DE112010004607T5

DE112010004607T5 - Paket-Datenübertragungssystem, Datenübertragungsverfahren und Programm

Info

Publication number: DE112010004607T5
Application number: DE112010004607T
Authority: DE
Inventors: Yasunao Katayama; Yasushi Negishi; Atsuya Okazaki
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2010-11-05
Publication date: 2013-01-24
Anticipated expiration: 2030-11-06
Also published as: GB2488502B; US8442028B2; KR101332095B1; GB2488502A; US20110128912A1; DE112010004607B4; CA2780258A1; TW201126937A; TWI481215B; JPWO2011065202A1; CN102668638A; CN102668638B; US9066289B2; WO2011065202A1; US20130242976A1; JP5044046B2; CA2780258C; GB201211306D0; KR20120113697A

Abstract

Es werden ein System und ein Datenübertragungsverfahren bereitgestellt, die eine wirksame Paket-Datenübertragung ermöglichen, indem mehrere Pakete exklusiv in Zeit und Raum gesendet und empfangen werden. Das System enthält mehrere Knoten, die eine Funk-Datenübertragung ausführen. Jeder Knoten speichert Weglenkungsinformationen und bestimmt einen Übertragungsweg durch die Verwendung der Weglenkungsinformationen und führt eine Durchleitungsübertragung aus, indem Pakete auf dem festgelegten Übertragungsweg zu einem Übertragungszielknoten gesendet und von einem Übertragungsquellenknoten empfangen werden durch das Senden und Empfangen von Funkwellen, denen jeweils durch Steuern ihrer Phasen eine bestimmte Richtungscharakteristik verliehen wird. n und das Senden und Empfangen von Paket-Datenübertragungsdatensätzen während einer bestimmten Zeitdauer durch Ausführen der Durchleitungsübertragung ausgeführt, während die Phasen der Sende- und Empfangsfunkwellen gesteuert werden, sodass alle Knoten eine oder mehrere geschlossene Schleifen bilden. Zu einem Zeitpunkt, der von der bestimmten Zeitdauer verschieden ist, sendet und empfängt der Knoten Pakete in Übereinstimmung mit den Weglenkungsinformationen und einem Zeitrahmen, der jedem der Knoten als ein Zeitpunkt zugeordnet ist, an dem jeder Knoten ein Paket senden und empfangen darf, wobei die Weglenkungsinformationen in jedem der Knoten gehalten werden und auf der Grundlage der Paket-Datenübertragungsdatensätze, deren Informationen nach der zeitlichen Synchronisation von den Knoten gemeinsam genutzt werden, aktualisiert werden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Paket-Datenübertragungssystem, das eine Strahlformung verwendet und das Senden und Empfangen von mehreren Paketen exklusiv in Raum und Zeit ermöglicht, und sie bezieht sich auf ein Datenübertragungsverfahren für das Paket-Datenübertragungssystem sowie auf ein Programm, das von dem Paket-Datenübertragungssystem zum Ausführen des Verfahrens gelesen werden kann.
Technischer Hintergrund
In den letzten Jahren hat die Verwendung der Strahlformung bei Funk-Datenübertragungssystemen, die Funkwellen verwenden, nach und nach zugenommen. Strahlformung ist eine Technik zum Vermindern von Funkwellenstörungen zwischen Basisstationen und Endgeräten, sodass die Funkwelle über eine größere Strecke übertragen werden kann (siehe z. B. Patent-Literaturangabe 1). Die Verwendung dieser Technik ermöglicht eine Ausbreitung von Energie einer elektromagnetischen Welle mit einer bestimmten Richtungscharakteristik, sodass die Übertragungsstrecke, die Wirksamkeit der Raumausnutzung, der Wirkungsgrad und dergleichen verbessert werden können.
Eine Strahlformung wird durch Kombinieren von zwei Techniken erreicht, die als Nullsteuerung und Strahllenkung bezeichnet werden. Die Nullsteuerung ist eine Technik zum Verhindern, dass eine Basisstation eine Funkwelle in eine Richtung sendet und aus dieser empfängt, in der eine andere Basisstation vorhanden ist, wobei sich die Basisstationen gegenseitig stören können. Die Strahllenkung ist eine Technik, um eine Funkwelle einer Basisstation in einer speziellen Richtung intensiv auszusenden.
