem Ziel angelangt ist. Dabei kann die Ermittlung des Pfades durch ein Routingprotokoll erfolgen, durch das die Teilnehmer die Verbindung zwischen ihnen bis zum Ziel ermitteln. Dieses Verfahren eignet sich insbesondere für Übertragungen, deren Ziel ein einzelner Teilnehmer ist (Unicast, Anycast).
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Allerdings können bei den bekannten Verfahren immer wieder Fehler auftreten, so dass die Übertragungsqualität nicht immer ausreichend ist.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Datenübermittlung in einem Netzwerk und einen Teilnehmer eines solchen Netzwerkes bereitzustellen, bei denen die Qualität der Datenübertragung erhöht werden kann.
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Die Erfindung löst diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Datenübermittlung in einem Netzwerk aus mehreren Teilnehmern, bei dem ein eindeutig identifizierbares Datenpaket von wenigstens einem ersten Teilnehmer an alle benachbarten zweiten Teilnehmer gesendet wird, bei dem das Datenpaket von jedem zweiten Teilnehmer empfangen wird und ermittel wird, ob das Datenpaket von diesem zweiten Teilnehmer zuvor bereits empfangen und/oder gesendet wurde, und bei dem das Datenpaket von jedem zweiten Teilnehmer an alle benachbarten dritten Teilnehmer gesendet wird, wenn der jeweilige zweite Teilnehmer das Datenpaket zuvor noch nicht empfangen und/oder gesendet hatte.
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Weiterhin löst die Erfindung die Aufgabe durch einen Teilnehmer zum Empfangen und Aussenden von Datenpaketen in einem Netzwerk aus mehreren Teilnehmern, wobei der Teilnehmer ausgestaltet ist, ein von einem benachbarten Teilnehmer ausgesendetes Datenpaket zu empfangen und zu ermitteln, ob das Datenpaket von dem Teilnehmer zuvor bereits empfangen und/oder gesendet wurde und der Teilnehmer ausgestaltet ist, das Datenpaket an alle benachbarten Teilnehmer zu senden, wenn der Teilnehmer das Datenpaket zuvor noch nicht empfangen und/oder gesendet hat.
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Die erfindungsgemäße Lösung hat den Vorteil, dass auf der einen Seite das gesamte Netzwerk aus Teilnehmern mit dem Datenpaket versorgt oder geflutet wird und dadurch eine zuverlässige Übermittlung an das Ziel gewährleistet ist. Vorteilhafter Weise werden nämlich verschiedene Pfade verwendet. Das Ziel kann dabei auch aus mehreren oder allen Teilnehmern des Netzwerkes bestehen (Multicast, Broadcast). Dafür wird das Datenpaket von den Teilnehmern jeweils an alle benachbarten Teilnehmer gesendet. Hierfür wird das Datenpaket entsprechend dupliziert beziehungsweise kopiert. Auf der anderen Seite wird durch die Erfindung eine unnötige Belastung des Netzwerkes vermieden, weil jeder zweite Teilnehmer das Datenpaket nur an die benachbarten dritten Teilnehmer sendet, wenn der jeweilige zweite Teilnehmer das Datenpaket zuvor noch nicht gesendet beziehungsweise empfangen hatte. Eine Mehrfachübermittlung von dem gleichen Teilnehmer wird also vermieden. Dadurch wird der Datenverkehr im Netzwerk minimiert.
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Die Erfindung kann durch vorteilhafte Ausgestaltungen weiterentwickelt werden, die im Folgenden beschrieben werden.
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So kann in einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens das empfangene Datenpaket von jedem der zweiten Teilnehmer nicht gesendet werden, wenn dieser zweite Teilnehmer das Datenpaket zuvor bereits empfangen und/oder gesendet hatte, oder dieser zweite Teilnehmer das einzige Ziel des Datenpaketes ist. Ferner kann das empfangene Datenpaket gelöscht werden, wenn der jeweilige zweite Teilnehmer das Datenpaket zuvor bereits empfangen und/oder bereits gesendet hatte. Dies hat den Vorteil, dass bereits empfangene und/oder bereits gesendete Datenpakete nicht bei den Teilnehmern zwischengespeichert werden müssen.
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Um insgesamt weniger Datenpakete übermitteln zu müssen und Nutzdaten in ausreichender Menge zu übertragen, kann mittels des Datenpaketes eine Datenmenge größer 128 Byte gemeinsam gesendet oder empfangen werden. Für die Übermittlung von Nutzdaten ist eine Datenmenge größer 128 Byte sinnvoll. Deutlich größere Datenmengen sind natürlich auch möglich.
