DE102019213878A1

DE102019213878A1 - Verfahren zur Steuerung des Sendezugriffs auf ein Kommunikationsmedium und zur Ausführung des Verfahrens eingerichtete Vorrichtung

Info

Publication number: DE102019213878A1
Application number: DE102019213878.0A
Authority: DE
Inventors: David Gonzalez Gonzalez; Andreas Andrae; Osvaldo Gonsa
Original assignee: Continental Teves AG and Co OHG
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2019-09-11
Filing date: 2019-09-11
Publication date: 2021-03-11
Anticipated expiration: 2039-09-12
Also published as: DE102019213878B4

Abstract

Ein Verfahren (100) zur Steuerung des Sendezugriffs eines ersten Netzwerkgeräts auf ein Kommunikationsmedium, das von einer ersten Gruppe (200) von Netzwerkgeräten gemeinsam genutzt wird, innerhalb eines nächstkommenden Zeitrahmens, umfasst das Bereitstellen (102) einer Zusammensetzung der ersten Gruppe (200) und einer Zugriffshistorie. Die Zugriffshistorie enthält Informationen über eine Organisation eines aktuellen und eines oder mehrerer unmittelbar vorhergehender für die Kommunikation innerhalb der ersten Gruppe (200) genutzter Zeitrahmen. Das Verfahren umfasst außerdem das Bereitstellen (104) einer ersten, für alle Netzwerkgeräte der ersten Gruppe (200) identische Berechnungsvorschrift und das Berechnen (106) der Organisation zumindest des auf den aktuellen Zeitrahmen folgenden nächstkommenden Zeitrahmens unter Anwendung der Berechnungsvorschrift auf dieser als Eingangsinformationen zugeführte Informationen bezüglich der Zusammensetzung der ersten Gruppe (200) und der Zugriffshistorie. Das Verfahren umfasst ferner, wenn die Berechnung für das erste Netzwerkgerät ein Zugriffsrecht innerhalb mindestens eines Zeitschlitzes des nächstkommenden Zeitrahmens ergibt, das Senden (112) über das gemeinsam genutzte Kommunikationsmedium innerhalb des berechneten Zeitschlitzes.