Bei der Nullsteuerung wird eine Antenne verwendet, die mehrere Antennenelementen enthält, die in einer bestimmten Ordnung angeordnet sind, um einer Funkwelle eine bestimmte Richtungscharakteristik zu verleihen, sodass Funkwellen gesendet und empfangen werden können, ohne sich mit jenen zu stören, die von anderen Basisstationen oder Endgeräten ausgesendet werden. Dagegen kann bei der Strahllenkung eine Funkwelle intensiv ausgesendet werden, indem Phase und Leistung aller Signale, die von den mehreren Antennenelementen gesendet werden, variiert werden.
In einem System, bei dem eine Datenübertragung unter Verwendung der Strahlformung erfolgt, besteht jedoch ein Problem dahingehend, wie eine wirksame Synchronisation und ein Rundsenden zwischen den einzelnen Sender/Empfängern auszuführen sind.
Da Daten durch Synchronisieren eines Datensignals und eines lokalen Taktsignals ausgetauscht werden, müssen Sender/Empfänger, die zum Austauschen von Daten dienen, bei der gleichen Taktfrequenz arbeiten. Wenn ein Paket über mehrere Sender/Empfänger zu einer Zieladresse gesendet wird, müssen alle Sender/Empfänger bei der gleichen Taktfrequenz arbeiten. Um zu bewirken, dass alle Sender/Empfänger mit dem gleichen Takt arbeiten, werden Synchronisationssignale an die Sender/Empfänger gesendet, sodass jeder der Sender/Empfänger das Synchronisationssignal verwenden kann, um sich zum Lesen von Daten mit dem lokalen Taktsignal zu synchronisieren. Synchronisationssignale können im Allgemeinen durch Rundsenden wirksam übertragen werden. Bei einer Datenübertragung unter Verwendung von Strahlformung können jedoch Synchronisationssignale nicht wirksam gesendet werden, da den Funkwellen eine bestimmte Richtungscharakteristik verliehen wird und sie lediglich zu speziellen Sender/Empfängern übertragen werden.
Darüber hinaus sendet jeder Sender/Empfänger ein Rundsendesignal an eine nicht festgelegte Anzahl von Sender/Empfängern, erfasst Adresseninformationen, Weglenkungsinformationen, Kanalinformationen und dergleichen von zum Datenaustausch fähigen Sender/Empfängern, indem Antworten von den Sender/Empfängern empfangen werden, und speichert die erfassten Informationen. Die Adresseninformationen enthalten eine MAC-Adresse oder eine IP-Adresse, die Weglenkungsinformationen enthalten eine Weglenkungstabelle, die optimale Routen zu verschiedenen Zielen aufzeichnet, und die Kanalinformationen enthalten ein Frequenzband. Jeder Sender/Empfänger ist in der Lage, das Rundsendesignal periodisch zu senden, um Informationen zu erfassen, die der Sender/Empfänger nicht speichert, und um die neuen Informationen zum Aktualisieren von gespeicherten Informationen zu verwenden. Bei der Datenübertragung unter Verwendung der Strahlformung können jedoch Rundsendesignale nicht in ähnlicher Weise wie in dem oben genannten Fall wirksam gesendet werden.
Vor diesem Hintergrund gibt es ein Verfahren, bei dem eine Master-Steuereinheit verwendet wird, um alle Datenübertragungen mit allen Einheiten zeitlich zu planen und Synchronisationssignale und Rundsendesignale an einzelne Einheiten zu verteilen (siehe z. B. Patent-Literaturangabe 2). Wenn jedoch bei diesem Verfahren die Anzahl von Einheiten größer wird, vergrößert sich der Aufwand proportional mit der Anzahl der Einheiten. Darüber hinaus muss jede Einheit mit der Master-Steuereinheit kommunizieren, und somit ist die Anordnung von Einheiten eingeschränkt.
Es gibt des Weiteren ein Verfahren zum Anhalten der Strahlformung während Synchronisation und Rundsenden. Bei diesem Verfahren können die Synchronisation und das Rundsenden wirksam ausgeführt werden, da Funkwellen keine Richtungscharakteristik aufweisen. Die Übertragungsstrecke eines Signals ist jedoch bei diesem Verfahren verkürzt oder die Datenrate muss gesenkt werden, um die gleiche Übertragungsstrecke wie in dem Fall der Verwendung der Strahlformungstechnik einzuhalten.