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Um auf einfache Weise zu ermitteln, ob Datenpakete bereits bei einem zweiten Teilnehmer gesendet oder empfangen worden sind, kann mithilfe eines Identifizierungsmittels, das das Datenpaket aufweist, ermittelt werden, ob der zweite Teilnehmer das Datenpaket zuvor bereits empfangen und/oder gesendet hatte.
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Ferner kann das Datenpaket von jedem zweiten Teilnehmer nicht an den ersten Teilnehmer zurückgesendet werden. Dies hat den Vorteil, dass der Datenverkehr im Netzwerk reduziert wird, denn der erste Teilnehmer hat das von dem zweiten Teilnehmer empfangene Datenpaket in jedem Fall bereits gesehen.
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Schließlich betrifft die Erfindung auch ein Netzwerk zur Übermittlung von Datenpaketen mit mehreren Teilnehmern, bei dem erfindungsgemäß zumindest einige der Teilnehmer nach der oben genannten erfindungsgemäßen Ausführung ausgebildet sind.
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In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Netzwerk als ein Ad-hoc-Netzwerk ausgebildet sein. Die Erfindung eignet sich besonders gut für die Ausgestaltung solcher Ad-hoc-Netzwerke.
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Ferner kann das Netzwerk innerhalb einer eisenbahntechnischen Anlage, einer Industrieanlage oder einer Straßenverkehrsanlage ausgebildet sein.
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Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
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Es zeigen:
- 1 - 6 schematische Darstellungen einer beispielhaften Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Netzwerkes in unterschiedlichen Schritten einer erfindungsgemäßen Datenübertragung.
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Im Folgenden wird die Erfindung anhand einer beispielhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Netzwerkes in den 1 - 6 beschrieben.
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Die 1 - 6 zeigen jeweils ein Netzwerk 1 mit einer Vielzahl von Teilnehmern 2, die zumindest teilweise durch Verbindungen 3 miteinander verbunden sind. Die das Netzwerk 1 bildenden Teilnehmer 2 sind beispielsweise verschiedene fahrzeug- beziehungsweise streckenseitigen Zugsicherungseinrichtungen einer eisenbahntechnischen Anlage, zwischen denen eine Datenübertragung stattfindet. Die Verbindungen 3 zwischen den Teilnehmern 2 sollen hier beispielhaft funkbasiert ausgebildet sein. Alternativ können die Verbindungen 3 aber auch kabelgebunden oder auf andere Weise ausgeführt sein. Die Verbindungen 3 müssen auch nicht statisch sein, sondern können sich durch eine Bewegung der mobilen Teilnehmer 2 verändern. Die schematische Darstellung in den 1 - 6 ist daher als eine Momentaufnahme zu sehen.
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Weiterhin ist in den 1 - 6 ein Datenpaket 4 gezeigt, das zwischen bestimmten Teilnehmern 2 übertragen wird. Die Richtung der Übertragung des Datenpakets 4 zwischen den Teilnehmern 2 ist durch einen Pfeil angedeutet. Im Folgenden werden die Teilnehmer 2 zur Unterscheidung mit unterschiedlichen Bezugszeichen bezeichnet.
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Im Folgenden wird erläutert, wie ein Datenpaket 4 mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens von einem ursprünglichen Teilnehmer 2.1, der den Ursprung U des Datenpakets 4 bildet, zu einem Teilnehmer 2.15, der das Ziel Z des Datenpakets 4 darstellt.
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Das Datenpaket 4 wird in seinem Ursprung U von dem Teilnehmer 2.1 erstellt. Das Ziel Z des Datenpakets 4 soll der Teilnehmer 2.15 sein, der im Datenpaket 4 angegeben ist. Weiterhin weist das Datenpaket 4 ein eindeutiges Identifizierungsmittel 5 auf, durch das das Datenpaket 4 eindeutig identifiziert werden kann. Das Identifizierungsmittel 5 ist ein Identifizierer wie beispielsweise ein kryptografischer Nachrichtenauthentisierungscode, eine Kombination aus Absenderkennung und Sequenznummer, eine zufällig erzeugte Paketkennung oder eine beliebige andere Kennung, die das Datenpaket 4 ab seiner ursprünglichen Aussendung eindeutig identifiziert.
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Sämtliche Teilnehmer 2, 2.1 - 2.15 des Netzwerks 1 sind so ausgestaltet, dass sie das Identifizierungsmittel 5 sämtlicher Datenpakete 4 aufzeichnen, die sie empfangen und/oder versenden. So können sie prüfen, ob ein neues Datenpaket 4 bereits vorher empfangen wurde. Wenn hier von dem Datenpaket 4 oder den Datenpaketen 4 die Rede ist, ist immer das identische Datenpaket 4 und dessen duplizierte Datenpakete 4 gemeint. Andere neue Datenpakete mit anderem Inhalt sind in den Figuren nicht dargestellt.