Description

Gebiet
Die Erfindung betrifft ein dezentrales Verfahren zur Steuerung des Sendezugriffs auf von mehreren Netzwerkgeräten gemeinsam genutzte Kommunikationsmedien und ein zur Ausführung des Verfahrens eingerichtetes Netzwerkgerät.
Hintergrund
Der Sendezugriff auf von mehreren Netzwerkgeräten gemeinsam genutzte Kommunikationsmedien bedarf der Organisation und Steuerung, damit jedes der Netzwerkgeräte die Möglichkeit hat, Daten enthaltende Nachrichten über das Medium zu senden. Das gemeinsam genutzte Kommunikationsmedium zeichnet sich dabei dadurch aus, dass zu jedem Zeitpunkt nur eines der Netzwerkgeräte senden darf, während alle anderen Netzwerkgeräte zwar empfangen können, aber nicht senden dürfen. Beispiele für gemeinsam genutzte Kommunikationsmedien sind Bussysteme, an denen mehrere Netzwerkgeräte direkt angeschlossen sind, oder Frequenzen bzw. Frequenzbereiche oder Kanäle drahtloser Kommunikationssysteme, auf denen mehrere Netzwerkgeräte miteinander kommunizieren. Bei räumlichem Multiplex auf gleichen Frequenzen, Frequenzbereichen oder Kanälen, bspw. mittels Richtantennen, welche gerichtet in einzelne Bereiche oder Sektoren senden oder in diesen Bereichen oder Sektoren empfangen, ist das gemeinsam genutzte Kommunikationsmedium die innerhalb dieses räumlichen Bereichs oder Sektors von den Netzwerkgeräten genutzte Frequenz bzw. der Frequenzbereich oder Kanal.
Bei der Festlegung des Sendezugriffs kann eine Priorisierung der Übertragung von Nachrichten bzw. der darin enthaltenen Daten bspw. nach deren Wichtigkeit oder Dringlichkeit vorgesehen sein, oder eine Priorisierung des Sendezugriffs von Netzwerkgeräten unabhängig vom Inhalt der von ihnen gesendeten Nachrichten.
Der Zugriff auf gemeinsam genutzte Kommunikationsmedien kann von einer zentralen Kontrollinstanz gesteuert werden, die jedem Netzwerkteilnehmer unter Berücksichtigung ihm zugeordneter unterschiedlicher Parameter bzw. Eigenschaften zu einem bestimmten Zeitpunkt für eine bestimmte Zeitdauer den Sendezugriff auf das gemeinsam genutzte Kommunikationsmedium gestattet. Dabei kann die zentrale Kontrollinstanz sicherstellen, dass eine faire Verteilung der Zugriffszeiten unter allen Netzwerkteilnehmern erfolgt.
Eine Steuerung des Zugriffs kann auch ohne zentrale Kontrollinstanz durch Anwendung bestimmter Vereinbarungen oder Regeln in jedem der Netzwerkgeräte erfolgen, welche vorschreiben, dass ein Netzwerkgerät zunächst prüfen muss, ob ein andere Netzwerkgerät aktuell auf dem Kommunikationsmedium sendet, bevor es im Falle eines derzeit nicht von einem anderen Netzwerkgerät genutzten Kommunikationsmedium selbst senden darf. Ein beispielhaftes Protokoll für die Zugriffssteuerung ohne zentrale Kontrollinstanz in Kabelnetzwerken ist unter dem Akronym CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection, zu Deutsch: Mehrfachzugriff mit Trägerprüfung und Kollisionserkennung) bekannt. In drahtlosen Netzwerken kommt eine Variante davon zur Anwendung, die unter dem Akronym CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance, zu Deutsch: Mehrfachzugriff mit Trägerprüfung und Kollisionsvermeidung) bekannt ist.
Mit den bekannten Verfahren zur Steuerung des Zugriffs ohne zentrale Kontrollinstanz können kollidierende Übertragungen zweier Netzwerkgeräte, die zum Abbruch und einer Wiederholung der Übertragung führen, zwar nicht völlig verhindert, deren Auftreten aber zumindest verringert werden. Das gemeinsam genutzte Kommunikationsmedium wird dabei aber aufgrund von Wartezeiten vor dem Sendezugriff aber nicht bestmöglich genutzt; außerdem ist eine deterministische Zuteilung des Sendezugriffs auf das gemeinsam genutzte Kommunikationsmedium nicht möglich.
Zusammenfassung der Erfindung
Hiervon ausgehend hat die vorliegende Erfindung die Aufgabe, ein dezentrales Verfahren zur Steuerung des Sendezugriffs auf von mehreren Netzwerkgeräten gemeinsam genutzte Kommunikationsmedien und ein zur Ausführung des Verfahrens eingerichtetes Netzwerkgerät zu schaffen, um eines oder mehrere der eingangs genannten Probleme zu überwinden oder zumindest zu verbessern.
Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung des Sendezugriffs eines ersten Netzwerkgeräts auf ein von allen Geräten einer ersten Gruppe von Netzwerkgeräten gemeinsam genutztes Kommunikationsmedium vor, welches in jedem der Netzwerkgeräte der ersten Gruppe basierend auf in allen Netzwerkgeräten identisch vorliegenden Berechnungsvorschriften, Informationen über die Zusammensetzung der Gruppe und in der Vergangenheit erfolgte Zugriffe von Netzwerkgeräten auf das Kommunikationsmedium ausgeführt wird, wobei die Netzwerkgeräte miteinander zeitlich synchronisiert sind.
Außerdem schlägt die Erfindung ein Netzwerkgerät vor, welches zur Ausführung des Verfahrens eingerichtet ist.
Ferner schlägt die Erfindung ein Computerprogramm mit Computer-Programminstruktionen vor, welche das Verfahren implementieren, wenn sie auf einem Computer mit einer Kommunikationsschnittstelle ausgeführt werden. Darüber hinaus schlägt die Erfindung ein Computerprogrammprodukt vor, das computerlesbare Signale bereitstellt die, wenn sie von einem Computer gelesen werden, ein Computerprogramm nach dem dritten Aspekt bereitstellen. Die computerlesbaren Signale können auf einem physisch verkörperten Datenträger oder in einem Trägersignal bereitgestellt werden.
Definitionen
In der folgenden Beschreibung wird davon ausgegangen, dass jedes der Netzwerkgeräte einer Gruppe von Netzwerkgeräten Nachrichten von allen anderen Netzwerkgeräten der Gruppe empfangen kann. Dazu können sich die Netzwerkgeräte in einer Entfernung befinden, die eine direkte Kommunikation miteinander ermöglicht, es ist aber auch möglich die Kommunikation der Netzwerkgeräte über eine oder mehrere als Repeater fungierende Sende-/Empfangseinheiten zu leiten, so dass eine Gruppe auch dann besteht, wenn nicht alle Netzwerkgeräte unmittelbar mit allen anderen Netzwerkgeräten der Gruppe kommunizieren können. Die Repeater können auch nach Art von Access Points miteinander über ein weiteres Netzwerk verbunden sein. Das Empfangen von Nachrichten anderer Netzwerkgeräte wird in der folgenden Beschreibung auch gleichbedeutend als „Hören“ oder „Überwachen“ bezeichnet.
Jedes Netzwerkgerät, unabhängig davon, ob es zu einer Gruppe gehört oder nicht, hat eine ihm zugeordnete, einzigartige Kennung oder Identifikation, bspw. eine MAC-Adresse. Außerdem hat jedes Netzwerkgerät mindestens eine für bidirektionale Kommunikation eingerichtete Schnittstelle.
Die Schnittstelle kann für die Nutzung bestimmter Frequenzen oder Frequenzbänder bzw. Kanäle eingerichtet sein. Die Nutzung kann gemäß einem von mehreren möglichen Modulations- und Kodierungsschemata erfolgen, wobei die Auswahl des Modulations- und Kodierungsschemas kontextabhängig erfolgen kann. Beispielhafte Modulationsschemata sind das orthogonale Frequenzmodulationsverfahren (OFDM), Quadratur-Amplituden-Modulation (QAM) oder Varianten davon, und das Frequenzspreizverfahren (Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)).
Aufgrund der gemeinsamen Nutzung des Kommunikationsmediums kommt für die bidirektionale Kommunikation ein Zeitschlitzverfahren zur Anwendung, bei dem innerhalb eines Zeitschlitzes - bis auf bestimmte Ausnahmen - nur ein Netzwerkgerät senden kann.
Mehrere Zeitschlitze sind dabei jeweils in einem Zeitrahmen organisiert. Die Organisation eines Zeitrahmens beschreibt u.a. dessen Beginnzeitpunkt und dessen Zeitdauer, z.B. direkt durch eine tatsächliche Angabe eines Endzeitpunkts oder indirekt durch die Anzahl und Dauer der in dem Zeitrahmen enthaltenen Zeitschlitze. Die Zeitangaben können als absolute Zeitangaben erfolgen, bspw. auf UTC-Zeit bezogen, oder auf Zeitwerte von miteinander synchronisierten Zeitgebern. Die Organisation des Zeitrahmens beschreibt ferner dessen jeweilige Aufteilung in Zeitschlitze, die Länge der einzelnen Zeitschlitze, dargestellt bspw. durch den jeweiligen Beginn und die Dauer, die Nutzungsart jedes der Zeitschlitze und/oder die Zuteilung der Zeitschlitze zu Netzwerkgeräten einer Gruppe, also Zugriffsrechte einzelner Netzwerkgeräte einer Gruppe auf das gemeinsam genutzte Kommunikationsmedium innerhalb der Zeitschlitze des Zeitrahmens. Zeitrahmen können unterschiedliche Anzahlen von Zeitschlitzen haben, und Zeitschlitze innerhalb eines Zeitrahmens können unterschiedliche Längen haben, wenn dies für Übertragungen bestimmter Netzwerkgeräte erforderlich ist. Entsprechend können Zeitrahmen unterschiedliche Längen aufweisen, unabhängig davon, ob alle Zeitschlitze des Zeitrahmens gleich lang sind oder nicht. Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitschlitzen kann eine Pause vorgesehen sein, bspw. um Signallaufzeiten zu berücksichtigen oder dergleichen.
Am Ende eines jeden Zeitrahmens kann ein festgelegter oder durch die Berechnungsvorschrift variabel bestimmter Zeitraum folgen, der von den Netzwerkgeräten für die Berechnung der Organisation des nächstkommenden Zeitrahmens genutzt wird. Dieser Zeitraum kann auch als IFS - Interframe Space bzw. Guard Intervall bezeichnet werden.
Eine der vorstehend angesprochenen Ausnahmen ist ein simultaner Zugriff mehrerer Netzwerkgeräte innerhalb eines Zeitschlitzes bei einem nicht-orthogonalen Mehrfachzugriff, oder Non Orthogonal Multiple Access (NOMA).
Das NOMA-Verfahren zielt auf die Verbesserung der spektralen Effizienz in den existierenden Frequenzbändern ab. Dazu wird die Sende- und Empfangsleistung mit einbezogen und bewusst Nicht-Orthogonalitäten über Funksignalpegel im Zeitmultiplex, Frequenzmultiplex und Codemultiplex aus verschiedenen Nutzersignalen erzeugt. Beim NOMA-Verfahren werden die Signale von mehreren Sendern überlagert, obwohl die zugrunde liegende Signalform auf Orthogonal Frequency Division Multiplex (OFDM) oder auf einer Diskreten Fourier-Transformation (DFT) von OFDM basieren kann. Die Trennung der Nutzersignale erfolgt senderseitig bspw. über die Power-Domäne, bei der die einzelnen Nutzersignale mit großen Unterschieden in den Signalpegeln übertragen werden. Zur Erhöhung der Übertragungskapazität und Datenrate werden empfangsseitig zwei Verfahren eingesetzt: Successive Interference Cancellation (SIC) und Maximum Likelihood Detection (MLD). Das SIC-Verfahren extrahiert die Nutzersignale anhand der unterschiedlichen Signalpegel. Pegelverluste und Verschlechterungen im Signal-Rausch-Verhältnis werden durch Verstärkungskomponenten ausgeglichen. Es ist leicht erkennbar, dass das NOMA-Verfahren eine größere Zahl von Verbindungen als andere Funkverfahren unterstützt.
In der vorliegenden Beschreibung wird der Begriff Nutzungsart u.a. für die Art der Übertragung innerhalb eines Zeitschlitzes, hier vor allem des Modulations- und Kodierungsschemas (MCS), verwendet. Der Begriff Nutzungsart kann aber auch die Art der in einem Zeitschlitz gesendeten Nachrichten beschreiben, bspw. Nachrichten, die für das Netzwerkmanagement nötig sind. Solche Nachrichten können bei der Zuteilung der Ressourcen besonders berücksichtigt werden, bspw. auf das „Zugriffsbudget“ eines Netzwerkgeräts nicht angerechnet werden oder dergleichen. Die Nutzungsart kann für bestimmte Zeitschlitze vorherbestimmt sein.
Eine Berechnungsvorschrift kann eine beliebige Anzahl von Regeln umfassen, die deterministisch für einen Satz von Eingangsinformationen eine Organisation eines Zeitrahmens bzw. aufeinanderfolgender Zeitrahmen festlegen. Dabei kann eine Berechnungsvorschrift auch festlegen, dass zwischen zwei erfindungsgemäß organisierten Zeitrahmen eine Zeitdauer vorgesehen ist, in der mehrere Netzwerkgeräte nach einem aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren den Zugriff auf das gemeinsam genutzte Kommunikationsmedium aushandeln. Diese Zeitdauer kann auch als Zeitrahmen mit einem Zeitschlitz angesehen werden. Die Berechnungsvorschrift muss dabei nicht dauerhaft festgelegt sein. Sie kann bspw. orts-, zeit-, oder kontextabhängig für alle Mitglieder einer Gruppe zusammen geändert werden. Eine Änderung der Berechnungsvorschrift kann dabei von einem Zeitrahmen auf den nächsten Zeitrahmen erfolgen. Die Änderung der Berechnungsvorschrift kann sogar ein Ergebnis der Anwendung der Berechnungsvorschrift sein. Hierzu können mehrere Berechnungsvorschriften in den Netzwerkgeräten gespeichert sein, welche in Abhängigkeit von der Berechnungsvorschrift zugeführten Eingangsinformationen ausgewählt werden.
