DE112007000250T5

DE112007000250T5 - System, Verfahren und Vorrichtung für einen zuverlässigen Austausch von Informationen zwischen Knoten eines mit mehreren Sprüngen arbeitenden drahtlosen Kommunikationsnetzwerks

Info

Publication number: DE112007000250T5
Application number: DE112007000250T
Authority: DE
Inventors: John West Melbourne Belcea; Pertii O. Deltona Alapuranen; Michael S. Orlando Johnson; Avinash Orlando Joshi; Robin U. Orlando Roberts
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Motorola Solutions Inc
Priority date: 2006-02-06
Filing date: 2007-01-30
Publication date: 2008-11-13
Also published as: WO2007092703A3; KR20080091209A; US8576811B2; WO2007092703A2; US20070211686A1; JP2009525701A

Abstract

Verfahren zur Verteilung von Netzwerkverwaltungsinformationen in einem mit mehreren Sprüngen arbeitenden drahtlosen Ad-Hoc-Netzwerk mit mehreren vorhandenen Knoten, wobei das Verfahren umfasst:
das Auswählen eines bestimmten Zeitfensters in einem zugewiesenen Kanal auf der Grundlage der Netzwerkverwaltungsinformationen von den Nachbarknoten an einem ersten Knoten;
das Bestimmen, ob das bestimmte Zeitfenster von einem Nachbarknoten des ersten Knoten verwendet wird, über einen Konkurrenzkanal; und
das Zuordnen des bestimmten Zeitfensters zu dem ersten Knoten, wenn festgestellt wird, dass das bestimmte Zeitfenster nicht verwendet wird.

Description

Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein die drahtlose Kommunikation und insbesondere mit mehreren Sprüngen arbeitende mobile Ad-Hoc-Netzwerke.
Hintergrund
Typen drahtloser Netzwerke umfassen infrastrukturbasierte drahtlose Netzwerke und drahtlose Ad-Hoc-Netzwerke.
Ein infrastrukturbasiertes drahtloses Netzwerk umfasst typischerweise ein Kommunikationsnetzwerk mit festen und verdrahteten Netzübergängen. Viele infrastrukturbasierte drahtlose Netzwerke nutzen eine mobile Einheit oder einen Host, die bzw. der mit einer festen Basisstation kommuniziert, die mit einem verdrahteten Netzwerk gekoppelt ist. Die mobile Einheit kann sich geographisch bewegen, während sie über eine drahtlose Verbindung mit der Basisstation kommuniziert. Wenn sich die mobile Einheit aus der Reichweite einer Basisstation herausbewegt, kann sie mit einer neuen Basisstation verbunden oder an diese "übergeben" werden und beginnt, über die neue Basisstation mit dem verdrahteten Netzwerk zu kommunizieren. Infrastrukturbasierte TDMA-Netzwerke (TDMA: Time Division Multiple Access, Zeitmultiplexzugriff) nutzen typischerweise eine zentrale Reihenfolgeplanung über eine zentrale, feste Steuerung (wie eine Basisstation). Bei diesen Netzwerken können TDMA-Protokolle verwendet werden, um jedem Strom oder Benutzer im Netzwerk ein Zeitfenster zuzuweisen. So weisen leitungsvermittelte TDMA-basierte Sprachsysteme beispielsweise normalerweise für eine einzige Sprachverbindung über eine Zeitspanne ein einziges Zeitfenster in einem Rahmen zu. Systeme, die dazu tendieren, Daten schubweise zu transportieren, verwenden dagegen typischerweise dynamische Zuweisungsschemata zur Zuweisung von Zeitfenstern. DAMA-Systeme (DAMA: Demand Assigned Multiple Access, Mehrfachzugriff mit Zuweisung auf Anforderung) können beispielsweise verwendet werden, um Zeitfenster auf Anforderung zuzuweisen.
Im Vergleich zu infrastrukturbasierten drahtlosen Netzwerken, wie zellularen Netzwerken oder Satellitennetzwerken sind Ad-Hoc-Netzwerke sich selbst erzeugende Netzwerke, die ohne eine feste Infrastruktur arbeiten können, und in einigen Fällen wird das Ad-Hoc-Netzwerk vollständig aus mobilen Knoten gebildet. Ein Ad-Hoc-Netzwerk umfasst typischerweise eine Reihe geographisch verteilter, potentiell mobiler Einheiten, die gelegentlich als "Knoten" bezeichnet werden und drahtlos über eine oder mehrere Verbindungen (beispielsweise Hochfrequenzkommunikationskanäle) miteinander verbunden sind. Die Knoten können ohne die Unterstützung durch ein infrastrukturbasiertes oder verdrahtetes Netzwerk über ein drahtloses Medium miteinander kommunizieren. Datenverbindungen oder Verbindungen zwischen diesen Knoten können sich auf beliebige Weise dynamisch verändern, wenn sich vorhandene Knoten innerhalb des Ad-Hoc-Netzwerks bewegen, wenn neue Knoten hinzukommen oder in das Ad-Hoc-Netzwerk gelangen oder wenn vorhandene Knoten das Ad-Hoc-Netzwerk verlassen oder aus ihm austreten. Da sich die Topologie eines Ad-Hoc-Netzwerks erheblich verändern kann, werden Techniken benötigt, die dem Ad-Hoc-Netzwerk eine dynamische Einstellung auf diese Veränderungen ermöglichen können. Aufgrund des Fehlens einer zentralen Steuerung können viele Netzwerksteuerungsfunktionen so auf die Knoten verteilt werden, dass sich die Knoten als Reaktion auf Veränderungen der Topologie selbst organisieren und neu konfigurieren können.
Ein Charakteristikum der Knoten ist, dass jeder Knoten über einen Nahbereich direkt mit Knoten kommunizieren kann, die einen einzigen "Sprung" entfernt sind. Derartige Knoten werden gelegentlich als "benachbarte Knoten" bezeichnet. Wenn ein Knoten Pakete an einen Bestimmungsknoten sendet und die Knoten mehr als einen Sprung voneinander getrennt sind (der Abstand zwischen zwei Knoten beispielsweise den Funksendebereich des Knotens übersteigt oder sich eine physische Barriere zwischen den Knoten befindet), können die Pakete über zwischengeschaltete Knoten ("in mehreren Sprüngen") weitergeleitet werden, bis sie den Bestimmungsknoten erreichen. In derartigen Situationen leitet jeder zwischengeschaltete Knoten die Pakete (beispielsweise Daten und Steuerungsinformationen) an den nächsten Knoten entlang des Leitwegs weiter, bis die Pakete ihren endgültigen Bestimmungsort erreichen. Zum Weiterleiten von Paketen an den nächsten Knoten sollte jeder Knoten durch die Kommunikation mit Nachbarknoten erfasste Leitweginformationen halten. Die Leitweginformationen können auch periodisch im Netzwerk ausgestrahlt werden, um die aktuelle Netzwerktopologie wiederzugeben. Alternativ können die Netzwerkknoten zur Verminderung der Menge der zum Halten akkurater Leitweginformationen gesendeten Informationen nur dann Leitweginformationen austauschen, wenn sie benötigt werden. Bei einem als Mesh Scalable Routing (MSR) bekannten, in der US-Patentanmeldung 20040143842 , die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen ist, beschriebenen Ansatz, senden Knoten periodisch (beispielsweise einmal pro Sekunde) Kontaktnachrichten, die Leitweginformationen und einem Leitweg zugeordnete Metrik enthalten, an einen zentralen Knoten. Mobile Knoten verwenden aus den Kontaktnachrichten extrahierte Informationen, um die effizienteste Methode zur Durchführung einer Übergabe festzustellen. In vielen Fällen werden die Kontaktnachrichten jedoch nicht auf eine zuverlässige Art und Weise gesendet, wodurch die Effizienz beim Senden von Leitweginformationen beeinträchtigt werden kann, was wiederum die Zuverlässigkeit der Kommunikation beeinträchtigt.
Drahtlose lokale Netzwerke verwenden typischerweise Protokolle wie IEEE 802.11x oder IEEE 802.16 zur Zuordnung eines Zeitfenstern zu Knoten in einem Netzwerk.