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Neben dem Identifizierungsmittel 5 weist das Datenpaket 4 aber auch Nutzdaten 6 auf, deren Übermittlung der eigentliche Zweck der Datenübertragung ist. Nutzdaten 6 können beispielsweise Informationen einer Zugsicherungseinrichtung sein, die an einen anderen Teilnehmer 2 übermittelt werden müssen. In 1 ist das Datenpaket 4 einmal schematisch vergrößert dargestellt, um die unterschiedlichen Inhalte zu zeigen.
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Da das Datenpaket 4 nicht direkt von seinem Ursprung U an sein Ziel Z übertragen werden kann, weil die entsprechenden Teilnehmer 2 nicht alle direkt miteinander verbunden sind, muss das Datenpaket 4 über andere Teilnehmer 2 übertragen werden, die zwischen Ursprung U und Ziel Z liegen. Zur Übertragung des Datenpakets 4 sendet jeder Teilnehmer 2 das Datenpaket 4 an alle seine benachbarten Teilnehmer 2 aus, mit Ausnahme des Teilnehmers 2, von dem das Datenpaket 4 empfangen wurde. Alternativ kann das Datenpaket 4 auch an den Teilnehmer 2 gesendet werden, von dem das Datenpaket 4 empfangen wurde, wenn dies beispielsweise technisch nicht anders machbar ist. Dies ist beispielsweise nötig, wenn nur ein Funkkanal zur Übermittlung zur Verfügung steht.
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Für die Übertragung des Datenpakets 4 an alle benachbarten Teilnehmer 2 wird das Datenpaket von dem aussendenden Teilnehmer 2 gegebenenfalls vervielfältigt, um jeweils eine Version an jeden Teilnehmer 2 senden zu können. Die vervielfältigten Datenpakete 4 sind zueinander identisch und weisen dasselbe Identifizierungsmittel 5 auf.
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Mit Bezug auf 1 sendet also der Teilnehmer 2.1 das Datenpaket 4 an seine benachbarten Teilnehmer 2.2 und 2.3. Als benachbarte Teilnehmer 2 sollen hier nur Teilnehmer 2 gelten, die durch eine Verbindung 3 miteinander verbunden sind. Die Teilnehmer 2.2 und 2.3, die das Datenpaket 4 in diesem Schritt empfangen haben, lesen das Identifizierungsmittel 5 des Datenpakets 4 aus. Jetzt ermittelt jeder der empfangenden Teilnehmer 2.2, 2.3, ob das Datenpaket 4 bereits zuvor empfangen beziehungsweise gesendet wurde. Da jeder Teilnehmer die Identifizierungsmittel 5 sämtlicher Datenpakete 4 aufzeichnet, die er zuvor bereits gesehen hat, also gesendet beziehungsweise empfangen hat, kann die Ermittlung durch einen Vergleich mit den aufgezeichneten Identifizierungsmitteln 5 erfolgen. Jeder empfangende Teilnehmer 2.2, 2.3 vergleicht also das Identifizierungsmittel 5 des neuen Datenpakets 4 mit den Identifizierungsmitteln 5 der „alten“ Datenpaketen 4. Erfindungsgemäß wird das Datenpaket 4 von einem Teilnehmer 2 nur dann weitergesendet, wenn es von diesem Teilnehmer 2 zuvor noch nicht empfangen und/oder gesendet wurde.
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Da die Teilnehmer 2.2, 2.3 in der in den 1 - 6 dargestellten Datenübertragung das Datenpaket 4 noch nicht empfangen hatten, wird das Datenpaket 4 wie in 2 dargestellt von den Teilnehmer 2.2 und 2.3 an die benachbarten Teilnehmer 2.4, 2.5 weitergesendet. Da der Teilnehmer 2.3 nur einen weiteren benachbarten Teilnehmer 2.5 hat, muss das Datenpaket 4 hier nicht vervielfältigt werden.
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Bei der in den Figuren dargestellten Datenübermittlung wird das Datenpaket 4 jeweils nicht an den benachbarten Teilnehmer 2 zurückgeschickt, von dem es zuvor empfangen wurde.
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Da der Teilnehmer 2.2 zwei weitere benachbarte Teilnehmer 2.4, 2.5 aufweist, wird das Datenpaket 4 von dem Teilnehmer 2.2 dupliziert. Das Weitersenden des Datenpakets 4 an die Teilnehmer 2.4 und 2.5 ist in 2 dargestellt.