Zitatenliste
Patent-Literaturangabe

[Patent-Literaturangabe 1] Veröffentlichte japanische Übersetzung der internationalen PCT-Anmeldung Nr. 2004-516771
[Patent-Literaturangabe 2] Veröffentlichte japanische Patentanmeldung Nr. 2008-61256

Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Es ist eine Aufgabe, ein System und ein Verfahren bereitzustellen, die eine wirksame Synchronisation und ein Rundsenden ohne Verwendung einer Master-Steuereinheit in einem System ermöglichen, bei dem eine Datenübertragung unter Verwendung der Strahlformung erfolgt, und die außerdem ein wirksames Senden und Empfangen mehrerer Pakete exklusiv in Raum und Zeit ermöglichen.
Lösung des Problems
Im Hinblick auf die oben genannte Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung ein System bereit, das folgendermaßen eingerichtet ist. Im Einzelnen steuern jeweils als ein Sender/Empfänger dienender Knoten Phasen, die die Richtungen festlegen, in die Funkwellen gesendet werden sollen, sodass in Übereinstimmung mit einer im Voraus festgelegten Weglenkung eine geschlossene Schleife gebildet wird. Außerdem führt jeder Knoten eine Durchleitungsübertragung aus, bei der ein Paket zu einem Übertragungsziel gesendet wird, das in der Weglenkung bestimmt wird, bevor der Empfang des Pakets abgeschlossen ist. Dadurch werden eine zeitliche Synchronisation und das Senden und Empfangen von Paket-Datenübertragungsdatensätzen in einer festgelegten Zeitperiode ausgeführt. Zu einem Zeitpunkt, der von der festgelegten Zeitperiode verschieden ist, werden Weglenkungsinformationen in Übereinstimmung mit den Informationen der Paket-Datenübertragungsdatensätze aktualisiert, die nach der zeitlichen Synchronisation von den Knoten gemeinsam genutzt werden, und jedem der Knoten wird ein Zeitrahmen als ein Zeitpunkt zugewiesen, an dem jeder Knoten ein Paket senden und empfangen darf. Anschließend wird ein Übertragungsweg des Übertragungspakets auf der Grundlage des zugewiesenen Zeitrahmens (Schlitzes) und der aktualisierten Weglenkungsinformationen bestimmt, und das Übertragungspaket wird über die Knoten auf dem Übertragungsweg zu den im Voraus festgelegten Zeiten sequenziell übertragen.
Somit können durch das Bilden einer geschlossenen Schleife und das Ausführen einer Durchleitungsübertragung alle Knoten eine zeitliche Synchronisation wirksam ausführen und Paket-Datenübertragungsdatensätze wirksam erfassen.
Jeder der Knoten enthält eine Antenne, die aus mehreren Antennenelementen gebildet ist, die in einer bestimmten Ordnung angeordnet sind, Phasensteuermittel zum Steuern von Phasen der Sende- und Empfangsfunkwellen von jedem der Antennenelemente und Sende- und Empfangsmittel zum Senden und Empfangen des Pakets über die Sende- und Empfangsfunkwellen, wobei die Phasensteuermittel eine Zieladresse, die in dem Paket enthalten ist, in eine Phasendifferenz einer Funkwelle umsetzen, die auf jedes der Antennenelemente, die in dem Übertragungszielknoten enthalten sind, anzuwenden ist. Das ermöglicht, dass die Funkwelle zu einem bestimmten Knoten gesendet werden kann.
Darüber hinaus setzen die Phasensteuermittel die Zieladresse in eine Phasendifferenz um, die auf jedes der Antennenelemente, die in dem Übertragungszielknoten enthalten sind, nach dem Lesen der Zieladresse, die in dem Paket enthalten ist, und bevor der Empfang des Pakets abgeschlossen ist, anzuwenden ist.
Obwohl die zeitliche Synchronisation und das Senden und Empfangen von Paket-Datenübertragungsdatensätzen in im Voraus festgelegten regelmäßigen Intervallen ausgeführt werden können, kann es dann, wenn wenigstens ein Knoten beschäftigt ist, schwierig sein, die zeitliche Synchronisation und die Verarbeitung für Senden und Empfangen auszuführen. Daher können die Operationen auch in unregelmäßigen Intervallen ausgeführt werden.