Die IEEE 802.11x Protokolle verwenden einen festen Zugangspunkt (AP, access point), der die Netzwerkoperationen auf eine Art und Weise verwaltet, die der Art und Weise ähnelt, auf die Basisstationen die Operationen in zellularen drahtlosen Netzwerken verwalten. Bei der dynamischen Natur von Knoten in einem mit mehreren Sprüngen arbeitenden Ad-Hoc-Netzwerk können diese Protokolle keine effiziente Ressourcenverwaltung bieten. Die IEEE 802.16 Protokolle verwenden Basisstationen, um jedem Knoten Zeitfenster zuzuweisen. Jeder Knoten strahlt wieder eine "Fensterzuweisungsmatrix" des Netzwerks aus. Eine zentralisierte Zuweisung von Zeitfenstern erfordert den Austausch einer großen Menge an Netzwerkverwaltungsinformationen, wodurch wertvolle Kommunikationsbandbreite verbraucht wird. Zentralisierte Zeitfensterzuweisungstechniken werden typischerweise in Netzwerken angewendet, in denen die Länge des Kommunikationswegs relativ gering ist (beispielsweise nur einen Sprung umfasst). Die Anwendung zentralisierter Zeitfensterzuweisungstechniken in mit mehreren Sprüngen arbeitenden Netzwerken kann aufgrund des zur Verbreitung von Informationen von Knoten an der Peripherie des Netzwerks an einen zentralen Knoten und zur Verbreitung von Informationen von dem zentralen Knoten zurück zu den Knoten an der Peripherie des Netzwerks erforderlichen, erheblichen Zeitaufwands problematisch sein. Zentralisierte Zeitfensterzuweisungstechniken sind aufgrund der Mobilität der Knoten und der verhältnismäßig langen, zur Verbreitung der Informationen an jeden Knoten im Netzwerk erforderlichen Zeit zum Erreichen sämtlicher Netzwerkknoten ineffizient. Daher ist bei mit mehreren Sprüngen arbeitenden mobilen Netzwerken, bei denen sich die Topologie der Knoten häufig ändert, die Nutzung zentralisierter Zeitfensterzuweisungstechniken ausgeschlossen.
Gegenwärtige TDMA-basierte drahtlose Netzwerke sind im Allgemeinen zum Transportieren von Sprachdaten un ter Verwendung einer bestimmten Modulation und einer verhältnismäßig niedrigen Datenrate konzipiert. Die in diesen Netzwerken verwendeten Techniken können jedoch nicht einfach auf Systeme angewendet werden, die zeitsensible Daten, wie interaktive Sprach-/Videodaten, und nicht interaktive Daten, wie Einweg-Audio-/Videodaten mit veränderlicher Modulation und hohen Datenraten transportieren.
Die vorstehend besprochenen Protokolle für eine Zeitfensterzuweisung können für infrastrukturbasierte Netzwerke verwendet werden, erbringen jedoch in mit mehreren Sprüngen arbeitenden Ad-Hoc-Netzwerken, bei denen sich die Knotenpositionen und die Datenrate für jede Verbindung dynamisch verändern, keine gute Leistung oder können sogar versagen.
Kurze Beschreibung der Figuren
Die beiliegenden Figuren, in denen übereinstimmende Bezugszeichen über die einzelnen Ansichten durchgehend identische oder funktional ähnliche Elemente bezeichnen und die zusammen mit der nachstehenden detaillierten Beschreibung in die Beschreibung aufgenommen sind und einen Teil derselben bilden, dienen der weiteren Veranschaulichung verschiedener Ausführungsformen und der Erläuterung verschiedener durchgehend erfindungsgemäßer Prinzipien und Vorteile.
1 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Knotens gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung;
2 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften, mit mehreren Sprüngen arbeitenden Peer-to-Peer-Ad-Hoc-Kommunikationsnetzwerks;
3 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften, mit mehreren Sprüngen arbeitenden Ad-Hoc-Kommunikationsnetzwerks beim Versuch eines neuen Knotens, dem Ad-Hoc-Kommunikationsnetzwerk beizutreten und ein Zeitfenster in dem Ad-Hoc-Kommunikationsnetzwerk zu erhalten;
4 ist ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zur Zuweisung von Zeitfenstern zu Knoten in einem mit mehreren Sprüngen arbeitenden Ad-Hoc-Netzwerk gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung zeigt;
5 zeigt eine beispielhafte Zusammensetzungsstruktur auf mehreren Ebenen eines zweckgebundenen Kanals gemäß einer beispielhaften Implementierung; und
6 ist ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zur Verarbeitung der empfangenen Anforderungen einer Zuweisung von Zeitfenstern gemäß einer beispielhaften Implementierung zeigt.
Für erfahrende Techniker ist zu erkennen, dass die Elemente in den Figuren zugunsten der Einfachheit und Klarheit nicht notwendigerweise Maßstabsgetreu dargestellt sind. So können beispielsweise die Abmessungen einiger der Elemente in den Figuren in Bezug auf andere Elemente übertrieben dargestellt sein, um eine Verbesserung der Verständlichkeit der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung herbeizuführen.
Genaue Beschreibung
Vor einer genauen Beschreibung der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sollte beachtet werden, dass die Ausführungsformen vorwiegend in Kombinationen von Verfahrensschritten und Komponenten von die Zuweisung von Zeitfenstern zu Knoten in einem Ad-Hoc-Netzwerk betreffenden Vorrichtungen bestehen. Dementsprechend sind die Komponenten der Vorrichtungen und die Verfahrensschritte, soweit dies angemessen ist, in den Zeichnungen durch herkömmliche Symbole dargestellt, die nur die spezifischen Einzelheiten zeigen, die zum Verständnis der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erforderlich sind, damit in der Offenbarung keine Ablenkung durch Details stattfindet, die für Personen mit normalen Fachkenntnissen, die von der vorliegenden Beschreibung profitieren, leicht zu erkennen sind.
Im vorliegenden Dokument können Beziehungen betreffende Begriffe, wie erster und zweiter, oberer und unterer und dergleichen ausschließlich zur Unterscheidung einer Einheit oder eines Vorgangs von einem bzw. einer anderen verwendet werden, ohne dass notwendigerweise eine tatsächliche derartige Beziehung oder Reihenfolge zwischen diesen Einheiten oder Vorgängen erforderlich oder impliziert ist. Die Begriffe "umfasst," "umfassen," oder eine beliebige Variation dieser sollen ein nicht exklusives Einschließen abdecken, so dass ein Prozess, ein Verfahren, ein Artikel oder eine Vorrichtung, der bzw. die bzw. das eine Liste von Elementen umfasst, nicht nur diese Elemente umfasst, sondern auch andere Elemente umfassen kann, die nicht ausdrücklich aufgelistet oder dem Prozess, dem Verfahren, dem Artikel oder der Vorrichtung eigen sind. Ein Element, dem ein "umfasst ein..." nachgestellt ist, schließt ohne weitere Einschränkungen das Vorhandensein zusätzlicher identischer Elemente des Prozesses, des Verfahrens, des Artikels oder der Vorrichtung nicht aus, die das Element um fassen.
Es ist ersichtlich, dass die hier beschriebenen Ausführungsformen der Erfindung aus einem oder mehreren herkömmlichen Prozessoren und einzigartigen gespeicherten Programmanweisungen bestehen können, die den einen oder die mehreren Prozessoren steuern, um in Verbindung mit bestimmten Schaltungen, die keine Prozessoren sind, einige, die meisten oder sämtliche der Funktionen zur Zuweisung von Zeitfenstern zu Knoten in einem Ad-Hoc-Netzwerk zu implementieren, wie hier beschrieben. Die Schaltungen, die keine Prozessoren sind, können einen Funkempfänger, ein Funksender, Signaltreiber, Taktgeberschaltungen, Stromquellenschaltungen, und Benutzereingabevorrichtungen umfassen, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Diese Funktionen als solche können als Schritte eines Verfahrens zur Zuweisung von Zeitfenstern zu Knoten in einem Ad-Hoc-Netzwerk interpretiert werden. Alternativ können einige oder sämtliche Funktionen durch eine Statusmaschine implementiert werden, die keine gespeicherten Programmanweisungen aufweist, oder durch eine oder mehrere anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), bei der jede Funktion oder einige Kombinationen bestimmter der Funktionen als anwendungsspezifische Logik implementiert sind. Selbstverständlich kann eine Kombination der beiden Ansätze verwendet werden. Daher sind hier Verfahren und Einrichtungen für diese Funktionen beschrieben. Ferner ist zu erwarten, dass eine Person mit normalen Fachkenntnissen, die sich von den hier offenbarten Konzepten und Prinzipien leiten lässt, ungeachtet eines möglicherweise erheblichen Aufwands und zahlreicher Gestaltungsmöglichkeiten, die beispielsweise von der verfügbaren Zeit, der aktuellen Technologie und wirtschaftlichen Erwä gungen bestimmt werden, leicht in der Lage ist, mit einem Minimum an Experimenten derartige Softwareanweisungen, Programme und ICs herzustellen.
Das Wort "beispielhaft" bedeutet im hier verwendeten Sinne "als Beispiel, Ausführung oder Veranschaulichung dienend". Eine hier als "beispielhaft" beschriebene Ausführungsform darf nicht notwendigerweise als gegenüber anderen Ausführungsformen bevorzugt oder vorteilhaft interpretiert werden. Sämtliche in der vorliegenden genauen Beschreibung beschriebenen Ausführungsformen sind beispielhafte Ausführungsformen, die vorgesehen sind, um Fachleuten die Herstellung oder Nutzung der Erfindung zu ermöglichen, und nicht, um den Rahmen der Erfindung einzuschränken, der durch die Ansprüche definiert ist.