Ein gleichzeitiges Senden mehrerer Netzwerkgeräte auf unterschiedlichen Frequenzen oder in unterschiedlichen Frequenzbereichen bzw. Kanälen oder räumlichen Bereichen bzw. Sektoren, die sich nicht gegenseitig beeinträchtigen, ist dabei stets möglich.
Netzwerkgeräte mit mehreren Schnittstellen können so bspw. mit einer ersten Gruppe, zu der sie zugehörig sind, kommunizieren, und gleichzeitig mit einer zweiten Gruppe Kontakt aufnehmen oder mit dieser kommunizieren, so dass bspw. ein Übertritt von der ersten in die zweite Gruppe, auch als „Handover“ oder „Roaming“ bezeichnet, unterbrechungsfrei erfolgen kann. Je nach Art der Schnittstelle kann zumindest eine beschränkte Kommunikation mit zwei Gruppen auch mit einer einzigen Schnittstelle möglich sein, bspw. wenn ein Wechsel zwischen den von den Gruppen jeweils verwendeten Kanälen schnell genug erfolgen kann und ein für das Netzwerkgerät vorgesehener Zeitrahmen zeitlich hinreichend weit entfernt ist.
Die Überwachung von Signalen auf anderen Frequenzen oder Kanälen kann bspw. dazu genutzt werden, die jeweilige Signalstärke zu bestimmen und daraus eine Entscheidung herzuleiten, eine Gruppe zu verlassen, zu der das Netzwerkgerät derzeit gehört, um einer anderen Gruppe beizutreten.
Jedes der Netzwerkgeräte einer Gruppe weist einen Zeitgeber auf, der in allen Netzwerkgeräten der Gruppe synchron läuft. Der Zeitgeber kann ein synchronisierbarer Timer sein, oder eine hinreichend genaue Zeitquelle, die allen Netzwerkgeräten zur Verfügung steht, z.B. ein Zeitsignal eines Satellitennavigationssystems, oder Zeitsignale eines Zeitzeichensenders für funkgesteuerte Uhren, bspw. DCF77, MSF, WWV, WWVB, WWVH oder dergleichen.
In einem ersten Modus des Verfahrens zur Steuerung des Sendezugriffs eines ersten Netzwerkgeräts auf ein einer ersten Gruppe von Netzwerkgeräten gemeinsam genutzten Kommunikationsmedium innerhalb eines nächstkommenden Zeitrahmens wird in jedem Netzwerkgerät eine Zugriffshistorie bereitgestellt. Die Zugriffshistorie enthält Informationen über eine Organisation eines aktuellen und eines oder mehrerer unmittelbar vorhergehender Zeitrahmen. Ein aktueller Zeitrahmen ist ein Zeitrahmen, der noch nicht vollständig in der Vergangenheit liegt, oder für den noch kein nachfolgender Zeitrahmen berechnet wurde. Ein nächstkommender Zeitrahmen ist ein nach dem aktuellen Zeitrahmen folgender, erfindungsgemäß organisierter Zeitrahmen. Die Zugriffshistorie kann außerdem Informationen über die Zusammensetzung der Gruppe enthalten. Wenn die Zugriffshistorie so weit zurückgeht, dass jedes der Netzwerkgeräte der ersten Gruppe zumindest einmal darin als sendendes Netzwerkgerät aufgeführt ist oder als Empfänger einer Übertragung spezifiziert wurde, kann die Zusammensetzung der Gruppe auch aus diesen Daten ermittelt werden. Die Zusammensetzung der Gruppe umfasst eine Liste oder Aufzählung der Mitglieder der ersten Gruppe von Netzwerkgeräten, z.B. deren jeweilige eindeutige Kennung oder Identifikation, so dass ein die Kommunikation der ersten Gruppe überwachendes Netzwerkgerät bei der Berechnung der Organisation des nächstkommenden Zeitrahmens auch diejenigen Netzwerkgeräte berücksichtigen kann, die während der in der Zugriffshistorie bereitgestellten Zeitrahmen nicht gesendet haben. Woher die Information über die Zusammensetzung der Gruppe stammt ist unerheblich, es kommt lediglich darauf an, dass jedes der Netzwerkgeräte der ersten Gruppe deren Zusammensetzung kennt. Gleiches gilt für die Zugriffshistorie.
Außerdem wird in jedem Netzwerkgerät der ersten Gruppe eine identische Berechnungsvorschrift bereitgestellt mittels derer, basierend auf Informationen der Zugriffshistorie und der Zusammensetzung der ersten Gruppe, die Organisation des nächstkommenden Zeitrahmens bestimmt wird. Dabei kann die Berechnungsvorschrift eine allgemeine Priorität eines Netzwerkgeräts berücksichtigen, die die Zuteilung von Zeitschlitzen in Zeitrahmen für das jeweiligen Netzwerkgerät beeinflusst. Es ist auch möglich eine Priorität einer zu übertragenden Nachricht bei der Zuteilung von Zeitschlitzen zu berücksichtigen, die höher ist als diejenige des sendenden Netzwerkgeräts. Die allgemeine Priorität kann bspw. in den Informationen über die Zusammensetzung der Gruppe enthalten sein. Die Priorität einer zu übertragenden Nachricht kann bspw. von einem Netzwerkgerät in einem Zeitschlitz eines aktuellen oder vorhergehenden Zeitrahmen angekündigt werden, so dass in nachfolgenden Zeitrahmen diesem Netzwerkgerät solange temporär eine höhere Priorität zugewiesen werden kann, bis es die Nachricht vollständig übertragen hat. Eine höhere Priorität kann sich bei der Anwendung der Berechnungsvorschrift in im Vergleich mit den Zeitschlitzen anderer Netzwerkgeräte längeren Zeitschlitzen für dieses Netzwerkgerät äußern und/oder in diesem Netzwerkgerät im Vergleich mit anderen Netzwerkgeräten häufiger innerhalb eines Zeitrahmens und/oder in aufeinanderfolgenden Zeitrahmen zugewiesenen Zeitrahmen.
Die Bereitstellung der Zugriffshistorie und der Berechnungsvorschrift kann eine lokale Speicherung umfassen, wobei die Zugriffshistorie von einem anderen Netzwerkgerät der Gruppe empfangen und/oder durch Überwachung der Kommunikation der Netzwerkgeräte der ersten Gruppe in jedem Netzwerkgerät lokal erzeugt werden kann. Die Berechnungsvorschrift kann initial oder bei einer Aktualisierung von einem anderen Netzwerkgerät der ersten Gruppe empfangen werden, oder von einer zentralen Einheit, die nicht Mitglied der ersten Gruppe sein muss. Die Berechnungsvorschrift kann auch über einen Kommunikationskanal empfangen werden, der nicht der Kommunikation der Netzwerkgeräte der ersten Gruppe untereinander dient, bspw. über ein Mobilfunk- oder Rundfunknetz oder dergleichen. Dabei kann eine angepasste Berechnungsvorschrift der Gruppe von einer externen Instanz übermittelt werden, bspw. unter Berücksichtigung einer Tageszeit, eines Verkehrsaufkommens, der externen Instanz bekannter vorausliegender Ereignisse etc., um die Zugriffe auf das Kommunikationsmedium dynamisch und kontextabhängig steuern zu können.
Jedes der Netzwerkgeräte weist entsprechend einen lokalen Speicher auf, der die Zugriffshistorie und die Berechnungsvorschrift abrufbar speichert.
Wenn die Berechnung für das erste Netzwerkgerät ein Zugriffsrecht innerhalb eines oder mehrerer Zeitschlitze des nächstkommenden Zeitrahmens ergibt, wartet das erste Netzwerkgerät ab, bis der jeweilige Zeitschlitz beginnt und sendet dann darin. An dieser Stelle ist anzumerken, dass das Ergebnis der Zugriffssteuerung auch sein kann, dass ein Netzwerkgerät in dem nächstkommenden Zeitschlitz keinen Sendezugriff erhält.
Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens kann die Berechnungsvorschrift initial oder im Rahmen einer Aktualisierung als solche übertragen werden, d.h., als vollständige Abfolge von Rechenoperationen mit Angaben über die bei jeder Operation zu verwendenden Operanden. Es ist aber auch möglich, eine Anzahl von Berechnungsvorschriften in jedem Netzwerkgerät zu speichern, die über eine eindeutige Identifikation referenzierbar sind. Dabei können die gespeicherten Berechnungsvorschriften veränderbare Parameter aufweisen, die bei einer Auswahl einer bestimmten Berechnungsvorschrift ebenfalls angegeben werden können. Wenn keine Parameter bei der Auswahl einer Berechnungsvorschrift angegeben sind, können Standardwerte genutzt werden.
Wenn keine Berechnungsvorschrift vorgegeben ist, bspw. bei der Initialisierung einer Gruppe von Netzwerkgeräten, kann eine Standard-Berechnungsvorschrift, ggf. mit Standardwerten für die Parameter genutzt werden.
Parameter der Berechnungsvorschrift können bspw. angeben, wie viele vorhergehende Zeitrahmen bei der Berechnung des nächstkommenden Zeitrahmens verwendet werden sollen. Dies kann bspw. abhängig von der Anzahl der Netzwerkgeräte in der Gruppe sein, oder von der Häufigkeit, mit der einzelne Netzwerkgeräte der Gruppe senden; die Zahl der für die Berechnung zu verwendenden zurückliegenden Zeitrahmen kann sich auch dynamisch von einem Zeitrahmen zum nächsten ändern.
Die Netzwerkgeräte können ihre Zeitgeber von selbst zyklisch oder kontinuierlich anhand von externen Signalen synchronisieren. Alternativ kann bei einer oder mehreren Ausgestaltungen des Verfahrens eine Synchronisation der Zeitgeber über das gemeinsam genutzte Kommunikationsmedium erfolgen. Hierzu kann bspw. die Berechnungsvorschrift in regelmäßigen Abständen einen Synchronisationszeitschlitz in einem Zeitrahmen vorsehen. Dieser Synchronisationszeitschlitz muss nicht notwendigerweise in jedem Zeitrahmen vorgesehen sein, und muss auch nicht in gleichmäßigen Abständen in einer Folge von Zeitrahmen eingefügt werden. Es ist bspw. möglich, die Häufigkeit des Auftretens von Synchronisationszeitschlitzen von den Eigenschaften der Netzwerkgeräte der ersten Gruppe abhängig zu machen. Wenn für bestimmte Netzwerkgeräte der Gruppe bekannt ist, dass deren Zeitgeber eine größere Toleranz haben als andere, kann eine häufigere Synchronisation erforderlich sein.
Eine von einem Netzwerkgerät in einem Synchronisationszeitschlitz gesendete Synchronisationsnachricht kann einen Korrekturwert enthalten, der die bekannte interne Laufzeit vom Auslesen des Zeitgebers bis zum tatsächlichen Senden angibt. Alternativ ist es möglich, die Laufzeit bereits vor dem Senden in der Synchronisationsnachricht zu berücksichtigen, so dass der Sendezeitpunkt dem tatsächlichen Inhalt der Synchronisationsnachricht entspricht. Die Empfänger der Synchronisationsnachricht korrigieren die Werte ihrer Zeitgeber entsprechend der Synchronisationsnachricht ggf. unter Berücksichtigung des Korrekturwerts. Eine Korrektur der Laufzeit innerhalb der jeweiligen empfangenden Netzwerkgeräte ist von diesen entsprechend vorzunehmen. Die Laufzeit der Signale über das Kommunikationsmedium wird dabei als vernachlässigbar angesehen.
Bei einer Ausgestaltung des Verfahrens, bei dem die Synchronisation der Zeitgeber zyklisch erfolgt und über die Zeit auseinanderlaufen kann sind zwischen zwei aufeinander folgenden Zeitschlitzen kurze Zeitintervalle vorgesehen, in denen kein Netzwerkgerät der ersten Gruppe sendet. Hierdurch können kleine Abweichungen der Zeitgeber kompensiert werden, sowie ggf. Laufzeitunterschiede der Signale. Die Berechnungsvorschrift kann den Zeitpunkt und die Art der Synchronisation berücksichtigen und diese kurzen Zeitintervalle erst eine gewisse Zeit nach der letzten Synchronisation einfügen.
Bei einer oder mehreren Ausgestaltungen des Verfahrens werden die Organisation eines Zeitrahmens oder mehrerer aufeinanderfolgender Zeitrahmen beschreibende Informationsitems in Datenblöcken gespeichert. Dabei enthält jeder Datenblock eine Referenz auf einen anderen Datenblock, in welchem Informationsitems eines oder mehrerer Zeitrahmen gespeichert sind, die den in dem referenzierenden Datenblock gespeicherten Zeitrahmen unmittelbar vorhergehen. Anders ausgedrückt werden also die Organisation eines aktuellen Zeitrahmens beschreibende Informationsitems und ggf. Informationsitems eines oder mehrerer zeitlich davor liegender aufeinanderfolgender Zeitrahmen der Zugriffshistorie in Datenblöcken gespeichert. Jeder Datenblock kann demnach Informationsitems für einen oder mehrere Zeitrahmen beinhalten, wobei die Anzahl oder Menge der in den Datenblöcken enthaltenen Informationsitems in unterschiedlichen Datenblöcken voneinander abweichen kann. Jeder Datenblock enthält eine Referenz auf einen anderen Datenblock, der entsprechend Informationsitems eines oder mehrerer aufeinanderfolgender Zeitrahmen enthält, welche zeitlich unmittelbar vor den Zeitrahmen liegen, welche in dem referenzierenden Datenblock gespeichert sind. Eine Kette von aufeinander referenzierenden Datenblöcken bildet so eine lückenlose Zugriffshistorie oder zumindest einen lückenlosen Abschnitt der Zugriffshistorie ab.