Die zeitliche Synchronisation und das Senden und Empfangen von Paket-Datenübertragungsdatensätzen können ausgelöst werden, indem eine Auslösungsanforderung, die von einem der mehreren Knoten hergestellt wird, an andere Knoten sequenziell übertragen wird.
Die Paket-Datenübertragungsdatensätze enthalten jeweils eine Übertragungsrate und eine Datenübertragungsmenge zwischen den Knoten. Außerdem speichert jeder der Knoten ferner Adresseninformationen von zum Datenaustausch fähigen Knoten und Kanalinformationen, die für eine Datenübertragung verwendet werden.
Das Paket-Datenübertragungssystem kann aus mehreren leitungsgestützten Knoten bestehend eingerichtet sein, die untereinander über ein Kabel verbunden sind, zusätzlich zu den oben genannten mehreren drahtlosen Knoten, die die Funk-Übertragung ausführen. In diesem Fall werden die Adresseninformationen, die Weglenkungsinformationen und die Kanalinformationen zusammengefasst verwaltet, wodurch das System als Ganzes optimiert werden kann.
Zusätzlich zu dem oben genannten Paket-Datenübertragungssystem stellt die vorliegende Erfindung ein Datenübertragungsverfahren in dem System bereit. Das Verfahren enthält die folgenden Schritte: Ausführen einer zeitlichen Synchronisation und des Sendens und des Empfangens von Paket-Datenübertragungsdatensätzen während einer bestimmten Zeitperiode durch Ausführen einer Durchleitungsübertragung, während Phasen der Sende- und Empfangsfunkwellen gesteuert werden, sodass alle Knoten eine oder mehrere geschlossene Schleifen bilden; und Übertragen des Pakets zu der Zieladresse zu einem Zeitpunkt, der von der bestimmten Zeitperiode verschieden ist, in Übereinstimmung mit den Weglenkungsinformationen und einem Zeitrahmen, der jedem der Knoten als ein Zeitpunkt zugewiesen ist, an dem jeder Knoten ein Paket senden und empfangen darf, den Weglenkungsinformationen, die durch jeden Knoten gehalten werden und auf der Grundlage der Paket-Datenübertragungsdatensätze aktualisiert werden, deren Informationen nach der zeitlichen Synchronisation von den Knoten gemeinsam genutzt werden.
Außerdem kann ein Programm zum Ausführen des Datenübertragungsverfahrens, und das von einem Paket-Datenübertragungssystem gelesen werden kann, bereitgestellt werden. Das Programm kann durch mehrere Knoten, die in dem Paket-Datenübertragungssystem enthalten sind, ausgeführt werden.
Durch das Bereitstellen des Systems, des Verfahrens und des Programms, die oben beschrieben wurden, können das Senden und Empfangen mehrerer Pakete exklusiv in Raum und Zeit auch in einem System, in dem eine Datenübertragung unter Verwendung der Strahlformung erfolgt, wirksam erreicht werden. Da ein Paket außerdem wirksam übertragen werden kann, während Störungen von Funkwellen vermieden werden, kann das System leicht unter Verwendung von Kabeln ersetzt werden, und daher kann das System als Ganzes optimiert werden. Des Weiteren kann die Nichtnutzung von Kabeln und Netzknoten die Verringerung von Server-Installationskosten zu Folge haben, wobei eine Datenübertragung, die mit einer bestimmten Richtungscharakteristik erfolgt, die Sicherheit verbessern kann, und die Paket-Übertragungsdauer kann verkürzt werden.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Darstellung, die ein Konfigurationsbeispiel eines Paket-Datenübertragungssystems zeigt, das aus mehreren Knoten aufgebaut ist.
2 ist eine Darstellung, die ein Beispiel einer Antenne zeigt, die aus mehreren Antennenelementen aufgebaut ist, die in einem Knoten enthalten sind.
3 ist eine Darstellung, die einen Zustand zeigt, bei dem in dem Paket-Datenübertragungssystem eine geschlossene Schleife gebildet ist.
4 ist eine Darstellung, die einen Zustand veranschaulicht, bei dem eine zeitliche Synchronisation und ein Rundsenden ausgeführt werden.
5 ist eine Darstellung, die den Zustand veranschaulicht, bei dem die zeitliche Synchronisation und das Rundsenden ausgeführt werden.
6 ist eine Darstellung, die den Zustand veranschaulicht, bei dem die zeitliche Synchronisation und das Rundsenden ausgeführt werden.