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3 zeigt den nächsten Schritt der Datenübertragung des Datenpakets 4 von den Teilnehmern 2.4 und 2.5 an ihre benachbarten Teilnehmer 2.6, 2.7 und 2.8. Der Teilnehmer 2.5 hatte das Datenpaket 2 zweimal erhalten, nämlich sowohl von dem Teilnehmer 2.3 als auch von dem Teilnehmer 2.2, wie in 2 dargestellt. Die beiden Datenpakete 4 sind identisch. Erfindungsgemäß wird für das zuerst empfangene Datenpaket 4 von Teilnehmer 2.5 geprüft, ob dieses Datenpaket von ihm bereits empfangen oder gesendet wurde. Da dies noch nicht der Fall war, wird das Datenpaket 4 an den einzigen benachbarten Teilnehmer 2.8 weitergesendet, wie in 3 dargestellt. Das zweite empfangene Datenpaket 4 jedoch wird vom Teilnehmer 2.5 gelöscht und nicht weitergesendet, weil die Prüfung hier ergibt, dass das Datenpaket 4 bereits zuvor empfangen wurde. Das Identifizierungsmittel 5 des zweiten Datenpakets 4 wurde nämlich von Teilnehmer 2.5 aufgezeichnet und dessen erneuter Empfang erkannt. Durch das Löschen des zweiten Datenpakets 4 wird die Belastung des Netzwerks 1 in vorteilhafter Weise reduziert.
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4 zeigt den nächsten Schritt der dargestellten Datenübertragung, bei dem die Teilnehmer 2.6, 2.7 und 2.8 die Datenpakete 4 an die nächsten benachbarten Teilnehmer 2.9, 2.10 und 2.11 weitersenden. Dabei dupliziert der Teilnehmer 2.6 das Datenpaket 4, um es an seine benachbarten Teilnehmer 2.7 und 2.11 jeweils weitersenden zu können. Der Teilnehmer 2.7 de-dupliziert, also löscht das Datenpaket 4 einmalig, da er das Datenpaket 4 sowohl vom Teilnehmer 2.4 als auch vom Teilnehmer 2.6 erhält. Der Teilnehmer 2.8 wiederum dupliziert das Datenpaket 4, um es an seine benachbarten Teilnehmer 2.9 und 2.10 weitersenden zu können.
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5 zeigt erneut den nächsten Schritt der Datenübertragung, in dem die Teilnehmer 2.10 und 2.11 das Datenpaket 4 weitersenden. Der Teilnehmer 2.10 sendet das Datenpaket 4 an seinen einzigen neuen benachbarten Teilnehmer 2.14. Somit muss der Teilnehmer 2.10 das Datenpaket 4 weder kopieren noch es löschen. Der Teilnehmer 2.11 hingegen hat zwei neue benachbarte Teilnehmer 2.12 und 2.13. Daher vervielfältigt der Teilnehmer 2.11 das Datenpaket 4, um es jeweils an die Teilnehmer 2.12 und 2.13 weitersenden zu können.
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In 6 erreicht das Datenpaket 4 sein Ziel Z, das in dem Teilnehmer 2.15 besteht. Die Teilnehmer 2.12, 2.13 und 2.14 senden das Datenpaket 4 nämlich jeweils an ihren einzigen neuen benachbarten Teilnehmer 2.15. Da der Teilnehmer 2.15 das Ziel Z des Datenpakets 4 ist, endet hier die erfindungsgemäße Datenübertragung.
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In den 1 - 6 ist das Ziel der Datenübertragung beispielhaft ein einzelner Teilnehmer 2.15. Daher handelt es sich hier um eine Unicast- oder Anycast-Datenübertragung. Alternativ kann das erfindungsgemäße Verfahren aber auch zur Datenübertragung an eine definierte Teilmenge der Teilnehmer nach dem Multicast Verfahren oder auch an alle Teilnehmer 2 nach dem Broadcast Verfahren verwendet werden.
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Das in den 1 - 6 beispielhaft dargestellte erfindungsgemäße Netzwerk 1 ist als ein Ad-hoc-Netzwerk ausgebildet, wo sich die Erfindung als besonders vorteilhaft erwiesen hat. Andere Netzwerkformen sind selbstverständlich ebenfalls möglich. Das erfindungsgemäße Verfahren funktioniert natürlich auch für andere Netzwerkformen.
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Durch das erfindungsgemäße Verfahren werden zwischen dem Ursprung U und dem Ziel Z alle möglichen Pfade genutzt. Dadurch wird eine hohe Quality of Service sichergestellt ohne zusätzliche fehlerkorrigierende Algorithmen anwenden zu müssen.
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Das Datenpaket 4 weist eine Datenmenge größer als 1 KB auf. Daher können in dem Datenpaket 4 eine ausreichende Menge an Nutzdaten übertragen werden. Dadurch können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren eine Vielzahl von Datenpaketen 4 pro Zeiteinheit, beispielsweise pro Sekunde, innerhalb des Netzwerkes 1 übermittelt werden.