Informationen zu jedem Zeitschlitz eines Zeitrahmens, also Zugriffe von Netzwerkgeräten auf das gemeinsam genutzte Kommunikationsmedium, können quasi als Transaktionen einer Blockchain angesehen werden und in einer ähnlichen Weise in den Datenblöcken gespeichert werden. Dabei können bestimmte Merkmale jedes Zugriffs auf das gemeinsam genutzte Kommunikationsmedium durch ein Netzwerkgerät Informationsitems einer Transaktion darstellen, bspw. die Kanalbandbreite, das Modulations- und Codierungsschema. Bei einer festgelegten Auswahl an möglichen Kanalbandbreiten, Modulations- und Codierungsschemata etc. kann für jede der möglichen Kombinationen ein Format-Index gebildet werden, der zusammen mit weiteren Informationsitems der Transaktion, bspw. der Kennung oder Identifikation des sendenden Netzwerkgeräts und weiteren für die Nutzung durch die Berechnungsvorschrift vorgesehenen Daten in einem Datenblock gespeichert wird. Dadurch kann die zu speichernde Datenmenge reduziert werden.
Die Referenz kann einen aus dem referenzierten Datenblock abgeleiteten Ausgangswert einer Streuwertfunktion enthalten, bspw. einen aus dem gesamten Inhalt des referenzierten Datenblocks abgeleiteten Ausgangswert, einschließlich dessen Referenz. Hierdurch kann bspw. die Integrität einer in mehreren Datenblöcken gespeicherten Zugriffshistorie überprüft werden. Außerdem kann eine Reihenfolge der Datenblöcke ermittelt werden, so dass die darin enthaltenen Informationen in einer zeitlich aufeinanderfolgenden Reihe vorliegen. Die Streuwertfunktion kann auch eine kryptologische Streuwertfunktion sein, deren Ausgangswert sich bei jeder kleinen Modifikation scheinbar zufällig ändert, und bei der es nicht einfach ist, einen zweiten Inhalt mit demselben Ausgangswert zu erzeugen.
Bei einer oder mehreren Ausgestaltungen des Verfahrens können die Netzwerkgeräte der ersten Gruppe eine Assoziierungsnachricht eines nicht zu der ersten Gruppe gehörenden Netzwerkgeräts in einem nicht für die Kommunikation von Netzwerkgeräten der ersten Gruppe vorgesehenen Zeitschlitz empfangen, welches der ersten Gruppe beitreten möchte. Die Assoziierungsnachricht kann zumindest eine Kennung oder Identifikation des die Assoziierungsnachricht sendenden Netzwerkgeräts enthalten. Außerdem kann die Assoziierungsnachricht eine Angabe über eine allgemeine Priorität des Netzwerkgeräts enthalten. Falls keine Angabe zu der Priorität des Netzwerkgeräts in der Assoziierungsnachricht enthalten ist, kann eine Standardpriorität angenommen werden. Der nicht für die Kommunikation von Netzwerkgeräten der ersten Gruppe vorgesehene Zeitschlitz ist bspw. ein gemäß der Berechnungsvorschrift in allen oder bestimmten Zeitrahmen angeordneter Gruppenmanagement-Zeitschlitz, in welchem keines der Netzwerkgeräte der ersten Gruppe sendet.
Wenn die Netzwerkgeräte der ersten Gruppe eine Assoziierungsnachricht in einem Gruppenmanagement-Zeitschlitz empfangen haben, sendet ein nach einer Regel ausgewähltes Netzwerkgerät der ersten Gruppe die Zugriffshistorie, einschließlich des aktuellen Zeitrahmens, sowie die Zusammensetzung der ersten Gruppe und die Berechnungsvorschrift innerhalb eines für Aktualisierungen vorgesehenen Update-Zeitschlitzes. Die im Update-Zeitschlitz gesendete Zusammensetzung der Gruppe kann bereits die Kennung oder Identifikation des zu der ersten Gruppe hinzutretenden Netzwerkgeräts enthalten. Alternativ können die Netzwerkgeräte die Zusammensetzung der ersten Gruppe selbst aktualisieren, da alle die Kennung bzw. Identifikation in der Assoziierungsnachricht empfangen haben. Die Berechnungsvorschrift kann die Regel enthalten, nach der das Netzwerkgerät bestimmt wird, das die Zusammensetzung der ersten Gruppe, die Zugriffshistorie und die Berechnungsvorschrift sendet.
Die Regel für das Auswählen des Netzwerkgeräts, welches die Zugriffshistorie und die Berechnungsvorschrift sendet kann bspw. lauten, dass das zuletzt der Gruppe beigetretene Netzwerkgerät als erstes ausgewählt wird. Falls dieses Netzwerkgerät nicht innerhalb des für Aktualisierungen vorgesehenen Update-Zeitschlitzes sendet, kann in einem gemäß der Berechnungsvorschrift bestimmten weiteren Update-Zeitschlitz das jeweils nächstjüngere Netzwerkgerät der ersten Gruppe ausgewählt sein, die für die Berechnung der Organisation des nächstkommenden Zeitrahmens benötigten Informationen zu senden.
Alle Netzwerkgeräte der ersten Gruppe können die Übertragung der Zugriffshistorie und der Berechnungsvorschrift mithören und bei dieser Gelegenheit ihre lokal gespeicherten Daten überprüfen.
Der nicht für eine Kommunikation der Netzwerkgeräte der ersten Gruppe vorgesehene Gruppenmanagement-Zeitschlitz kann in jedem oder nur in entsprechend der Berechnungsvorschrift kontextabhängig ausgewählten Zeitrahmen vorgesehen sein, bspw. können Gruppenmanagement-Zeitschlitze bzw. Update-Zeitschlitze bei häufig auftretenden Wechseln der Zusammensetzung der Gruppe in kürzeren Zeitabständen in aufeinanderfolgenden Zeitrahmen vorgesehen sein. Es ist möglich, dass zwei oder mehr Gruppenmanagement-Zeitschlitze in einem Zeitrahmen vorgesehen sind, bspw. bei Zeitrahmen mit einer längeren Zeitdauer, wobei die Gruppenmanagement-Zeitschlitze vorzugsweise nicht unmittelbar aufeinander folgen. Vorteilhaft ist eine Verteilung der Gruppenmanagement-Zeitschlitze innerhalb des Zeitrahmen oder innerhalb einer Folge von Zeitrahmen, die eine im Mittel möglichst schnelle Aufnahme neuer Mitglieder in die Gruppe ermöglicht. Grundsätzlich ist es zweckmäßig, wenn Gruppenmanagement-Zeitschlitze ausreichend häufig in einer Reihe aufeinanderfolgender Zeitrahmen vorgesehen sind.
Der für Aktualisierungen vorgesehene Update-Zeitschlitz kann gemäß der Berechnungsvorschrift in dem nächsten Zeitrahmen eingefügt werden. Es ist allerdings auch möglich, dass auf einen Gruppenmanagement-Zeitschlitz stets unmittelbar ein Update-Zeitschlitz folgt. Alternativ kann auf einen Gruppenmanagement-Zeitschlitz bedingt dann ein Update-Zeitschlitz sofort folgen, wenn ein nicht zu der ersten Gruppe gehörendes Netzwerkgerät im Gruppenmanagement-Zeitschlitz eine Assoziierungsnachricht gesendet hat. Alle anderen nach dem Gruppenmanagement-Zeitschlitz vorgesehenen Zeitschlitze des aktuellen Zeitrahmen werden entsprechend zeitlich verschoben. Ein solcher, unmittelbar auf einen Gruppenmanagement-Zeitschlitz folgender Update-Zeitschlitz kann eine feste Länge aufweisen, um die Berechnung der Verschiebung zu vereinfachen. Sofern die Länge des Update-Zeitschlitzes nicht ausreicht, um die für die Berechnung des nächstkommenden Zeitrahmens nötige Zugriffshistorie zu übertragen, kann in dem nächsten Zeitrahmen ein weiterer Update-Zeitschlitz vorgesehen sein. Da alle Netzwerkgeräte der ersten Gruppe den Update-Zeitschlitz empfangen können, können sie selbst feststellen, dass die Zugriffshistorie nicht vollständig in dem Update-Zeitschlitz übertragen werden konnte, und können dies entsprechend bei der Berechnung des nächsten Zeitrahmens berücksichtigen. Alternativ oder zusätzlich kann die Nachricht mit der die Zugriffshistorie übertragen wird, eine Information enthalten, welche Datenmenge insgesamt übertragen wird. Diese Information kann implizit auch in der Berechnungsvorschrift enthalten sein, die zweckmäßigerweise als erstes übertragen wird. Das Netzwerkgerät, welches die Assoziierungsnachricht gesendet hat, hört dann so lange die Kommunikation auf dem Kommunikationsmedium mit, bis es die für die Berechnung des nächstkommenden Zeitrahmens benötigten Informationen empfangen hat.
Wenn ein Netzwerkgerät, das eine Assoziierungsnachricht gesendet hat, die für die Berechnung des nächstkommenden Zeitrahmens benötigte Zugriffshistorie und Berechnungsvorschrift empfangen und gespeichert hat, kann es diesen Zeitrahmen berechnen und in einem ihm zugeordneten Zeitschlitz senden. Dies ist sogar dann möglich, wenn ein Zeitrahmen, in dem es die Assoziierungsnachricht gesendet hatte, sich um den Update-Zeitschlitz verlängert, weil diese Information entweder direkt in der empfangenen Zugriffshistorie oder der Berechnungsvorschrift enthalten ist, so dass es den Beginn des nächstfolgenden Zeitrahmens stets berechnen kann.
Ein nicht zu der ersten Gruppe gehörendes Netzwerkgerät kann nicht feststellen, ob ein nicht für eine Kommunikation von Netzwerkgeräten der ersten Gruppe genutzter Zeitschlitz ein Gruppenmanagement-Zeitschlitz ist, oder ob ein Netzwerkgerät in einem diesem zugeordneten Zeitschlitz aus irgendeinem Grund nicht gesendet hat, weil das nicht zu der ersten Gruppe gehörende Netzwerkgerät die sich dynamisch ändernde Organisation der Zeitrahmen nicht kennt. Es wird durch Mithören der Kommunikation auf dem Kommunikationsmedium lediglich feststellen können, dass nach einer beendeten Übertragung innerhalb eines bestimmten Zeitraums oder Zeitfensters kein Netzwerkgerät sendet, und dann selbst senden. Zuvor kann es durch das Mithören der Kommunikation u.U. die kürzeste Länge eines Zeitschlitzes ermitteln, sowie ggf. eine Pause zwischen zwei Zeitschlitzen. Diese Information kann dazu genutzt werden zu bestimmen, wie lange gewartet wird, bis die Assoziierungsnachricht gesendet wird.
Auf eine in einem von einem Netzwerkgerät der ersten Gruppe nicht genutzten Zeitschlitz, der kein Gruppenmanagement-Zeitschlitz ist, empfangene Assoziierungsnachricht müssen die übrigen Netzwerkgeräte der ersten Gruppe nicht zwingend einen Update-Zeitschlitz folgen lassen, wenngleich sie anhand der in der Assoziierungsnachricht enthaltenen Kennung bzw. Identifikation erkennen können, dass ein nicht zu der ersten Gruppe gehörendes Netzwerkgerät darin gesendet hat. Es ist aber denkbar, dass der zunächst ignorierte Assoziierungsversuch in einem nicht für die Assoziierung vorgesehenen Zeitschlitz bei der Berechnung des nächstkommenden Zeitrahmens berücksichtigt und darin entsprechend ein Gruppenmanagement-Zeitschlitz vorgesehen wird.
Das Netzwerkgerät, welches die Assoziierungsnachricht gesendet hat kann entsprechend, wenn es innerhalb einer gewissen Zeit nach dem Senden der Assoziierungsnachricht keine Übertragung einer Zugriffshistorie und einer Berechnungsvorschrift empfängt, die Assoziierungsnachricht in einem darauffolgenden nicht für eine Kommunikation von Netzwerkgeräten der ersten Gruppe genutzten Zeitschlitz erneut senden, wobei es dann wahrscheinlicher ist, dass es sich dabei um einen Gruppenmanagement-Zeitschlitz handelt. Der Vorgang kann bei Bedarf entsprechend wiederholt werden, bis eine Assoziierung erfolgreich ist oder ein Abbruchkriterium erfüllt ist.
Wenn ein zu der ersten Gruppe gehörendes Netzwerkgerät in seinem Speicher nicht über eine ausreichend weit in die Vergangenheit zurückreichende Zugriffshistorie verfügt, kann es die Organisation des nächstkommenden Zeitrahmens nicht korrekt berechnen, selbst wenn es über die korrekte Berechnungsvorschrift verfügt. Dies kann bspw. der Fall sein, wenn ein neu der ersten Gruppe zugefügtes Netzwerkgerät eine Berechnungsvorschrift und eine für diese Berechnungsvorschrift ausreichend weit in die Vergangenheit zurückgehende Zugriffshistorie empfangen hat, unmittelbar darauf aber eine andere Berechnungsvorschrift ausgewählt wird, die eine weiter zurückreichende Zugriffshistorie voraussetzt. Gleiches gilt für Netzwerkgeräte, die feststellen, dass ihre lokal gespeicherte Zugriffshistorie Lücken aufweist oder beschädigt ist, also fehlende oder fehlerhafte Informationen aufweist. Die Feststellung kann z.B. bei einer Überwachung der Kommunikation auf dem gemeinsamen Kommunikationsmedium getroffen werden, wenn andere Netzwerkgeräte als die berechneten in Zeitschlitzen eines Zeitrahmen senden. In diesem Fall kann das betreffende Netzwerkgerät eine dazu vorgesehene Nachricht in einem Zeitschlitz senden, der für neu zu der ersten Gruppe hinzutretende Netzwerkgeräte bestimmt ist. Die Nachricht kann bspw. der Assoziierungsnachricht entsprechen, die ein neu zu der Gruppe hinzutretendes Netzwerkgerät sendet, oder es kann eine speziell für diese Fälle vorgesehene Nachricht sein.