7 ist ein Ablaufplan, der einen Ablauf der zeitlichen Synchronisation und des Rundsendens zeigt.
8 ist eine Darstellung, die eine Anordnung aus mehreren Knoten, die untereinander Daten austauschen, veranschaulicht.
9 ist eine Tabelle, die eine Durchsatztabelle veranschaulicht, in der Zwischenknoten-Datenübertragungsrate aufgezeichnet sind.
10 ist eine Tabelle, die eine Forderungstabelle veranschaulicht, in der Zwischenknoten-Datenübertragungsmengen, die aus Paket-Datenübertragungsdatensätzen vorhergesagt werden, aufgezeichnet sind.
11 ist eine Tabelle, die eine Weglenkungstabelle veranschaulicht, die auf der Grundlage der in 9 gezeigten Durchsatztabelle und der in 10 gezeigten Forderungstabelle erzeugt wird.
12 ist eine Tabelle, die eine Zuordnungstabelle veranschaulicht.
13 ist ein Ablaufplan, der einen Ablauf einer Paket-Übertragungsverarbeitung zeigt.
Beschreibung von Ausführungsformen
Obwohl die Erfindung im Folgenden in Bezug auf eine konkrete Ausführungsform, die in den Zeichnungen dargestellt ist, beschrieben wird, ist die Erfindung nicht auf die folgende Ausführungsform beschränkt. 1 ist eine Darstellung, die eine Konfiguration eines Paket-Datenübertragungssystems der Erfindung veranschaulicht. Dieses Paket-Datenübertragungssystem ist aus mehreren Funk-Sender/Empfängern aufgebaut, die als Knoten 100 bis 190 bezeichnet sind. Jeder der Knoten 100 bis 190 ist so eingerichtet, dass er eine Antenne 200, eine HF-Sender/Empfängerschaltung 210 und eine digitale Basisband-Steuerschaltung 220 enthält. Die Antenne 200 ist aus mehreren Antennenelementen aufgebaut, die in einer bestimmten Ordnung angeordnet sind. Die HF-Sender/Empfängerschaltung 210 dient als Phasensteuermittel, das Phasen von Funkwellen steuert, die die Sende- und Empfangsrichtung von Funkwellen jedes Antennenelements festlegen. Die digitale Basisband-Steuerschaltung 220 dient als Sende- und Empfangsmittel, das so eingerichtet ist, dass es eine Verarbeitung wie etwa das Senden und Empfangen von Paketen ausführt.
Die Knoten 100 bis 190 sind voneinander entfernt angeordnet und können untereinander eine Paket-Datenübertragung unter Verwendung von Funkwellen ausführen. Die Antenne 200 ist eine Einheit, die elektrische Energie als Funkwelle sendet und eine Funkwelle in der Luft empfängt, um sie in elektrische Energie umzusetzen. Ein einfaches Beispiel der Antenne 200 ist jene, bei der mehrere Stabantennenelemente in einer bestimmten Ordnung angeordnet sind.
Wie z. B. in 2 gezeigt kann die Antenne 200 so eingerichtet sein, dass zwei der Stabantennenelemente 201 vertikal ausgerichtet sind, wobei ihre Gesamtlänge L so eingestellt ist, dass sie gleich der halben Wellenlänge einer Funkwelle ist, und Paare der Antennenelemente 201 mit einer bestimmten Schrittweite angeordnet sind, wie etwa eine Schrittweite W, die z. B. näherungsweise ein Viertel einer Wellenlänge bis zu einer einfachen Wellenlänge beträgt. Eine Zuführungsleitung 202 ist mit jedem der Antennenelemente 201 verbunden, sodass durch die Zuführungsleitung 202 elektrische Leistung übertragen werden kann.