Es wäre wünschenswert, Techniken zu schaffen, die zur Zuweisung von Zeitfenstern unter Knoten in mit mehreren Sprüngen arbeitenden Ad-Hoc-Netzwerken verteilt werden könnten. Ebenso wäre es wünschenswert, dass derartige Techniken die Wiederverwendung von Zeitfenstern ermöglichen. Ebenso wäre es wünschenswert, dass derartige Techniken keinen übermäßigen Rechenaufwand erfordern.
Im Vorliegenden werden Techniken zur zuverlässigen Verteilung von Netzwerkverwaltungsinformationen in einem mit mehreren Sprüngen arbeitenden drahtlosen Ad-Hoc-Netzwerk geschaffen, das eine beliebige Anzahl vorhandener Knoten umfasst. Gelangt ein neuer Knoten in das Ad-Hoc-Netzwerk, wählt er ein bestimmtes Zeitfenster in einem ausgewiesenen Kanal aus und bestimmt über einen Konkurrenzkanal, ob das bestimmte Zeitfenster von einem der Nachbarknoten innerhalb von zwei Sprüngen verwendet wird. Die von den dem neuen Knoten zugeordneten Nachbarknoten auf dem zu gewiesenen Kanal ausgestrahlten Netzwerkverwaltungsinformationen werden zur Fällung von Zuordnungsentscheidungen verwendet. Wenn ein bestimmtes Zeitfenster als verfügbar (beispielsweise als nicht von einem direkt benachbarten Knoten oder von Nachbarn eines der direkt benachbarten Knoten verwendet) identifiziert wird, wählt der neue Knoten ihn zur zuverlässigen Ausstrahlung von Informationen aus.
Beispielhafter Knoten
1 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Knotens 100 gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung. Der Knoten 100 umfasst einen Prozessor 101, einen Sender/Empfänger 102 mit einem Senderschaltkreis 103 und einem Empfängerschaltkreis 105, eine Antenne 106, eine Anzeige 107, eine Eingabevorrichtung 108, einen Programmspeicher 109 zum Speichern von Arbeitsanweisungen, die vom Prozessor 101 ausgeführt werden, einen Pufferspeicher 111, eine oder mehrere Kommunikationsschnittstellen 113 und eine entnehmbare Speichereinheit 115. Obwohl dies nicht dargestellt ist, umfasst der Knoten 100 vorzugsweise auch einen Antennenschalter, eine Zweiwegantenne, einen Ringleiter oder weitere (nicht dargestellte) hoch isolierende Einrichtungen zum diskontinuierlichen Liefern von Informationspaketen von dem Senderschaltkreis 103 an die Antenne 106 und von der Antenne 106 an den Empfängerschaltkreis 105. Der Knoten 100 ist vorzugsweise eine integrierte Einheit, die zumindest sämtliche in 1 dargestellten Elemente sowie beliebige weitere Elemente umfasst, die der Knoten 100 zum Ausführen seiner besonderen Funktionen benötigt. Alternativ kann der Knoten 100 eine Ansammlung geeignet miteinander verbundener Einheiten oder Vorrichtungen umfassen, wobei derartige Einheiten oder Vorrichtungen Funktionen ausführen, die Äquiva lente der von den Elementen des Knotens 100 ausgeführten Funktionen sind. Der Knoten 100 kann beispielsweise einen Laptop-Computer und eine drahtlose LAN-Karte (LAN: local area network, lokales Netzwerk) umfassen.
Der Prozessor 101 umfasst vorzugsweise einen oder mehrere Mikroprozessoren, Mikrosteuerungen, DSPs (digitale Signalprozessoren), Statusmaschinen, logische Schaltkreise oder eine beliebige andere Vorrichtung bzw. Vorrichtungen, die auf der Grundlage von Betriebs- oder Programmanweisungen Informationen verarbeiten. Derartige Betriebs- oder Programmanweisungen sind vorzugsweise im Programmspeicher 109 gespeichert. Der Programmspeicher 109 kann ein IC-Speicherchip (IC: integrated circuit, integrierte Schaltung), der eine beliebige Form von RAM (random-access memory, Direktzugriffsspeicher) oder ROM (read-only memory, Festspeicher) enthält, eine Diskette, eine CD-ROM (compact disk read-only memory, Compact-Disk ohne Schreibmöglichkeit), ein Festplattenlaufwerk, eine DVD (digital Video disc, digitale Video-Disk), eine Flash-Speicherkarte oder ein beliebiges anderes Medium zum Speichern digitaler Informationen sein. Für eine Person mit normalen Fachkenntnissen ist zu erkennen, dass der Speicher 109, der die entsprechenden Betriebsanweisungen enthält, in die Statusmaschine oder den Logikschaltkreis integriert sein kann, wenn eine oder mehrere der Funktionen des Prozessors 101 von einer Statusmaschine oder einem Logikschaltkreis ausgeführt werden. Die von dem Prozessor 101 und dem restlichen Knoten 100 ausgeführten Operationen sind nachstehend im Einzelnen beschrieben.
Der Senderschaltkreis 103 und der Empfängerschaltkreis 105 ermöglichen dem Knoten 100 die Übermittlung von Informationspaketen an andere Knoten und den Erhalt von Informationspaketen von den anderen Knoten. Diesbezüglich umfassen der Senderschaltkreis 103 und der Empfängerschaltkreis 105 herkömmliche Schaltkreise, um digitale oder analoge Übertragungen über einen drahtlosen Kommunikationskanal zu ermöglichen. Der Senderschaltkreis 103 und der Empfängerschaltkreis 105 sind so konstruiert, dass sie sowohl über eine zellulare Luftschnittstelle (beispielsweise GSM (Global System for Mobile Communication), CDMA (Code Division Multiple Access), WCDMA (Wide-band CDMA), UMTS (Universal Mobile Telecommunication System) und dergleichen) als auch über eine Ad-Hoc-Netzwerk-Luftschnittstelle (beispielsweise BLUETOOTH, 802.11 WLAN (drahtloses lokales Netzwerk), 802.16 WiMax und dergleichen) arbeiten.
Die Implementierungen des Senderschaltkreises 103 und des Empfängerschaltkreises 105 hängen von der Implementierung des Knotens 100 ab. Der Senderschaltkreis 103 und der Empfängerschaltkreis 105 können beispielsweise als geeignetes drahtloses Modem oder als herkömmliche Sende- und Empfangskomponenten von drahtlosen Zweiwegkommunikationsvorrichtungen implementiert sein. Sind der Senderschaltkreis 103 und der Empfängerschaltkreis 105 als drahtloses Modem implementiert, kann das Modem in den Knoten 100 integriert oder in den Knoten 100 einsetzbar (beispielsweise als auf einer PCMCIA-Karte (PCMCIA: Personal Computer Memory Card International Association) implementiertes, drahtloses Hochfrequenzmodem (HF-Modem) ausgeführt) sein. Bei einer drahtlosen Kommunikationsvorrichtung sind der Senderschaltkreis 103 und der Empfängerschaltkreis 105 vorzugsweise als Teil der Hardware- und Software-Architektur der drahtlosen Vorrichtung gemäß bekannten Techniken implemen tiert. Die meisten, wenn nicht sämtliche der Funktionen des Senderschaltkreises 103 und/oder des Empfängerschaltkreises 105 können in einem Prozessor, wie dem Prozessor 101, implementiert sein. Der Prozessor 101, der Senderschaltkreis 103 und der Empfängerschaltkreis 105 wurden hier jedoch künstlich abgetrennt, um ein besseres Verständnis zu erleichtern.
Der Empfängerschaltkreis 105 ist zum Empfangen von HF-Signalen mit mindestens einer Bandbreite und wahlweise mehreren Bandbreiten geeignet, wenn die Kommunikation mit der nahe gelegenen Vorrichtung in einem anderen Frequenzband als dem der Netzwerkkommunikation erfolgt. Der Empfängerschaltkreis 105 kann wahlweise einen ersten Empfänger und einen zweiten Empfänger oder einen Empfänger umfassen, der zum Empfangen mit zwei oder mehr Bandbreiten geeignet ist. Der Sender/Empfänger 102 umfasst mindestens einen Satz Senderschaltkreise 103. Der mindestens eine Sender 103 kann zum Senden an mehrere Vorrichtungen auf mehreren Frequenzbändern geeignet sein. Wie bei dem Empfänger 105 können wahlweise zwei Sender 103 verwendet werden, wobei ein Sender dem Senden an einen nahegelegenen Knoten oder zur Herstellung einer direkten Verbindung zu WLANs und der andere Sender dem Senden an eine zellulare Basisstation dient.
Die Antenne 106 umfasst eine beliebige bekannte oder entwickelte Struktur zum Abstrahlen und Empfangen elektromagnetischer Energie in dem Frequenzbereich, der die drahtlosen Trägerfrequenzen enthält.