Ein Update der Berechnungsvorschrift kann von einem Netzwerkgerät zu jeder Zeit als Broadcast an die Netzwerkgeräte der ersten Gruppe gesendet werden, bspw. wenn es von einer externen Quelle, z.B. einem Netzwerkbetreiber eine entsprechende Information erhalten hat. Diese Information kann auch über einen separaten Kanal empfangen werden, z.B. via LTE, 5G, UMTS, oder dergleichen. Die Information kann auch von einer fest installierten Vorrichtung, bspw. einer Road-Side-Unit gesendet werden. Dabei kann ein Wechsel einer Berechnungsvorschrift ggf. zeit-, kontext- und/oder ortsabhängig bedingt sein. Wenn mehrere Netzwerkgeräte dieselbe Info bzgl. eines Updates der Berechnungsvorschrift erhalten, kann das erste Netzwerkgerät, dem entsprechend der zu aktualisierenden Berechnungsvorschrift ein Zeitschlitz zugeteilt wurde, diese Information senden oder ankündigen. Alle anderen Netzwerkgeräte überwachen ohnehin die Kommunikation auf dem gemeinsam genutzten Kommunikationsmedium und können dann auf eine erneute Ausstrahlung verzichten. Wenn einem Netzwerkgerät ein Zeitschlitz in einem Zeitrahmen für eine andere Nachricht zugeteilt wurde, es die Updateinformation aber erhalten hat, bevor dessen für die andere Nachricht gedachter Zeitschlitz beginnt, kann es selbst entscheiden, ob die ursprüngliche Nachricht eine höhere Priorität hat oder das Update. Wenn die ursprüngliche Nachricht eine höhere Priorität als das Update, sendet es die ursprüngliche Nachricht, und reiht das Update zum Senden für einen späteren Zeitschlitz, ggf. in einem späteren Zeitrahmen ein. Falls in der Zwischenzeit ein anderes Netzwerkgerät das Update gesendet hat, entfällt die Notwendigkeit des Sendens für dieses Netzwerkgerät. Wenn das Update eine höhere Priorität hat als die Nachricht sendet das Netzwerkgerät das Update. Eine Update-Nachricht kann eine spezielle andere Identifikation haben als eine normale Nachricht, so dass die anderen Netzwerkgeräte der Gruppe feststellen, dass eine Abweichung von der berechneten Organisation des Zeitrahmen vorliegt. Im Falle eines unplanmäßigen Updates kann dem das Update anstelle seiner vorgesehenen Nachricht sendenden Netzwerkgerät im nächsten Zeitrahmen eine höhere Priorität zugeordnet werden, damit es seine ursprüngliche Nachricht zeitnah senden kann. Die Behandlung von Update-Nachrichten bzw. die Organisation der Zeitrahmen ist ebenfalls in der Berechnungsvorschrift festgelegt.
Ein Netzwerkgerät, das eine Gruppe geplant verlassen wird, kann in einem ihm zugeordneten Zeitschlitz eine Disassoziierungsnachricht senden. Die in der Gruppe verbleibenden Netzwerkgeräte können entsprechend die Zusammensetzung der Gruppe aktualisieren und bei der Berechnung des nächstkommenden Zeitrahmens berücksichtigen.
Unter anderem um auch bei ungeplanten Änderungen der Zusammensetzung der Gruppe, bspw. wenn ein Netzwerkgerät außer Reichweite gerät oder gestört ist, eine bestmögliche Nutzung des gemeinsam genutzten Kommunikationsmediums zu ermöglichen, können die Netzwerkgeräte die Kommunikation auf dem Kommunikationsmedium kontinuierlich oder stichprobenartig überwachen.
Die Überwachung kann zumindest das Empfangen von die Nutzung der Zeitschlitze eines Zeitrahmens durch Netzwerkgeräte beschreibende Daten umfassen, also bspw. das Empfangen eindeutiger Kennungen oder Identifikationen sendender Netzwerkgeräte, ohne dass zwingend die gesamte Übertragung empfangen oder mitgehört werden muss.
Die Nutzung der Zeitschlitze eines Zeitrahmens beschreibenden Daten können auch Informationen zu einer übertragenen Datenmenge und/oder eine Nachrichtenart enthalten. Eine Nachrichtenart kann bspw. kennzeichnen, dass die Nachricht Daten enthält, die für die Organisation der ersten Gruppe notwendig sind, oder dass die Nachricht Daten enthält, die für ein oder mehrere Netzwerkgeräte der ersten Gruppe für andere Zwecke genutzt werden. Diese Information kann bspw. in einem Header am Beginn einer Nachricht gesendet werden, oder durch Mithören der gesamten Übertragung von jedem Netzwerkgerät selbst bestimmt werden.
Eine von einem Netzwerkgerät über das gemeinsam genutzte Medium gesendete Nachricht kann außer der Kennung oder Identifikation des Senders auch eine Kennung oder Identifikation des Empfängers aufweisen, und/oder eine Kategorisierung des Inhalts, so dass Netzwerkgeräte der ersten Gruppe erkennen können, ob sie die gesamte Nachricht empfangen müssen oder nicht. Optional kann ein Netzwerkgerät auch eine mit der Nachricht übertragene Datenmenge mitteilen, so dass diese Information von der Berechnungsvorschrift bei der Zuweisung von Zeitschlitzen in nachfolgenden Zeitrahmen berücksichtigt werden kann.
Wenn ein Netzwerkgerät in einem diesem gemäß der Berechnung zugeordneten Zeitschlitz eines Zeitrahmens nicht sendet, kann dies bei der Berechnung der Organisation des nächsten Zeitrahmens berücksichtigt werden. So kann bspw. eine Priorität des betreffenden Netzwerkgeräts heruntergesetzt werden, oder es kann von den übrigen Netzwerkgeräten der ersten Gruppe bspw. angenommen werden, dass dieses Netzwerkgerät ungeplant aus der Gruppe ausgeschieden ist, etwa weil es außerhalb der Kommunikationsreichweite ist. Diese Information kann entsprechend dazu genutzt werden, die Zusammensetzung der Gruppe zu aktualisieren und bei der Berechnung des nächstkommenden Zeitschlitzes zu berücksichtigen. Die Berechnungsvorschrift kann hierfür entsprechende Vorgaben enthalten.
Wenn ein Netzwerkgerät, dem in früheren Zeitrahmen mehr oder längere Zeitschlitze zugeordnet waren, um eine große Datenmenge zu senden, in einem ihm aktuell zugeordneten Zeitschlitz nur seine Kennung oder seine Identifikation sendet, oder weniger Daten als in früheren Zeitschlitzen, kann dies dazu genutzt werden, die Zuteilung von Zeitschlitzen zu diesem Netzwerkgerät und/oder deren Länge in kommenden Zeitrahmen anzupassen.
Die aus der Überwachung der Kommunikation erhaltenen, die Nutzung der Zeitschlitze des Zeitrahmens beschreibenden Informationen können als Teil einer aktualisierten Zugriffshistorie von jedem Netzwerkgerät gespeichert werden und bei der Berechnung des nächstkommenden Zeitrahmens berücksichtigt werden. Jedes Netzwerkgerät der ersten Gruppe schreibt auf diese Weise die Zugriffshistorie der Netzwerkgeräte der ersten Gruppe selbst fort.
Die Überwachung der tatsächlichen Nutzung der Zeitschlitze des Zeitrahmens durch die einzelnen Netzwerkgeräte der ersten Gruppe kann bei einer oder mehreren Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens in vorteilhafter Weise bei der Berechnung des nächstkommenden Zeitrahmens dazu genutzt werden, eine dynamische, bedarfsgesteuerte und kontextabhängige Organisation der Zeitrahmen und Zeitschlitze zu erreichen.
Bei einer oder mehreren Ausgestaltungen wird, wenn ein oder mehrere Zeitschlitze innerhalb eines Zeitrahmens nicht wie vorausberechnet genutzt werden, im nächsten Zeitrahmen eine Aktualisierung der Zugriffshistorie, der Zusammensetzung der Gruppe und/oder der Berechnungsvorschrift von einem ausgewählten Netzwerkgerät der Gruppe gesendet. Die Einzelheiten, welches Netzwerkgerät die Aktualisierung zu senden hat und die Anordnung des oder der dafür vorgesehenen Zeitschlitze innerhalb des nächstkommenden Zeitrahmens kann in der Berechnungsvorschrift vorgegeben sein.
Bei einer oder mehreren Ausgestaltungen kann vorgesehen sein, dass, wenn nicht jedem Netzwerkgerät in jedem Zeitrahmen ein Zeitschlitz zum Senden zugeordnet werden kann, in von der Berechnungsvorschrift vorgegebenen regelmäßigen Abständen ein ausgewähltes Netzwerkgerät in einem dafür vorgesehenen Update-Zeitschlitz ein Update der Zugriffshistorie und/oder der Zusammensetzung der ersten Gruppe sendet, z.B. als spezielle Broadcast-Nachricht. Das ausgewählte Netzwerkgerät muss dabei nicht stets dasselbe Netzwerkgerät sein, es ist auch möglich, diese Aufgabe innerhalb der Gruppe reihum wechselnden Netzwerkgeräten zuzuweisen.
Der Update-Zeitschlitz kann innerhalb von verschiedenen Zeitrahmen an veränderlichen Stellen angeordnet sein, er muss also nicht stets an einer festen Stelle innerhalb eines Zeitrahmens angeordnet sein. Es muss auch nicht in jedem Zeitrahmen ein Update-Zeitschlitz vorgesehen sein, vielmehr kann die Anordnung eines Update-Zeitschlitz in einem Zeitrahmen durch die Berechnungsvorschrift vorgegeben sein und kontextabhängig variieren, bspw. abhängig von der Häufigkeit, in der in den vergangenen Zeitrahmen ein neues Netzwerkgerät zu der ersten Gruppe hinzugetreten oder aus ihr ausgeschieden ist oder dergleichen.
Ein zur Steuerung des Sendezugriffs auf ein gemeinsam von Netzwerkgeräten einer ersten Gruppe genutztes Kommunikationsmedium eingerichtetes Netzwerkgerät umfasst eine Kommunikationsschnittstelle, die zum wahlweisen Zugriff auf das gemeinsam genutzte Kommunikationsmedium eingerichtet ist. Wahlweiser Zugriff umfasst das Senden oder Empfangen von Nachrichten oder Übertragungen über das gemeinsam genutzte Kommunikationsmedium. Das Netzwerkgerät umfasst außerdem ein Zeitgebermodul, das durch ein dem Netzwerkgerät zugeführtes Synchronisationssignal einstellbar ist. Das Synchronisationssignal kann bspw. von einem mit dem Netzwerkgerät gekoppelten Empfänger eines Satellitennavigationssystems zugeführt werden, oder von einem Empfänger, der drahtlos ein Signal einer Zeitreferenz empfängt. Das Netzwerkgerät umfasst ferner einen Mikroprozessor und diesem zugeordneten flüchtigen und/oder nichtflüchtigen Speicher. Der Speicher enthält Computerprogramminstruktionen welche, wenn sie von dem Mikroprozessor ausgeführt werden, eine oder mehrere Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen des vorstehend beschriebenen Verfahrens ausführen.
Ein erfindungsgemäßes Computerprogrammprodukt enthält entsprechend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer diesen dazu veranlassen, eine oder mehrere Ausgestaltungen und Weiterentwicklungen des vorstehend beschriebenen Verfahrens ausführen.
Das Computerprogrammprodukt kann auf einem computerlesbaren Datenträger gespeichert sein. Der Datenträger kann physisch verkörpert sein, bspw. als Festplatte, CD, DVD, Flash-Speicher oder dergleichen, der Datenträger kann aber auch ein moduliertes elektrisches, elektromagnetisches oder optisches Signal umfassen, das von einem Computer mittels eines entsprechenden Empfängers empfangen und in dem Speicher des Computers gespeichert werden kann.
Ein Fahrzeug mit einem erfindungsgemäßen Netzwerkgerät kann mit anderen entsprechend ausgestatteten Fahrzeugen, die sich in Kommunikationsreichweite befinden, eine Gruppe bilden, die über ein gemeinsam genutztes Kommunikationsmedium Nachrichten oder Informationen austauschen, bspw. über einen Zustand einer Fahrbahn oder an einer vorausliegenden Fahrtstrecke befindliche Gefahrensituationen. Dabei können Land-, Luft- oder Wasserfahrzeuge gleichermaßen miteinander kommunizieren, sofern sie ein erfindungsgemäßes Netzwerkgerät aufweisen. So können bspw. Drohnen im Luftraum über einer Straße Informationen zu der Straße an PKW oder LKW übertragen. Außerdem kann eine fest installierte Einrichtung an einer Straße oder einem anderen Ort dazu genutzt werden, mit in Reichweite befindlichen Fahrzeugen zumindest vorübergehend eine Gruppe zu bilden, z.B. um Nachrichten oder Informationen über ein gemeinsam genutztes Kommunikationsmedium auszutauschen.
Figurenliste
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Ausführungsform unter Bezugnahme auf die begleitenden Figuren exemplarisch näher erläutert. Alle Figuren sind rein schematisch und nicht maßstäblich. Es zeigen:

1 ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steuerung des Sendezugriffs eines ersten Netzwerkgeräts auf ein Kommunikationsmedium, das von einer ersten Gruppe von Netzwerkgeräten gemeinsam genutzt wird,
2 ein exemplarisches Nachrichten-Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einer Änderung der Zusammensetzung der ersten Gruppe durch Aufnahme eines Netzwerkgeräts,
3 eine exemplarische Folge von verfahrensgemäß bestimmten Zeitrahmen mit Zeitschlitzen sowie deren Zuordnung zu Netzwerkgeräten,
4 eine exemplarische Folge von Zeitrahmen während einer Initialisierungsphase einer ersten Gruppe,
5 exemplarische Blöcke einer in dem Verfahren genutzten Zugriffshistorie, und
6 exemplarische Varianten der Organisation von Zeitschlitzen in einem Zeitrahmen, in dem ein Netzwerkgerät der ersten Gruppe beitreten kann.

Gleiche oder ähnliche Elemente sind in den Figuren mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen versehen.
Ausführungsbeispiel
1 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens 100 zur Steuerung des Sendezugriffs eines ersten Netzwerkgeräts auf ein Kommunikationsmedium, das von einer ersten Gruppe von Netzwerkgeräten gemeinsam genutzt wird. In Schritt 102 des Verfahrens wird eine Zusammensetzung der ersten Gruppe und eine Zugriffshistorie bereitgestellt. Die Zugriffshistorie enthält Informationen über eine Organisation eines aktuellen und eines oder mehrerer unmittelbar vorhergehender Zeitrahmen. In Schritt 104 wird eine erste Berechnungsvorschrift bereitgestellt, die für alle Netzwerkgeräte der ersten Gruppe gleich ist. Dieser Schritt kann z.B. die Bereitstellung aus einem lokalen Speicher umfassen. Eine Aktualisierung der in dem lokalen Speicher vorhandenen Berechnungsvorschrift kann ebenfalls in diesem Schritt erfolgen. In Schritt 106 wird dann die Organisation zumindest des nächstkommenden Zeitrahmens unter Anwendung der Berechnungsvorschrift auf dieser als Eingangsinformationen zugeführte Informationen bezüglich der Zusammensetzung der ersten Gruppe und der Zugriffshistorie berechnet. In Schritt 110 prüft das erste Netzwerkgerät, ob der Beginn eines Zeitrahmens erreicht ist, innerhalb dessen es auf das gemeinsam genutzte Kommunikationsmedium sendend zugreifen darf. Solange der Beginn des Zeitschlitzes nicht erreicht ist, „nein“-Zweig von Schritt 110, kann das erste Netzwerkgerät in einem optionalen Schritt 114 die Nutzung der Zeitschlitze eines Zeitrahmens durch andere Netzwerkgeräte der ersten Gruppe überwachen, und die Information entsprechend im optionalen Schritt 116 als Teil einer aktualisierten Zugriffshistorie speichern. In Schritt 118 wird geprüft, ob das Ende des aktuellen Zeitrahmens erreicht ist. Ist dies der Fall, „ja“-Zweig von Schritt 118, beginnt das Verfahren von vorne. Ist dies nicht der Fall, „nein“-Zweig von Schritt 118, wartet das Netzwerkgerät weiter ab, bis ein Zeitschlitz erreicht ist, in dem es senden darf.
Wenn in Schritt 110 der Beginn eines Zeitschlitzes erreicht ist, in dem es sendend auf das gemeinsam genutzte Kommunikationsmedium zugreifen darf, sendet es entsprechend in Schritt 112 und prüft danach in Schritt 118, ob das Ende des aktuellen Zeitrahmens erreicht ist.
2 zeigt ein exemplarisches Nachrichten-Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens bei einer Änderung der Zusammensetzung der ersten Gruppe 200 durch Aufnahme eines Netzwerkgeräts. Die erste Gruppe 200 ist in der Figur von den Netzwerkgeräten N1, N2, ..., Nn gebildet, die erste Gruppe 200 hat also n Netzwerkgeräte, die über das gemeinsam genutzte Kommunikationsmedium miteinander kommunizieren. Netzwerkgerät Nn ist dabei dasjenige Netzwerkgerät, welches als letztes zu der Gruppe hinzugekommen ist. Ein weiteres Netzwerkgerät, Nx, möchte zu der Gruppe hinzutreten, und sendet eine Assoziierungsnachricht 202 an alle Netzwerkgerät der ersten Gruppe 200. Gemäß Berechnungsvorschrift ist das zuletzt der Gruppe hinzugefügte Netzwerkgerät dazu ausgewählt, einem neu hinzutretenden Netzwerkgerät die Berechnungsvorschrift, die Zusammensetzung und die Zugriffshistorie der ersten Gruppe zu übertragen, in diesem Fall das Netzwerkgerät Nn. Netzwerkgerät Nn sendet dazu eine entsprechende Update-Nachricht 204 an Netzwerkgerät Nx. Die von Netzwerkgerät Nn gesendete Update-Nachricht kann von allen anderen Netzwerkgeräten der ersten Gruppe ebenfalls mitgehört werden, so dass diese ihre lokal gespeicherten Berechnungsvorschriften und Zugriffshistorien überprüfen können. Bei einer Diskrepanz zwischen der von Netzwerkgerät Nn gesendeten Berechnungsvorschrift und/oder Zugriffshistorie und lokal in einem Netzwerkgerät der ersten Gruppe gespeicherten Versionen davon kann die von Netzwerkgerät Nn gesendete Berechnungsvorschrift und die Zugriffhistorie als Vorgabe für die Berechnung des nächstkommenden Zeitrahmens genutzt werden, oder Netzwerkgeräte die eine Diskrepanz feststellen können sich nicht länger als zu der ersten Gruppe zugehörig ansehen und von sich aus eine Neuassoziierung initiieren. Netzwerkgerät Nx empfängt die von Netzwerkgerät Nn gesendete Nachricht und wird zu der erweiterten ersten Gruppe 200' als Netzwerkgerät Nn+1 hinzugefügt.
3 zeigt eine exemplarische Folge von verfahrensgemäß bestimmten Zeitrahmen mit Zeitschlitzen sowie deren Zuordnung zu Netzwerkgeräten. Beginnend beim Zeitpunkt t₀ folgt zunächst ein erster Zeitrahmen R1. Zeitrahmen R1 umfasst sechs aufeinanderfolgende Zeitschlitze, S1 bis S6. Dabei sind Zeitschlitze S1, S3, S4 und S6 den Netzwerkgeräten N6, N4, N2 und N1 zugeordnet. Zeitschlitz S2 ist ein nicht für die Kommunikation der Netzwerkgeräte der ersten Gruppe vorgesehener Zeitschlitz, in dem nicht zu der ersten Gruppe zugehörige Netzwerkgeräte eine Assoziierungsnachricht senden können. Zeitschlitz S5 ist ein für Zwecke des Gruppenmanagements reservierter Zeitschlitz, bspw. für das Senden der Berechnungsvorschrift, der Zugriffshistorie und der Zusammensetzung der ersten Gruppe an Netzwerkgeräte, die im Zeitschlitz S2 eine Assoziierungsnachricht gesendet haben. In der Figur sei angenommen, dass Netzwerkgerät N6 für diese Funktion ausgewählt ist. Dabei sei angemerkt, dass nicht in jedem Zeitrahmen ein nicht für die Kommunikation der Netzwerkgeräte der ersten Gruppe vorgesehener Zeitschlitz angeordnet sein muss, genausowenig wie ein für die Zwecke des Gruppenmanagements reservierter Zeitschlitz.
Zum Zeitpunkt t₁ folgt ein zweiter Zeitrahmen R2. Zeitrahmen R2 ist in der Figur nur verkürzt dargestellt und kann dieselbe oder eine andere Zuweisung der Zeitschlitze S1 bis S6 haben wie Zeitrahmen R1. Gleiches gilt für den dritten Zeitrahmen R3, der bei t₂ beginnt.
Zum Zeitpunkt t₃ folgt ein vierter Zeitrahmen R4. Zeitrahmen R4 unterscheidet sich von Zeitrahmen R1, R2 und R3 dadurch, dass er eine größere Zahl von Zeitschlitzen umfasst, S1 bis S9. Die Gründe hierfür können vielfältig sein; die Anzahl der Zeitschlitze in einem Zeitrahmen wird, genauso wie die Zuordnung zu Netzwerkgeräten von der Berechnungsvorschrift bestimmt. Eine mögliche Erklärung ist, dass eine Änderung der Zusammensetzung der Gruppe stattgefunden hat und nun eine größere Anzahl von Netzwerkgeräten in mehr oder weniger gleichmäßigen Abständen Sendezugriff auf das gemeinsam genutzte Kommunikationsmedium benötigt.
Zum Zeitpunkt t₄ folgt ein fünfter Zeitrahmen R5, von dem in der Figur nur die ersten zwei Zeitschlitze dargestellt sind.
Zwischen dem Ende des letzten Zeitschlitzes eines Zeitrahmen und dem Beginn des darauffolgenden Zeitrahmen ist ein kurzer Zeitabstand, der bspw. für die Berechnung der Organisation des nächsten Zeitrahmen genutzt werden kann. Alle Netzwerkgeräte sollten am Ende eines Zeitrahmens alle notwendigen Informationen dazu lokal verfügbar haben, entweder durch Überwachung der Kommunikation oder durch Empfangen einer entsprechenden Information in einem für das Gruppenmanagement reservierten Zeitschlitz. Der Zeitabstand zwischen dem Ende des letzten Zeitschlitzes eines Zeitrahmens und dem Anfang des nächsten Zeitrahmens kann bspw. in der Berechnungsvorschrift festgelegt sein. Da in der Zugriffshistorie die Organisation eines aktuellen Zeitrahmens inklusive des Beginns des Zeitrahmens, der Anzahl und der Dauer der Zeitschlitze enthalten ist, kann jedes Netzwerkgerät den Beginn des nächstkommenden Zeitrahmens als absolute Zeitangabe oder als Zeitangabe für synchronisierte Zeitgeber bestimmen.
4 zeigt eine exemplarische Folge von Zeitrahmen während einer Initialisierungsphase einer ersten Gruppe, also während die erste Gruppe sich konstituiert. Beginnend beim Zeitpunkt to hört ein erstes Netzwerkgerät N1 zunächst ein Kommunikationsmedium ab um festzustellen, ob bereits Netzwerkgeräte auf dem Kommunikationsmedium miteinander kommunizieren. Ist dies nicht der Fall wird das erste Netzwerkgerät N1 vorübergehend zu einer Gruppenmanagement-Instanz und legt eine Registrierungsphase fest, die bei t₁ damit beginnt, dass es den Beginn der Registrierungsphase, bspw. als Aufruf zur Registrierung, auf dem Kommunikationsmedium rundsendet. Der Aufruf kann eine Beginnzeit t₂ und eine Endzeit t₄ der Registrierungsphase enthalten, und kann auch eine Einteilung in Zeitschlitze sowie deren jeweilige Dauer oder Beginn- und Endzeiten enthalten. Auch Sicherheitsabstände zwischen den Zeitschlitzen können vorgesehen sein. Wenn alle Netzwerkgeräte über ein externes Signal synchronisierte Zeitgeber haben können die Zeiten als absolute Zeiten angegeben sein. Alternativ können die Zeiten als relative Zeiten angegeben werden, bspw. auf das Ende der Nachricht bezogen, mit der das erste Netzwerkgerät N1 zur Registrierung aufruft.
Andere Netzwerkgeräte, die den Aufruf empfangen, senden innerhalb der Registrierungsphase zumindest ihre jeweilige Kennung oder Identifikation, die von dem ersten Netzwerkgerät N1 empfangen werden. Dazu wendet jedes Netzwerkgerät ein für Zeitmultiplexverfahren übliches Zugriffsverfahren an, bei dem es zunächst auf dem Kommunikationsmedium hört, ob ein anderes Netzwerkgerät sendet und es, falls dies nicht der Fall ist, seine Übertragung sendet. Anderenfalls wartet es, bis das Kommunikationsmedium frei ist. Wenn die Registrierungsphase von dem ersten Netzwerkgerät N1 in Zeitschlitze aufgeteilt ist, kann entsprechend jedes Netzwerkgerät, das der Gruppe beitreten will, vor dem Senden in einem Zeitschlitz für eine zufällig ausgewählte Zeit warten, ob ein anderes Netzwerkgerät früher sendet, und senden, wenn dies nicht der Fall ist. Die kurze Wartezeit am Anfang eines Zeitschlitzes ist in der Figur durch die Abstände zwischen den die Anfänge der Zeitschlitze markierenden Zeitmarkern t₂ bzw. t₃ und den die Übertragung durch ein zweites Netzwerkgerät N2 bzw. ein drittes Netzwerkgerät N3 kennzeichnenden Blöcke dargestellt.
Am Ende der Registrierungsphase zum Zeitpunkt t₄ sendet das erste Netzwerkgerät N1 eine Zusammensetzung der ersten Gruppe, also die Kennungen oder Identifikationen derjenigen Netzwerkgeräte, die während der Registrierungsphase ihre Kennung bzw. Identifikation senden konnten. Außerdem sendet das erste Netzwerkgerät N1 eine Berechnungsvorschrift, anhand derer die nun zu der ersten Gruppe gehörenden Netzwerkgeräte den ersten Zeitrahmen für die Kommunikation auf dem gemeinsam genutzten Medium berechnen können. Zusätzlich kann das erste Netzwerkgerät N1 einen Startzeitpunkt ts senden, der den Beginn des ersten Zeitrahmens der neu gebildeten ersten Gruppe kennzeichnet. Der Startzeitpunkt t₅ liegt zweckmäßigerweise zeitlich von der Übertragung der Zusammensetzung der ersten Gruppe und der Berechnungsvorschrift beabstandet, so dass alle Netzwerkgeräte ausreichend Zeit haben, die nötigen Berechnungen durchzuführen. Der erste und die folgenden Zeitrahmen werden dann in der zuvor mit Bezug auf 1 beschriebenen Art und Weise berechnet.
Wenn sich innerhalb einer Registrierungsphase nicht genügend Netzwerkgeräte anmelden, kann das erste Netzwerkgerät N1 eine erneute Registrierungsphase initiieren. Diejenigen Netzwerkgeräte, die bereits zuvor registriert waren, müssen sich nicht erneut anmelden. Eine zusätzliche Registrierungsphase kann bspw. durch die Kennung des ersten Netzwerkgeräts N1 in dem Aufruf zur Registrierung erkannt werden, oder durch einen in dem Aufruf enthaltenen entsprechenden Hinweis.
5 zeigt drei Blöcke Bn-1, Bn und Bn+1 einer exemplarischen Zugriffshistorie, wie sie bei dem vorliegenden Verfahren genutzt wird. Block Bn+1 enthält dabei Informationen zur Organisation eines aktuellen Zeitrahmens, wie sie aus den zeitlich vorhergehenden Zeitrahmen anhand der Berechnungsvorschrift berechnet wurde. Die Informationen zu den zeitlich vorangehenden Zeitrahmen ist in den Blöcken Bn und Bn-1 enthalten. In Block Bn-1 sind Informationen zu einem vier Zeitschlitze umfassenden Zeitrahmen enthalten, u.a. die Information, welches Netzwerkgerät in welchem Zeitschlitz sendend auf das gemeinsam genutzte Kommunikationsmedium zugreifen durfte. Die Zeitschlitze sind in dem Block bspw. von unten nach oben zeitlich aufeinanderfolgend abgebildet. Entsprechend durfte im ersten Zeitschlitz Netzwerkgerät N1 senden, gefolgt von Netzwerkgerät N2 im zweiten Zeitschlitz, Netzwerkgerät N4 im dritten Zeitschlitz und schließlich Netzwerkgerät N6 im vierten Zeitschlitz. Netzwerkgeräte N3 und N5 wurde in diesem Zeitrahmen kein Zeitschlitz zugeordnet. Block Bn-1 enthält noch eine Referenz auf den in der Figur nicht gezeigten Block Bn-2. Die Referenz ist als Streuwert, bspw. als Hash-Wert des zeitlich vorausgehenden Blocks in Block Bn-1 enthalten.
Entsprechend enthält Block Bn einen Streuwert von Block Bn-1, einschließlich der darin enthaltenen Referenz auf Block Bn-2, und die Organisation eines ebenfalls vier Zeitschlitze umfassenden Zeitrahmens. In diesem Zeitrahmen sendet Netzwerkgerät N3 im ersten Zeitschlitz, Netzwerkgerät N2 im zweiten Zeitschlitz, Netzwerkgerät N5 im dritten Zeitschlitz und Netzwerkgerät N3 erneut im vierten Zeitschlitz.
In gleicher Art enthält Block Bn+1 die Referenz auf Block Bn und eine Einteilung in vier Zeitschlitze, die den Netzwerkgeräten N5, N1, N4 und N3 zugeordnet sind.
Die Berechnungsvorschrift schreibt vor, wie viele zeitlich vorausgehende Zeitrahmen bei der Berechnung des nächsten Zeitrahmens zugrunde gelegt werden. Dabei kann, wie in der Figur ersichtlich, einzelnen Netzwerkgeräten in einigen Zeitrahmen kein Zeitschlitz zugewiesen sein.
Eine beispielhafte Berechnungsvorschrift kann wie folgt lauten: $p_{i} (t) = \frac{f_{1} (t - t_{T_{i}})}{f_{2} (Σ d_{i})} + f_{3} (c_{i}) + f_{4} (Σ d_{j \neq i})$
mit