Der Pufferspeicher 111 kann eine beliebige Form von flüchtigem Speicher, wie ein RAM, sein und wird zum vorübergehenden Speichern empfangener Informationspakete ge mäß der vorliegenden Erfindung verwendet.
Wenn der Knoten 100 so konstruiert ist, dass er Videoinformationen von einer Videoquelle empfängt, umfasst der Knoten 100 vorzugsweise ferner einen Videodecoder, der zur Decodierung des aktuellen MPEG-Standards (MPEG: Moving Picture Experts Group) oder eines anderen Videodecodierungsstandards geeignet ist. Ist der Knoten 100 ferner zum Senden von Videoinformationen geeignet, umfasst der Knoten 100 ferner vorzugsweise einen Videocodierer, der zur Codierung der Videodaten in mindestens einem der vorstehend genannten Videostandards geeignet ist. Ein derartiger Videocodierer und -decoder ist vorzugsweise als Teil des Prozessors 101 implementiert.
Wenn der Knoten 100 in das Ad-Hoc-Netzwerk gelangt, beginnt er, einen zugewiesenen Kanal zu empfangen, der von anderen Knoten gesendet wird, die sich in der Nähe des neuen Knotens befinden.
Über die Antenne 106 kann der Empfänger 105 einen zugewiesenen Kanal empfangen, der Informationen bezüglich der von anderen Knoten verwendeten unter mehreren Zeitfenstern umfasst. Der Prozessor 101 kann ein bestimmtes unter den Zeitfenstern in dem zugewiesenen Kanal auswählen, das er (auf der Grundlage der Informationen, die der Knoten 100 von seinen Nachbarknoten empfängt) für nicht benutzt hält. Der Sender 103 kann dann über einen Konkurrenzkanal eine Zuordnungsankündigungsnachricht senden. Die Zuordnungsankündigungsnachricht informiert benachbarte Knoten, dass der Knoten 100 die Zuordnung des bestimmten Zeitfensters zu dem Knoten 100 anfordert. Der Empfänger 105 kann dann über den Konkurrenzkanal Antworten von benachbarten Knoten empfangen, und der Prozessor 101 kann auf der Grundlage der Ant worten bestimmen, ob das bestimmte Zeitfenster von einem der vorhandenen Knoten in der Nachbarschaft verwendet wird, der an einem Knoten in dem Ad-Hoc-Netzwerk eine Störung verursachen kann. Empfängt der neue Knoten nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne nach dem Senden der Zuordnungsankündigungsnachricht eine Ablehnungsnachricht, kann der Sender 103 in dem bestimmten Zeitfenster eine Kontaktnachricht senden. Die Kontaktnachricht informiert andere Knoten in dem Ad-Hoc-Kommunikationsnetzwerk, dass das bestimmte Zeitfenster gegenwärtig von dem Knoten 100 verwendet wird.
Beispielhaftes mit mehreren Sprüngen arbeitendes Ad-Hoc-Netzwerk
2 ist ein Blockdiagramm eines beispielhaften Ad-Hoc-Kommunikationsnetzwerks 200 zu einem ersten Zeitpunkt, zu dem das Ad-Hoc-Kommunikationsnetzwerk 200 eine Anzahl vorhandener Knoten 220A–L umfasst.
Die Knoten 220A–220L unterstützen typischerweise einen simultanen Betrieb sowohl in einem infrastrukturlosen Modus als auch in einem Infrastrukturmodus und können sich nahtlos zwischen infrastrukturbasierten Netzwerken (die beispielsweise einen Zugangspunkt AP 230 aufweisen) und Client-basierten Peer-to-Peer-Netzwerken bewegen, die über keine Infrastruktur verfügen.
Das mit mehreren Sprüngen arbeitende Ad-Hoc-Kommunikationsnetzwerk 200 kann zwischen mehreren Knoten 220A–220L hergestellt werden, die jeweils einen drahtlosen Zwischenverstärker und eine Weiterleitungsfähigkeit sowie wahlweise einen verdrahteten Zugangspunkt (AP) 230 aufweisen. Clients können sich nahtlos zwischen infrastruktur basierten Netzwerken und Client-basierten Peer-to-Peer-Netzwerken bewegen. Für Personen mit normalen Fachkenntnissen ist ersichtlich, dass das Ad-Hoc-Netzwerk 200 gemäß 2 kein Vorhandensein einer Netzwerkinfrastruktur erfordert, obwohl das Ad-Hoc-Netzwerk 200 gemäß der Darstellung in 2 in einem Infrastrukturmodus (beispielsweise mit APs und/oder zellularen Basisstationen) arbeitet. Vielmehr unterstützten die Knoten 220A–220L typischerweise einen simultanen Betrieb sowohl in einem infrastrukturlosen Modus als auch in einem Infrastrukturmodus.
In dem mit mehreren Sprüngen arbeitenden Ad-Hoc-Netzwerk 200 können Übertragungen an und/oder von Knoten 220A–220L durch einander "springen", um andere Knoten 220A–220L im Netzwerk zu erreichen. Die Knoten 220A–220L können allgemein drahtlose Vorrichtungen sein, die Audio-, Video- und/oder Dateninformationen in Paketform empfangen können. Einige der Komponenten eines beispielhaften Knotens, wie ein beispielhafter Prozessor, ein beispielhafter Sender, ein beispielhafter Empfänger und eine beispielhafte Antenne, sind vorstehend im Zusammenhang mit 1 beschrieben. Die Knoten 220A–220L können Informationen als Datenpakete austauschen, die über Trägerfrequenzen gesendet werden, die jeweils einen oder mehrere drahtlose Kommunikationskanäle umfassen.
Im Infrastrukturmodus ist der Zugangspunkt AP 230 typischerweise mit einem (nicht dargestellten) verdrahteten Netzwerk gekoppelt und kann eine oder mehrere Quellen für Audio-, Video- und/oder Dateninformationen bereitstellen. Der Zugangspunkt AP 230 kann beispielsweise eine zellulare Basisstation oder ein anderer drahtloser Zugangspunkt sein.
Obwohl dies in 2 nicht gezeigt ist, ist für Personen mit normalen Fachkenntnissen ersichtlich, dass die Knoten 220A–220L über drahtlose Kommunikationsmedien, von denen jedes abhängig von dem in dem Netzwerk auf zellularer Basis verwendeten Mehrfachzugriffsschema einen oder mehrere drahtlose Kommunikationskanäle umfasst, auch Informationspakete mit einem (nicht dargestellten) Netzwerk auf zellularer Basis austauschen können.
Jeder Knoten 220A–220L kann seine Präsenz durch periodisches Ausstrahlen der Kontaktnachricht anzeigen. Umgekehrt kann jeder Knoten seine Nachbarschaft durch das Führen einer Liste von Knoten identifizieren, die sich in der Nähe dieses Knotens befinden. Im hier verwendeten Sinne ist ein "Nachbarknoten" ein Knoten, der einen Sprung von dem Knoten entfernt ist, so dass die Knoten miteinander kommunizieren können. Die Nachbarnliste eines bestimmten Knotens verändert sich dynamisch, wenn sich die Topologie des Netzwerks verändert.
3 ist ein Blockdiagramm des in 2 gezeigten beispielhaften Ad-Hoc-Kommunikationsnetzwerks 200, wenn ein neuer Knoten 220M hinzukommt und versucht, ein Zeitfenster in dem Ad-Hoc-Kommunikationsnetzwerk 200 zu erhalten. 4 ist ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren 400 zur Zuordnung von Zeitfenstern zu Knoten in einem mit mehreren Sprüngen arbeitenden Ad-Hoc-Netzwerk gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung zeigt. 3 wird zur Beschreibung von Techniken zur zuverlässigen Verteilung von Netzwerkverwaltungsinformationen in von Knoten in dem drahtlosen Ad-Hoc-Netzwerk 200 geteilten Zeitfenstern im Zusammenhang mit einem Verfahren 400 gemäß 4 beschrieben. In einen mit mehreren Sprüngen arbeitenden Ad-Hoc-Netzwerk hat jeder Knoten zu jedem bestimmten Zeitpunkt seine eigene, einmalige Nachbarschaft, die durch eine von jedem Knoten in dem Netzwerk geführte Liste von benachbarten Knoten (beispielsweise einer "Nachbarnliste") definiert ist. Die Bedingungen für einen bestimmten Knoten, der in eine bestimmte Nachbarschaft aufgenommen werden soll, hängen von Faktoren wie dem Abstand zwischen diesem bestimmten Knoten und dem Host-Knoten dieser Nachbarschaft, der Sendeleistung und dem Pfadverlust zwischen diesen beiden Knoten ab. Da die Knoten von mit mehreren Sprüngen arbeitenden Ad-Hoc-Netzwerken mobil sind, verändert sich die Nachbarschaft jedes Knotens kontinuierlich. Das in 3 dargestellte drahtlose mit mehreren Sprüngen arbeitende Ad-Hoc-Netzwerk hat die der Anzahl der Knoten entsprechende Anzahl an Nachbarschaften.