i = Indexnummer des Netzwerkgeräts
p_i = Priorität des i-ten Netzwerkgeräts für den nächstkommenden Zeitrahmen Σd_i = Datenmenge (payload)
Σd_j≠i = Summe der von allen anderen Netzwerkgeräten (ohne Netzwerkgerät i) übertragenen Daten
c_i = allgemeine Priorität des Netzwerkgeräts, c_i ∈ {0,1,2}
t_Ti = Zeitpunkt des letzten dem Netzwerkgerät zugeordneten Zeitschlitzes
t = Beginnzeitpunkt des Zeitschlitzes, für den die Zuordnung berechnet wird f₁, f₂, f₃, f₄ = mathematische Funktionen

Für Netzwerkgerät N4 liefert die Zugriffshistorie die folgenden Eingangswerte für die Berech n u ngsvorsch rift: $t - t_{T_{i}} = 2$

Σd_i= bis zum Zeitpunkt t übertragene Daten der letzten 3 Zeitrahmen = Datenmenge des vorletzten Zeitschlitzes (t-2) + Datenmenge des zehn Zeitschlitze zurückliegenden Zeitschlitzes (t-10)
c_j=2 (für Netzwerkgerät N4 festgelegter Wert)
Σdj≠i= Summe der von den Netzwerkgeräten N1, N2, N3, N5, N6 übertragenen Daten