Wenn der neue Knoten 220M in das Netzwerk 200 gelangt, umfasst Netzwerk 200 eine Anzahl vorhandener Knoten 220A–220L, die Teil des Netzwerks 200 sind. Jedem dieser vorhandenen Knoten 220A–220L ist zum periodischen Ausstrahlen einer Kontaktnachricht, die aus der Perspektive jedes der vorhandenen Knoten 220A–220L betrachtete Netzwerkverwaltungsinformationen umfassen, ein Zeitfenster in einem zugewiesenen Kanal zugeordnet. Die Netzwerkverwaltungsinformationen können beispielsweise Netzwerkaktivitätsinformationen aus der Perspektive der vorhandenen Knoten, Informationen, die die verwendeten Zeitfenster identifizieren, und Störungsinformationen umfassen, die die Zeitfenster identifizieren, die von Störungen betroffen sind. Unter den vorhandenen Knoten 220A–L sind die Knoten 220G, I, J Nachbarknoten des neuen Knotens 220M, wenn er in das Ad-Hoc-Netzwerk 200 eintritt.
Jeder der Knoten 220A–M im Netzwerk wird mit einem gemeinsamen Taktgeber synchronisiert. Durch die Synchronisation der Taktgeber, die die Sendezeit und die eindeutige Zuordnung von Zeitfenstern steuern, kann das Senden von Signalen von mehr als einem Knoten in jeder bestimmten Nachbarschaft zu jedem bestimmten Zeitpunkt verhindert werden. Die Knoten können über eine verteilte Synchronisationstechnik mit dem Taktgeber synchronisiert werden, wie beispielsweise in der am 29. Juni 2005 eingereichten und an den Übertragungsempfänger der vorliegenden Erfindung übertragenen US-Patentanmeldung mit der Folgenummer 11/169815 und dem Titel "Method and System For Implementing The Time Division Multiple Access Method To Ad-Hoc Multihopping Wireless Networks "beschrieben, die durch Bezugnahme in ihrer Gesamtheit hierin aufgenommen ist.
4 ist ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren 400 zur Zuordnung von Zeitfenstern zu Knoten in einem mit mehreren Sprüngen arbeitenden Ad-Hoc-Netzwerk gemäß einigen Ausführungsformen der Erfindung zeigt.
Wenn ein neuer Knoten 220M in das Ad-Hoc-Netzwerk 200 eintritt, beginnt er in einem Schritt 410, den zugewiesenen Kanal von jedem seiner Nachbarknoten 220G, I, J und bei einigen Ausführungsformen weiteren vorhandenen Knoten zu empfangen, die sich innerhalb der Kommunikationsreichweite des neuen Knotens 220M befinden. Der zugewiesene Kanal umfasst Netzwerkverwaltungsinformationen (NMI) von mindestens einem der vorhandenen Knoten 220A–220L. Die von jedem der Nachbarknoten 220G, I, J empfangenen Netzwerkverwaltungsinformationen umfassen die Zeitfenster in dem zugewiesenen Kanal, die von den Nachbarknoten 220G, I, J als entweder von diesem Nachbarknoten 220G, I, J oder anderen vorhandenen Knoten in der Nachbarschaft der Nachbarknoten 220G, I, J "verwendet" wahrgenommen werden, betreffende Informationen. Befinden sich beispielsweise die Knoten 220H und 220K in der Nachbarnliste des Nachbarknotens 220J, umfasst der Nachbarknoten 220J die Zeitfenster in dem zugewiesenen Kanal, die entweder von dem Knoten 220J oder weiteren vorhandenen Knoten 220H, K in der Nachbarschaft des Nachbarknotens 220J "verwendet werden", betreffende Informationen. Vorhandene Knoten 220H, K können in dem Umfang, in dem die Knoten 220D, E, F, L Nachbarknoten entweder des Knotens 220H oder 220K sind, über Informationen verfügen, die Zeitfenster in dem zugewiesenen Kanal betreffen, die von vorhandenen Knoten D, E, F, L verwendet werden.
Obwohl die vorstehend beschriebenen Techniken den Prozess bei der Annäherung eines neuen Knotens und seinem Eintritt in das Netzwerk beschreiben, können die gleichen Techniken verwendet werden, wann immer sich die Nachbarnliste eines Knotens so verändert, dass der Knoten Nachbarknoten hinzugewinnt oder verliert, oder wenn sich ein Knoten zwischen festen oder mobilen Nachbarknoten bewegt. Wenn der Knoten beispielsweise einen neuen Nachbarknoten hinzugewinnt (oder einen Nachbarknoten hinzugewonnen hat), kann der Knoten neue, die Verfügbarkeit von Zeitfenstern betreffende Beschränkungen auferlegen, da von Nachbarn der hinzugewonnenen Nachbarknoten unterschiedliche Zeitfenster verwendet werden können. Die hinzugewonnenen Nachbarknoten als solche können mögliche Konflikte bei der Zuweisung von Zeitfenstern identifizieren und dem Knoten derartige Konflikte anzeigen, damit sie korrigiert werden können. Wenn der Knoten einen Nachbarknoten verliert, gewinnt der Knoten zusätzliche Zeitfenster hinzu (verliert beispielsweise einige der Beschränkungen hinsichtlich der Verfügbarkeit von dem verlorenen Nachbarknoten zugewiesenen Zeitfenstern) und verfügt daher über mehr verfügbare Zeitfenster, aus denen er auswählen kann, um Informationen auf zuverlässige Weise auszustrahlen.
5 zeigt eine beispielhafte Rahmenstruktur mit mehreren Ebenen des zugewiesenen Kanals gemäß einer beispielhaften Implementierung. Bei diesem Beispiel umfasst der zugewiesene Kanal mehrere Superrahmen (0 – J). Jeder Superrahmen (0 – J) umfasst mehrere Zeitrahmen (0 – K). Jeder Zeitrahmen (0 – K) umfasst mehrere Zeitfenster (0 – N). Jedem der vorhandenen Knoten 220A–220L wurde eines der Zeitfenster 530 in dem zugewiesenen Kanal zugeordnet. Jedes der zugeordneten Zeitfenster in dem zugewiesenen Kanal kann zum periodischen Ausstrahlen einer Kontaktnachricht verwendet werden, die aus der Perspektive jedes der vorhandenen Knoten 220A–220L betrachtete Netzwerkverwaltungsinformationen umfasst. Bei einer möglichen Implementierung dieser Rahmenstruktur mit mehreren Ebenen kann jeder Superrahmen eine Länge von fünfhundert (500) Millisekunden (ms) aufweisen und in fünfzig (50) Zeitrahmen unterteilt sein, deren Dauer jeweils zehn (10) ms beträgt. Jeder der fünfzig (50) Zeitrahmen kann weiterhin in fünfunddreißig (35) Zeitfenster unterteilt sein.
Die Rahmenstruktur mit mehreren Ebenen des zugewiesenen Kanals kann TDMA- und CSMA-Protokolle unterstützen. Bei einer Implementierung kann ein Zeitfenster 530A in jedem Zeitrahmen als Zeitfenster für den zugewiesenen Kanal verwendet werden, und die anderen Zeitfenster in jedem Zeitrahmen können dem Konkurrenzkanal zugeordnet werden.
Dagegen werden bei einer anderen Implementierung zwei Zeitfenster 530A, B in jedem Rahmen als Zeitfenster für den zugewiesenen Kanal verwendet, und sämtliche anderen Zeitfenster in jedem Rahmen sind dem Konkurrenzkanal zugeordnet. Bei einer Ausführungsform kann der nicht einem zuverlässigen Informationenverteilungskanal (RID-Kanal) zugeordnete Teil der Zeitrahmen für einen von einem konkurrierenden System (beispielsweise einem CSMA-System) akzeptierten Betrieb offen gelassen oder in Zeitfenster unterteilt werden, wobei einige Zeitfenster für TDMA-Operationen verwendet werden, während andere für konkurrierende Operationen verwendet werden.
In einem Schritt 420 überwacht der neue Knoten 220M den zugewiesenen Kanal auf Zeitfenster, die der neue Knoten 220M als von den anderen Knoten in dem Ad-Hoc-Netzwerk 200 nicht verwendet wahrnimmt.
Bei einer Implementierung wartet der neue Knoten 220M beispielsweise in einem Schritt 422, bis eine Zeitspanne verstrichen ist. Diese Zeitspanne kann einer Zeitspanne bis zur Erfassung einer vorgegebenen Anzahl an Superrahmen entsprechen. Bei dieser Implementierung, die in 4 durch gestrichelte Linien markiert ist, bestimmt ein neuer Knoten 220M in einem Schritt 422, ob eine Zeitspanne verstrichen ist. Ist dies nicht der Fall, kehrt der Prozess zum Schritt 410 zurück, in dem der neue Knoten den zugewiesenen Kanal weiter empfängt. Alternativ wird der Prozess, wenn der neue Knoten feststellt, dass die Zeitspanne verstrichen ist (dass beispielsweise eine bestimmte Anzahl an Superrahmen erfasst wurde), mit einem Schritt 424 fortgesetzt, in dem der neue Knoten 220M feststellt, welches der Zeitfenster er als von den anderen vorhandenen Knoten in dem Netzwerk 200 nicht verwendet wahrnimmt. Der neue Knoten 220M bestimmt auf der Grundlage der über den zugewiesenen Kanal von den vorhandenen Knoten 220A–220L empfangenen Netzwerkverwaltungsinformationen, welche Zeitfenster in dem zugewiesenen Kanal er als nicht verwendet wahrnimmt.
Bei einigen der Implementierungen geht der neue Knoten 220M davon aus, dass bestimmte Zeitfenster in dem zugewiesenen Kanal nicht verwendet werden, wenn die (über den zugewiesenen Kanal) von seinen direkten Nachbarknoten empfangenen Netzwerkverwaltungsinformationen anzeigen, dass ein bestimmtes Zeitfenster (bestimmte Zeitfenster) nicht von einem Nachbarn des direkten Nachbarknotens verwendet wird (werden). Anders ausgedrückt kann ein bestimmtes Zeitfenster von dem neuen Knoten und von einem vorhandenen Knoten verwendet werden, der mehr als zwei Sprünge von dem neuen Knoten entfernt ist, ein bestimmtes Zeitfenster kann jedoch nicht von dem neuen Knoten und einem vorhandenen Knoten verwendet werden, der zwei (oder weniger) Sprünge von dem neuen Knoten entfernt ist, da dies zu einer Störung führt. Bei anderen Implementierungen kann der neue Knoten 220M versuchen, einer Kontaktnachricht in dem bestimmten Zeitfenster an dem neuen Knoten entsprechende Energie zu erfassen oder zu decodieren, und wenn keine Kontaktnachricht decodiert werden kann, kann der neue Knoten 220M das bestimmte Zeitfenster als nicht verwendet bestimmen.
In einem Schritt 430 wählt der neue Knoten 220M ein bestimmtes der Zeitfenster in dem zugewiesenen Kanal aus, das er als nicht verwendet wahrnimmt.
In einem Schritt 440 sendet der neue Knoten 220M über einen Konkurrenzkanal eine Anforderung (beispielsweise ein Zuordnungsankündigungsnachricht) an zumindest einige der vorhandenen Knoten. Die Anforderung informiert die Nachbarknoten 220G, I, J in Bezug auf den neuen Knoten 220M, dass der neue Knoten 220M die Zuordnung des bestimmten Zeitfensters zu dem neuen Knoten 220M anfordert.
In einem Schritt 450 überwacht jeder der vorhandenen Knoten 220A–220L, der sich innerhalb der Reichweite des neuen Knotens 220M befindet, den Konkurrenzkanal und empfängt die Zuordnungsankündigungsnachricht. Beim Empfang der Zuordnungsankündigungsnachricht bestimmt jeder der Nachbarknoten 220G, I, J des neuen Knotens 220M, ob das bestimmte, ausgewählte Zeitfenster verfügbar (beispielsweise nicht verwendet) ist oder von ihm selbst oder einem direkten Nachbarknoten verwendet wird, und sendet eine Antwort, die angibt, ob das bestimmte, ausgewählte Zeitfenster verfügbar ist (beispielsweise nicht verwendet wird) oder von einem vorhandenen Knoten verwendet wird.
Bei einer Implementierung umfasst die von den Nachbarknoten 220G, I, J über den Konkurrenzkanal gesendete Antwort beispielsweise eine Ablehnungsnachricht, wenn ein beliebiger der Nachbarknoten 220G, I, J feststellt, dass das bestimmte Zeitfenster von einem weiteren vorhandenen Knoten verwendet wird. Die Ablehnungsnachricht kann gesendet werden, wenn einer der Nachbarknoten 220G, I, J feststellt, dass das bestimmte Zeitfenster von einem der Nachbarknoten (beispielsweise einem anderen Nachbarknoten C, D, H, K) verwendet wird. Bei einer weitern Implementierung umfasst jede Antwort Informationen darüber, welche der Zeitfenster von beliebigen der vorhandenen Knoten 220A–220L verwendet werden. So umfasst beispielsweise jede Antwort Nachbarknoten 220G, I, J und Nachbarknoten dieser Nachbarknoten 220G, I, J betreffende Netzwerkverwaltungs informationen. Die Antworten umfassen Informationen, die anzeigen, ob das bestimmte, ausgewählte Zeitfenster von einem der vorhandenen Knoten 220A–220L verwendet wird.
Bei einer weiteren Implementierung, die in 4 nicht dargestellt ist, kann jeder der Nachbarknoten 220G, I, J Störungsinformationen in eine periodisch gesendete Kontaktnachricht aufnehmen. Die Störungsinformationen umfassen eine Anzeige, dass das bestimmte Zeitfenster durch eine Störung betroffen sind (so dass Störungen verursachende Nachbarn Kenntnis erhalten können, um den Prozess des Erhalts eines neuen Kontaktfensters neu einzuleiten). So kann beispielsweise der Knoten 220I versuchen, in einem bestimmten Zeitfenster entsprechende Energie zu erfassen und zu decodieren, und wenn die Informationen nicht decodiert werden können, kann der Knoten 220I das bestimmte Zeitfenster als von einer Störung betroffen ausweisen. Der Knoten 220I kann dann Störungsinformationen in eine periodisch gesendete Kontaktnachricht einfügen, die angeben, dass das bestimmte Zeitfenster von einer Störung betroffen ist. Wenn beispielsweise die Knoten 220D, M "eine Störung verursachen" (beispielsweise, weil die Knoten 220D, M dem gleichen Zeitfenster zugeordnet sind), erkennen die Knoten 220D, M, dass dieses bestimmte Zeitfenster nicht beide Knoten unterstützen kann. Wenn die Knoten 220D, M die Störungsinformationen erhalten (die anzeigen, dass das ihnen zugeordnete Zeitfenster vom Knoten 220I als Störung wahrgenommen wird), kann dann zumindest einer der eine Störung verursachenden Knoten 220D, M (oder die beiden Knoten 220D, M) zum Schritt 410 zurückkehren und den Prozess des Erhalts eines neuen Zeitfensters erneut einleiten (so können beispielsweise der Knoten 220M und/oder der Knoten 220D ein anderes bestimmtes Zeitfenster auswählen, das der neue Knoten 220M und/oder der Knoten 220D als nicht verwendet wahrnimmt).
In einem Schritt 460 empfängt der neue Knoten 220M über den Konkurrenzkanal Antworten von anderen Knoten, und in einem Schritt 470 stellt der neue Knoten 220M auf der Grundlage der Antworten fest, ob das bestimmte, ausgewählte Zeitfenster von einem beliebigen der vorhandenen Knoten 220A–220L innerhalb einer Nachbarschaft von zwei Sprüngen verwendet wird.
Wenn der neue Knoten 220M in einem Schritt 470 auf der Grundlage der Antworten feststellt, das das bestimmte, ausgewählte Zeitfenster von einem der vorhandenen Knoten 220A–220L innerhalb einer Nachbarschaft von zwei Sprüngen verwendet wird (wenn der neue Knoten 220M beispielsweise eine Ablehnungsnachricht von einem der Nachbarknoten 220G, I, J empfängt), springt der Prozess in einer Schleife zurück zum Schritt 424, in dem der neue Knoten 220M ein anderes, bestimmtes Zeitfenster bestimmt, das der neue Knoten 220M als nicht verwendetes Zeitfenster wahrnimmt.
Wenn der neue Knoten 220M in einem Schritt 470 auf der Grundlage der Antworten feststellt, dass das bestimmte Zeitfenster nicht von einem der Knoten innerhalb von zwei Sprüngen verwendet wird (oder "ungenutzt" ist), sendet der neue Knoten 220M in einem Schritt 480 eine Kontaktnachricht an das bestimmte Zeitfenster. Die von dem neuen Knoten 220M gesendete Kontaktnachricht umfasst Netzwerkverwaltungsinformationen, die anzeigen dass das bestimmte Zeitfenster dem neuen Knoten 220M zugeordnet ist und in von ihm verwendet wird. Der neue Knoten 220M kann die Kontaktnachricht beispielsweise senden, wenn er Antwortnachrichten von seinen Nachbarknoten empfängt, die angeben, dass bestimmte Zeitfenster nicht von einem der anderen der vorhandenen Knoten verwendet wird. Alternativ kann der neue Knoten 220M die Kontaktnachricht beispielsweise senden, wenn er innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne nach dem Senden der Zuordnungsankündigungsnachricht keine Ablehnungsnachricht empfängt.