Spätestens am Ende eines Zeitrahmens, wenn alle Informationen vorliegen, kann in der zwischen zwei aufeinanderfolgenden Zeitrahmen liegenden Zeit die Berechnung erfolgen. Dabei wird jedes Netzwerkgerät p_i(t) für jedes Netzwerkgerät der Gruppe aus den in den Blöcken enthaltenen Daten berechnen, und die errechneten p_i in absteigender Reihenfolge sortieren: {p₆, p₄, p₁, p₂, p₅, p₃}
Wenn der nächstkommende Zeitrahmen wie die zeitlich vorhergehenden Zeitrahmen in vier Zeitschlitze eingeteilt wird, kann die aus der Berechnung resultierende Zuordnung von Zeitschlitzen zu Netzwerkgeräten lauten: N6, N4, N1, N2.
Bei einem in acht Zeitschlitze aufgeteilten Zeitrahmen kann die Zuordnung entsprechend lauten: N6, N4, N1, N2, N5, N3, N6, N4. Bei nur sechs Netzwerkgeräten in der Gruppe kann also den Netzwerkgeräten mit der höchsten Priorität für den nächstkommenden Zeitrahmen zweimal Zeitschlitze zugeordnet werden.
Bei einem in drei Zeitschlitze aufgeteilten Zeitrahmen, der auch einen simultanen Zugriff zweier Netzwerkgeräte innerhalb eines Zeitschlitzes vorsieht (NOMA) kann die Zuordnung zu Zeitschlitzen lauten: N6+N4, N1, N2.
6 zeigt exemplarische Varianten der Organisation von Zeitschlitzen in einem Zeitrahmen, in dem ein Netzwerkgerät der ersten Gruppe beitreten kann.
6 a) zeigt eine Anordnung von Zeitschlitzen einer Ausgestaltung des Verfahrens, bei dem auf einen Gruppenmanagement-Zeitschlitz stets ein Update-Zeitschlitz folgt. In dem in der Figur gezeigten Beispiel ist der Gruppenmanagement-Zeitschlitz im zweiten Zeitschlitz vorgesehen, und der Update-Zeitschlitz im dritten Zeitschlitz. Es ist leicht nachvollziehbar, dass hier das gemeinsam genutzte Kommunikationsmedium nicht optimal ausgenutzt wird, weil in jedem Zeitrahmen mit einem Gruppenmanagement-Zeitschlitz stets ein Zeitschlitz, in welchem eine Update-Nachricht gesendet werden darf, dafür blockiert ist, selbst wenn kein Netzwerkgerät eine Assoziierungsnachricht sendet. Da nicht vorhersehbar ist, wann ein neues Netzwerkgerät der ersten Gruppe beitreten wird, sollten Gruppenmanagement-Zeitschlitz und Update-Zeitschlitz dennoch in gewissen Abständen vorgesehen sein.
Eine Lösung hierfür ist in der Organisation des in 6 b) gezeigten Zeitrahmens angegeben, die zunächst nur einen Gruppenmanagement-Zeitschlitz im zweiten Zeitschlitz vorsieht. Wenn kein Netzwerkgerät innerhalb des Gruppenmanagement -Zeitschlitz eine Assoziierungsnachricht sendet, läuft der Zeitrahmen genauso weiter wie dargestellt. Wenn jedoch ein Netzwerkgerät innerhalb des Gruppenmanagement-Zeitschlitz eine Assoziierungsnachricht sendet, wird unmittelbar darauf ein Update-Zeitschlitz eingeschoben, und die geplanten Zeitschlitze daran angehängt, wie in 6 c) dargestellt. Der Update-Zeitschlitz hat vorzugsweise eine bekannte Länge, so dass die Beginnzeitpunkte der verschobenen Zeitschlitze leicht errechnet werden können. Da alle Netzwerkgeräte der ersten Gruppe die Assoziierungsnachricht empfangen haben, können sie die notwendigen Berechnungen entsprechend ausführen. Innerhalb des an den Gruppenmanagement-Zeitschlitz angehängten Update-Zeitschlitz sendet ein nach einer Regel ausgewähltes Netzwerkgerät die Zugriffshistorie der ersten Gruppe, inklusive der Organisation des aktuellen Zeitrahmens, deren Zusammensetzung und die gültige Berechnungsvorschrift. Das neu hinzugekommene Netzwerkgerät kann daraus dann die Organisation des nächsten Zeitrahmens berechnen, ebenso wie die anderen Netzwerkgeräte der ersten Gruppe, und dabei das neu hinzugekommene Netzwerkgerät entsprechend der Vorgabe der Berechnungsvorschrift berücksichtigen.
Die in 6 b) und c) beschriebene Behandlung von Assoziierungsnachrichten ermöglicht eine sehr schnelle Aufnahme von neuen Netzwerkgeräten in die Gruppe, kann aber Übertragungen anderer Netzwerkgeräte unvorhergesehen geringfügig verzögern. Falls bei der Übertragung von Nachrichten ein absolut deterministisches Verhalten erforderlich ist, kann die in 6 a) dargestellte Variante eine Lösung darstellen. Alternativ kann auch ein Update-Zeitschlitz erst in einem nachfolgenden Zeitrahmen vorgesehen sein, wobei dann die Zeit bis zur Aufnahme eines neuen Netzwerkgeräts in die Gruppe entsprechend länger ist.
Wenngleich das erfindungsgemäße Verfahren vorstehend mit Bezug auf drahtlos miteinander vernetzte Netzwerkgeräte beschrieben wurde, ist es auch möglich das Verfahren in einem durch einen drahtgebundenen Bus verbundenen Netzwerkgerät einzusetzen, bspw. in einem Fahrzeug. Bei drahtgebunden miteinander vernetzten Netzwerkgeräten ist eine von dem Verfahren ebenfalls abgedeckte dynamische Änderung der Konfiguration zwar eher unwahrscheinlich, aber nicht ausgeschlossen. Z.B. könnten über den Bus Netzwerkgeräte miteinander verbunden sein, welche eigenständig zwischen aktiven und inaktiven Modi wechseln und im inaktiven Modus keine Überwachung der Kommunikation ausführen, um Energie einzusparen.
Eine Anwendung des hierin beschriebenen Verfahrens ist nicht auf Fahrzeuge oder allgemein mobile Netzwerkgeräte beschränkt, vielmehr kann es in allen Fällen genutzt werden, in denen sich Netzwerkgeräte vorübergehend in wechselnden Gruppen organisieren, bspw. in Smart-Factories oder dergleichen.
Bezugszeichenliste

100: Verfahren
102 - 118: Verfahrensschritte
200: erste Gruppe vor Aufnahme eines neuen Netzwerkgeräts
200': erste Gruppe nach Aufnahme eines neuen Netzwerkgeräts
202: Assoziierungsnachricht
204: Update-Nachricht
R1-R4: Zeitrahmen
S1-S9: Zeitschlitze
N1-N9: Netzwerkgeräte
Bn-1... Bn+1: Block/Datenblock
#Bn, #Bn-1, #Bn-2: Referenz auf vorhergehenden Block
GM: Gruppenmanagement-Zeitschlitz
UZS: Update-Zeitschlitz

Claims

Verfahren (100) zur Steuerung des Sendezugriffs eines ersten Netzwerkgeräts auf ein Kommunikationsmedium, das von einer ersten Gruppe von Netzwerkgeräten gemeinsam genutzt wird, innerhalb eines nächstkommenden Zeitrahmens, umfassend: - Bereitstellen (102) einer Zusammensetzung der ersten Gruppe und einer Zugriffshistorie, wobei die Zugriffshistorie Informationen über eine Organisation eines aktuellen und eines oder mehrerer unmittelbar vorhergehender für die Kommunikation innerhalb der ersten Gruppe genutzter Zeitrahmen enthält, - Bereitstellen (104) einer ersten, für alle Netzwerkgeräte der ersten Gruppe identische Berechnungsvorschrift, - Berechnen (106) der Organisation zumindest des auf den aktuellen Zeitrahmen folgenden nächstkommenden Zeitrahmens unter Anwendung der Berechnungsvorschrift auf dieser als Eingangsinformationen zugeführte Informationen bezüglich der Zusammensetzung der ersten Gruppe und der Zugriffshistorie, wobei das Verfahren außerdem umfasst, wenn die Berechnung für das erste Netzwerkgerät ein Zugriffsrecht innerhalb mindestens eines Zeitschlitzes des nächstkommenden Zeitrahmens ergibt: - Senden (112) über das gemeinsam genutzte Kommunikationsmedium innerhalb des berechneten Zeitschlitzes.
Verfahren nach Anspruch 1, außerdem umfassend: - Synchronisieren eines in jedem der Netzwerkgeräte der ersten Gruppe angeordneten Zeitgebers.
Verfahren nach Anspruch 1, außerdem umfassend: - Speichern von die Organisation eines Zeitrahmens oder mehrerer aufeinanderfolgender Zeitrahmen beschreibender Informationsitems der Zugriffshistorie in Datenblöcken, wobei jeder Datenblock eine Referenz auf einen anderen Datenblock enthält, in welchem Informationsitems eines oder mehrerer Zeitrahmen gespeichert sind, die den in dem referenzierenden Datenblock gespeicherten Zeitrahmen unmittelbar vorhergehen.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Referenz einen aus dem vorhergehenden Datenblock abgeleiteten Ausgangswert einer Streuwertfunktion enthält.
Verfahren nach einem der vorhergehende Ansprüche, wobei ein nicht zu der ersten Gruppe zugehöriges Netzwerkgerät in einem in einem nicht für eine Kommunikation von Netzwerkgeräten der ersten Gruppe genutzten Zeitschlitz eine Assoziierungsnachricht an die Netzwerkgeräte der ersten Gruppe sendet, außerdem umfassend: - Empfangen einer Assoziierungsnachricht eines nicht zu der ersten Gruppe gehörenden Netzwerkgeräts in einem nicht für eine Kommunikation von Netzwerkgeräten der ersten Gruppe vorgesehenen Zeitschlitz (GM), und - Senden der Zugriffshistorie, der Zusammensetzung der ersten Gruppe und der Berechnungsvorschrift durch ein erstes ausgewähltes Netzwerkgerät der ersten Gruppe in einem für Aktualisierungen vorgesehenen Zeitschlitz (UZS).
Verfahren nach Anspruch 5, außerdem umfassend: - Verschieben aller nach dem Empfang einer Assoziierungsnachricht in einem nicht für eine Kommunikation von Netzwerkgeräten der ersten Gruppe vorgesehenen folgenden Zeitschlitz (GM) um die Zeitdauer eines für Aktualisierungen vorgesehenen Zeitschlitzes (UZS).
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, außerdem umfassend, wenn keine Zugriffshistorie von dem ersten ausgewählten Netzwerkgerät der ersten Gruppe gesendet wird: - Senden der Zugriffshistorie in einem dafür vorgesehenen Zeitschlitz (UZS) des nächsten Zeitrahmens durch ein nächstes ausgewähltes Netzwerkgerät der ersten Gruppe.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, außerdem umfassend: - Senden einer Disassoziierungsnachricht durch ein Netzwerkgerät der ersten Gruppe das die Gruppe verlassen wird.
Verfahren nach Anspruch 8, außerdem umfassend: - Empfangen einer Disassoziierungsnachricht von einem oder mehreren Netzwerkgeräten der ersten Gruppe in einem Zeitrahmen, und - Aktualisieren der Zusammensetzung der ersten Gruppe, zur Berücksichtigung bei der Berechnung der Organisation des nächstkommenden Zeitrahmens.
Verfahren nach Anspruch 1, außerdem umfassend: - kontinuierliches oder stichprobenartiges Überwachen (114) der Kommunikation auf dem gemeinsam genutzten Kommunikationsmedium, wobei das Überwachen zumindest das Empfangen von die Nutzung der Zeitschlitze eines Zeitrahmens durch Netzwerkgeräte beschreibende Daten umfasst, und - Speichern der (116) der die Nutzung der Zeitschlitze des Zeitrahmens beschreibenden Informationen als Teil einer aktualisierten Zugriffshistorie.
Verfahren nach Anspruch 10, außerdem umfassend: - Berücksichtigen eines einem Netzwerkgerät zugeteilten, von diesem nicht oder nicht wie vorgesehen genutzten Zeitschlitzes bei der Berechnung des nächstkommenden Zeitrahmens.
Verfahren nach Anspruch 10 oder 11, außerdem umfassend: - Aktualisieren der Zusammensetzung der ersten Gruppe, wenn ein Netzwerkgerät einen oder eine festgelegte Anzahl diesem zugeteilter, aufeinander folgender Zeitschlitze nicht nutzt.
Verfahren zum Steuern des Beitritts eines Netzwerkgeräts (Nx) zu einer Gruppe (200) von Netzwerkgeräten (N1, ..., Nn), die den Sendezugriff auf ein gemeinsam genutztes Kommunikationsmedium gemäß einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche steuern, umfassend: - Senden einer Assoziierungsnachricht (202) in einem nächsten nicht für die Kommunikation der Netzwerkgeräte der ersten Gruppe (200) genutzten Zeitschlitz oder Zeitfenster, - Empfangen (204) und Speichern der Zugriffshistorie und der Berechnungsvorschrift, und - Berechnen der Organisation des nächstkommenden Zeitrahmen gemäß einem Verfahren nach Anspruch 1, oder, wenn keine Zugriffshistorie und/oder Berechnungsvorschrift empfangen wurde: - erneutes Senden einer Assoziationsnachricht (202) in einem nächsten nicht für die Kommunikation der Netzwerkgeräte der ersten Gruppe (200) genutzten Zeitschlitz oder Zeitfenster.
Netzwerkgerät umfassend: - eine Kommunikationsschnittstelle, die zum wahlweisen Zugriff auf das gemeinsam genutzte Kommunikationsmedium eingerichtet ist, - ein Zeitgebermodul, das durch ein dem Netzwerkgerät zugeführtes Synchronisationssignal einstellbar ist, und - einen Mikroprozessor und diesem zugeordneten flüchtigen und/oder nichtflüchtigen Speicher, wobei der Speicher Computerprogramminstruktionen enthält die, wenn sie von dem Mikroprozessor ausgeführt werden, das Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-13 ausführen.
Computerprogrammprodukt, umfassend Befehle, die bei der Ausführung des Programms durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1-13 auszuführen.
Computerlesbarer Datenträger (kann auch ein moduliertes Signal sein), auf dem das Computerprogrammprodukt nach Anspruch 15 gespeichert ist.
Fahrzeug mit einem Netzwerkgerät nach Anspruch 14.