In einem Schritt 490 bestimmt der neue Knoten 220M, ob er das ausgewählte (ihm zugeordnete) Zeitfenster noch benötigt. Wenn der neue Knoten 220M das bestimmte Zeitfenster nicht mehr benötigt, kann er in einem Schritt 495 über den Konkurrenzkanal eine Freigabenachricht senden, um das bestimmte Zeitfenster freizugeben. Vorhandene Knoten 220A–220L, die die Freigabenachricht empfangen, markieren das bestimmte Zeitfenster als nicht verwendet. Das bestimmte Zeitfenster ist dann zur Verwendung durch andere Knoten in der Nachbarschaft verfügbar, die eine Reservierung und Verwendung dieses bestimmten Zeitfensters anstreben. Wenn der neue Knoten 220M das ausgewählte Zeitfenster nach wie vor verwenden will, springt der Prozess in einer Schleife zurück zum Schritt 480, in dem der Knoten 220M fortfährt, in dem ausgewählten Zeitfenster eine Kontaktnachricht zu senden, die anzeigt, dass es nach wie vor dem neuen Knoten 220M zugeordnet ist.
6 ist ein Ablaufdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren 600 zur Verarbeitung der empfangenen Anforderungen einer Zuordnung von Zeitfenstern gemäß einer beispielhaften Implementierung zeigt. Diese Techniken können beispielsweise von Netzwerkknoten verwendet werden, die eine Anforderung einer Zuweisung eines Zeitfensters von ei nem neuen Knoten empfangen haben. Die gleichen Operationen würden typischerweise von jedem der die Anforderung erhaltenden Knoten ausgeführt.
In einem Schritt 660 empfängt ein Knoten innerhalb des Kommunikationsbereichs des neuen Knoten 220M eine Anforderungsnachricht von dem neuen Knoten 220M. Die Anforderungsnachricht informiert die Nachbarknoten des neuen Knoten 220M, dass der neue Knoten 220M die Zuordnung des bestimmten Zeitfensters zu dem neuen Knoten 220M anfordert.
In einem Schritt 670 überprüft der empfangende Knoten seine Netzwerkverwaltungsinformationen, um festzustellen, ob das angeforderte Zeitfenster (beispielsweise das von dem neuen Knoten 220M angeforderte Zeitfenster) von einem seiner Nachbarknoten verwendet wird. Obwohl jeder Knoten periodisch die Verfügbarkeit von Zeitfenstern betreffende Informationen sendet, können sich die gesendeten Informationen von den aktuell verfügbaren Informationen unterscheiden da zwischen zwei aufeinander folgenden Übertragungen Zeit verstreicht (beispielsweise möglicherweise bis zu einigen Sekunden). Anders ausgedrückt besteht nach wie vor eine geringe Wahrscheinlichkeit, dass der neue Knoten 220M ein Zeitfenster anfordern kann, das bereits verwendet wird, doch es ist möglich, dass der neue Knoten 220M noch keine Mitteilung empfangen hat, dass das angeforderte Zeitfenster gegenwärtig verwendet wird.
Wenn der empfangende Knoten bestimmt, dass das angeforderte Zeitfenster von keinem Nachbarn verwendet wird, ordnet der empfangende Knoten in einem Schritt 680 dem neuen Knoten 220M das angeforderte Zeitfenster zu und sendet in einem Schritt 682 eine Kontaktnachricht, die anzeigt, dass das angeforderte Zeitfenster von dem neuen Kno ten "verwendet" wird. Dadurch erfahren die anderen Knoten auch, dass der neue Knoten zu dem Netzwerk hinzugekommen ist.
Wenn der empfangende Knoten dagegen feststellt, dass das angeforderte Zeitfenster verwendet wird, sendet der empfangende Knoten in einem Schritt 690 eine Ablehnungsnachricht an den neuen Knoten 220M, in dem die Anforderung abgelehnt wird, und sendet in einem Schritt 692 eine aktualisierte Zuordnungsankündigungsnachricht, die die jüngsten Informationen hinsichtlich der Verfügbarkeit von Zeitfenstern in dem Kanal enthält (und auch angibt, dass das angeforderte Zeitfenster von einem bestimmten Knoten "verwendet" wird).
Wie vorstehend beschrieben, werden Techniken zur dynamischen Zuordnung von Zeitfenstern zu Knoten geschaffen, die in einem mit mehreren Sprüngen arbeitenden Ad-Hoc-Netzwerk arbeiten. Jeder Knoten in dem Ad-Hoc-Netzwerk kann von andern Knoten in seiner Nachbarschaft (beispielsweise seinen Nachbarknoten oder anderen vorhandenen Knoten) gelieferte Netzwerkverwaltungsinformationen nutzen, um ein Zeitfenster innerhalb des Ad-Hoc-Netzwerks zu erhalten.
In der vorstehenden Beschreibung wurden bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Für eine Person mit normalen Fachkenntnissen ist jedoch ersichtlich, dass verschiedene Modifikationen und Veränderungen vorgenommen werden können, ohne vom Rahmen der vorliegenden Erfindung abzuweichen, der in den nachstehenden Ansprüchen festgelegt ist. Obwohl die vorstehende Beschreibung eine Authentifizierung von Knoten in einem mit mehreren Sprüngen arbeitenden Ad-Hoc-Netzwerk beschreibt, wird beispielsweise darauf hingewiesen, dass diese Zeitfenster zuordnungstechniken beispielsweise auch auf Multicast-Gruppen angewendet werden können, bei denen eine Untergruppe von Knoten in dem Ad-Hoc-Netzwerk zu einer Multicast-Gruppe gehört und diese Knoten einander unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Zeitfensterzuordnungstechniken Zeitfenster zuweisen.
Während die 4–6 eine mögliche Anwendung dieser Techniken auf eine Situation beschreiben, in der sich ein neuer Knoten dem Netzwerk nähert und in es eintritt, ist überdies ersichtlich, dass die in den 4–6 beschriebenen Techniken auch in Situationen angewendet werden könnten, in denen ein Knoten hinsichtlich ein einer Kollision oder einer unvereinbaren Zeitfensterzuweisung auf dem zugewiesenen Kanal informiert wird. Die gleichen Techniken können beispielsweise zum Erhalt eines neuen Zeitfensters verwendet werden, wenn ein gegebener Knoten eine Anzeige empfängt, dass einem anderen Knoten das gleiche bestimmte Zeitfenster zugeordnet wurde, wie dem gegebenen Knoten.
Dementsprechend sind die Beschreibung und die Figuren sehr viel mehr in einem veranschaulichenden als in einem einschränkenden Sinne zu verstehen, und es ist beabsichtigt, dass sämtliche derartigen Modifikationen in den Rahmen der vorliegenden Erfindung fallen. Die Vorteile, Vorzüge, Problemlösungen und jedes Element (sämtliche Elemente), das (die) ein Auftreten oder stärkeres Hervortreten eines beliebigen Vorteils, eines beliebigen Vorzugs oder einer beliebigen Lösung veranlassen (veranlasst), darf (dürfen) nicht als kritische, erforderliche oder wesentliche Merkmale oder Elemente beliebiger oder sämtlicher Ansprüche ausgelegt werden. Die Erfindung ist ausschließlich durch die beiliegenden Ansprüche einschließlich beliebiger, während der Anhängigkeit der vorliegenden Patentanmeldung vorgenommener Abänderungen und sämtlicher veröffentlichter Äquivalente dieser Ansprüche definiert.
ZUSAMMENFASSUNG
Es werden Techniken zum zuverlässigen Verteilen von Netzwerkverwaltungsinformationen in einem mit mehreren Sprüngen arbeitenden, drahtlosen Ad-Hoc-Netzwerk geschaffen, das eine Anzahl vorhandener Knoten umfasst. Ein erster Knoten wählt auf der Grundlage der von den Nachbarknoten empfangenen Netzwerkverwaltungsinformationen ein bestimmtes Zeitfenster in einem zugewiesenen Kanal aus und bestimmt über einen Konkurrenzkanal, ob das bestimmte Zeitfenster von Nachbarknoten des ersten Knotens verwendet wird. Wenn festgestellt wird, dass das bestimmte Zeitfenster nicht verwendet wird, wird es dem ersten Knoten zum periodischen Senden von Netzwerkverwaltungsinformationen zugeordnet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 20040143842 [0005]
- US 11/169815 [0043]

Claims

Verfahren zur Verteilung von Netzwerkverwaltungsinformationen in einem mit mehreren Sprüngen arbeitenden drahtlosen Ad-Hoc-Netzwerk mit mehreren vorhandenen Knoten, wobei das Verfahren umfasst: das Auswählen eines bestimmten Zeitfensters in einem zugewiesenen Kanal auf der Grundlage der Netzwerkverwaltungsinformationen von den Nachbarknoten an einem ersten Knoten; das Bestimmen, ob das bestimmte Zeitfenster von einem Nachbarknoten des ersten Knoten verwendet wird, über einen Konkurrenzkanal; und das Zuordnen des bestimmten Zeitfensters zu dem ersten Knoten, wenn festgestellt wird, dass das bestimmte Zeitfenster nicht verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der zugewiesene Kanal einen zugewiesenen zuverlässigen Informationenverteilungskanal (RID-Kanal) umfasst, der mehrere Zeitfenster innerhalb eines Superrahmens umfasst, und bei dem jedem vorhandenen Knoten in der Nachbarschaft zum periodischen Ausstrahlen einer Kontaktnachricht, die Netzwerkverwal tungsinformationen aus einer Perspektive jedes der vorhandenen Knoten umfasst, eines der Zeitfenster in dem zugewiesenen RID-Kanal zugeordnet ist, wobei das Verfahren ferner umfasst: das Empfangen des zugewiesenen RID-Kanals, der Netzwerkverwaltungsinformationen von den Nachbarknoten in dem Ad-Hoc-Netzwerk umfasst, am ersten Knoten; und das Überwachen des RID-Kanals an dem ersten Knoten, bis eine vorgegebene Anzahl an Superrahmen erfasst ist.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Auswählen eines bestimmten Zeitfensters in einem zugewiesenen Kanal an einem ersten Knoten an dem ersten Knoten umfasst: das Bestimmen von Zeitfenstern in dem zugewiesenen Kanal, die von dem ersten Knoten auf der Grundlage von von den vorhandenen Knoten über den RID-Kanal empfangenen Netzwerkverwaltungsinformationen als nicht verwendet wahrgenommen werden; und das Auswählen eines bestimmten der nicht verwendeten Zeitfenster an dem ersten Knoten.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem ein oder mehrere Zeitfenster in jedem Rahmen als Zeitfenster für den RID-Kanal verwendet werden und bei dem andere Zeitfenster in jedem Rahmen dem Konkurrenzkanal zugeordnet werden.
Verfahren nach Anspruch 4, bei dem ein oder mehrere Zeitfenster in jedem Rahmen als Zeitfenster für den RID-Kanal verwendet werden und bei dem sämtliche anderen Zeitfenster in jedem Rahmen dem Konkurrenzkanal zugeordnet sind.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Bestimmen, ob das bestimmte Zeitfenster von Nachbarknoten verwendet wird, über einen Konkurrenzkanal umfasst: das Senden einer RID-Zuordnungsankündigungsnachricht von dem ersten Knoten auf dem Konkurrenzkanal, wobei die RID-Zuordnungsankündigungsnachricht die Knoten in der Nachbarschaft informiert, dass der erste Knoten das bestimmte Zeitfenster verwenden will; das Überwachen des Konkurrenzkanals auf die RID-Zuordnungsankündigungsnachricht an den vorhandenen Knoten; das Empfangen einer Antwort von mindestens einigen der vorhandenen Knoten über den Konkurrenzkanal an dem ersten Knoten; und das Bestimmen, ob das bestimmte Zeitfenster von irgendeinem Nachbarknoten des ersten Knotens verwendet wird, auf der Grundlage von Antworten von den vorhandenen Knoten, die sich innerhalb der Reichweite des ersten Knotens befinden, über den Konkurrenzkanal.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Zuordnen des bestimmten Zeitfensters zu dem ersten Knoten folgendes umfasst, wenn festgestellt wird, dass das Zeitfenster nicht verwendet wird: das Senden einer Ablehnungsnachricht von einem der vorhandenen Knoten an den ersten Knoten, wenn das bestimmte Zeitfenster von einem anderen vorhandenen Knoten verwendet wird; und das Zuordnen des bestimmten, nicht verwendeten Zeitfensters zu dem ersten Knoten, wenn nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeit eine Ablehnungsnachricht empfangen wird, und das Verfahren ferner umfasst: das Ausstrahlen einer Kontaktnachricht, die Netzwerkverwaltungsinformationen von dem ersten Knoten umfasst, in dem bestimmten, nicht verwendeten Zeitfenster, wenn innerhalb einer vorgegebenen Zeit keine Ablehnungsnachricht empfangen wird.
Verfahren nach Anspruch 7, das ferner umfasst: das Auswählen eines weiteren, bestimmten nicht verwendeten Zeitfensters an dem ersten Knoten, von dem der erste Knoten feststellt, dass es ein nicht verwendetes Zeitfenster ist, wenn der erste Knoten eine Ablehnungsnachricht von einem der vorhandenen Knoten empfängt, wobei die Ablehnungsnachricht gesendet wird, wenn der vorhandene Knoten feststellt, dass das bestimmte, nicht verwendete Zeitfenster von einem Nachbarknoten des vorhandenen Knotens verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 3, bei dem das Bestimmen von Zeitfenstern in dem zugewiesenen Kanal, die von dem ersten Knoten auf der Grundlage von von den vorhandenen Knoten über den RID-Kanal empfangenen Netzwerkverwaltungsinformationen als nicht verwendet wahrgenommen werden, umfasst: den Versuch, in dem bestimmten Zeitfenster an dem ersten Knoten einer Kontaktnachricht entsprechende Energie zu erfassen; den Versuch, die Kontaktnachricht in dem bestimmten Zeitfenster an dem ersten Knoten zu decodieren; und das Ausweisen des bestimmten Zeitfensters als durch eine Störung betroffen, wenn die Kontaktnachricht in dem bestimmten Zeitfenster nicht decodiert werden kann.
Verfahren nach Anspruch 9, das ferner umfasst: das Senden einer Kontaktnachricht, die Störungsinformationen umfasst, in dem bestimmten Zeitfenster, wenn der erste Knoten die Kontaktnachricht nicht decodieren kann, wobei die Störungsinformationen eine Angabe umfassen, dass das bestimmte Zeitfenster von einer Störung betroffen ist; und das Auswählen eines weiteren, bestimmten unter den nicht verwendeten Zeitfenstern zum periodischen Ausstrahlen der von dem ersten Knoten wahrgenommenen Netzwerkverwaltungsinformationen an dem ersten Knoten.
Verfahren nach Anspruch 1, das ferner umfasst: das Senden einer RID-Freigabenachricht von dem ersten Knoten auf dem Konkurrenzkanal, um das bestimmte Zeitfenster freizugeben, wobei vorhandene Knoten, die die RID-Freigabenachricht empfangen, das bestimmte Zeitfenster als nicht verwendet markieren.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem die Netzwerkverwaltungsinformationen in dem bestimmten (RID-)Zeitfenster gesendet werden, wobei die Netzwerkverwaltungsinformationen umfassen: Netzwerkaktivitätsinformationen aus der Perspektive des Knotens, Informationen, die die verwendeten RID-Zeitfenster identifizieren, und/oder Störungsinformationen, die die RID-Zeitfenster identifizieren, die von einer Störung betroffen sind.
Drahtloses Ad-Hoc-Netzwerk zum zuverlässigen Verteilen von Netzwerkverwaltungsinformationen in Zeitfenstern, die von mehreren Knoten geteilt werden, wobei das drahtlose Ad-Hoc-Netzwerk umfasst: mehrere vorhandene Knoten, wobei jedem vorhandenen Knoten ein Zeitfenster in einem zugewiesenen Kanal zum periodischen Ausstrahlen einer Kontaktnachricht zugeordnet ist, die aus der Perspektive jedes der vorhandenen Knoten betrachtete Netzwerkverwaltungsinformationen umfasst; und einen neuen Knoten, der nach den vorhandenen Knoten in das Ad-Hoc-Netzwerk gelangt, wobei der neue Knoten so konfiguriert ist, dass er: den zugewiesenen Kanal empfängt, der Informationen darüber umfasst, welche der Zeitfenster verwendet werden; ein bestimmtes der Zeitfenster in dem zugewiesenen Kanal auswählt, das der neue Knoten als nicht verwendet wahrnimmt; über einen Konkurrenzkanal eine Zuordnungsankündigungsnachricht an mindestens einen vorhandenen Knoten sendet, wobei die Zuordnungsankündigungsnachricht die Nachbarknoten des neuen Knotens informiert, dass der neue Knoten die Zuordnung des bestimmten Zeitfensters zu dem neuen Knoten anfordert; und über den Konkurrenzkanal Antworten von Nachbarknoten des neuen Knotens empfängt; auf der Grundlage der Antworten bestimmt, ob das bestimmte Zeitfenster von einem der vorhandenen Knoten verwendet wird; und in dem bestimmten Zeitfenster eine Kontaktnachricht sendet, wenn die eine der Antworten anzeigt, dass das bestimmte Zeitfenster nicht von einem der vorhandenen Knoten verwendet wird, oder wenn von dem neuen Knoten innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne nach dem Senden der Zuordnungsankündigungsnachricht keine Ablehnungsnachricht empfangen wird.