In 1 ist die HF-Sender/Empfängerschaltung 210 mit den Zuführungsleitungen 202 verbunden und steuert die Phasen, die die Richtung von Funkwellen, die durch jedes Antennenelement 201 gesendet und empfangen werden, festlegt. Da die Antenne 200 im Einzelnen aus mehreren Antennenelementen 201 aufgebaut ist, setzt die HF-Sender/Empfängerschaltung 210 eine in einem Paket enthaltene Zieladresse in eine Phasendifferenz einer Funkwelle um, die auf jedes der Antennenelemente 201, die in dem Übergabezielknoten enthalten sind, angewendet werden sollte. Während die HF-Sender/Empfängerschaltung 210 eine Funkwelle durch Steuerung der Phase der Funkwelle in eine bestimmte Richtung senden kann, ist die Antenne 200 aus mehreren Antennenelementen 201 aufgebaut, die in der Antenne 200 an verschiedenen Positionen angeordnet sind. Somit wird für einen geeigneten Empfang in jedem Antennenelement 201 die Richtung einer Funkwelle, die zu jedem Antennenelement 201 gesendet werden soll, in eine Phasendifferenz in Bezug auf eine bestimmte Richtung umgesetzt. Durch das Ausführen einer derartigen Phasensteuerung wird der Funkwelle eine bestimmte Richtungscharakteristik verliehen, wodurch die Funkwelle in einer bestimmten Richtung gesendet wird und somit eine Strahlformung erreicht werden kann.
Die digitale Basisband-Steuerschaltung 220 führt eine Verarbeitung wie etwa das Senden und Empfangen von Paketen aus. Die digitale Basisband-Steuerschaltung 220 kann eine Schaltung mit hohem Integrationsgrad (LSI) aufweisen, die Funktionen einer Schicht der Medienzugangssteuerung (MAC) und einer Bitübertragungsschicht (PHY) ausführt, und in der ein Digital/Analog-Umsetzer (DAC), ein Analog/Digital-Umsetzer (ADC), eine CPU, ein statischer RAM (SRAM) und dergleichen untergebracht sind.
Die digitale Basisband-Steuerschaltung 220 ist mit einer nicht dargestellten Host-CPU verbunden und tauscht Sende- und Empfangsdaten mit der Host-CPU aus. Die digitale Basisband-Steuerschaltung 220 weist eine darin untergebrachte Paket-Bildungs-/Zerlegungseinrichtung (PAD) auf und kann Daten, die von der Host-CPU empfangen werden, in ein Paket umsetzen, sie in einer Speichereinrichtung wie etwa einem SRAM speichern und das Paket senden, wenn ein Weiterleitungsübertragungsweg zur Verfügung steht. Die digitale Basisband-Steuerschaltung 220, die die darin untergebrachte PAD aufweist, kann außerdem ein empfangenes Paket in einer Speichereinrichtung speichern, das gespeicherte Paket in Daten umsetzen und die Daten zu der Host-CPU übertragen. Es wird angemerkt, dass die Host-CPU eine Zieladresse einstellt und eine Verarbeitung wie etwa eine Übertragung von Daten zu der digitalen Basisband-Steuerschaltung 220 ausführt.
Wie in 1 gezeigt sind die Knoten 100 bis 190 voneinander entfernt angeordnet und wenn zur Einfachheit z. B. bewirkt wird, dass die Knoten 100 bis 140 an der oberen Seite von 1 als Sender funktionieren, wird bewirkt, dass die Knoten 150 bis 190 an der unteren Seite als Empfänger funktionieren, wodurch Knotenpaare gebildet werden. Andererseits kann jeder der Knoten 100 bis 190 eine Sendeantenne und eine Empfangsantenne aufweisen, sodass jeder Knoten sowohl senden als auch empfangen kann.
Im Allgemeinen besteht zum Zeitpunkt einer geringen Verkehrsbelastung, wenn lediglich wenige Funkwellen gesendet und empfangen werden, eine geringe Wahrscheinlichkeit, dass Pakete, die durch Funkwellen übertragen werden, miteinander kollidieren, wobei die Leistungsfähigkeit durch die Kollision kaum verschlechtert wird. Es wird jedoch wichtig, eine Kollision zu vermeiden, wenn die Anzahl von Paketen ansteigt. Dabei tritt eine Kollision dann auf, wenn zwei oder mehr Knoten gleichzeitig eine Übertragung eines Pakets zu dem gleichen Knoten auslösen. Wenn Pakete kollidieren, überlagern sich zwei oder mehr Pakete gegenseitig, und die Pakete werden unlesbar. Zum Zeitpunkt einer starken Verkehrsbelastung, wenn viele Funkwellen gesendet und empfangen werden, steigt die Möglichkeit einer Kollision, und die Systemleistungsfähigkeit ist stark verschlechtert.
Das Paket-Datenübertragungssystem der Erfindung vermeidet jedoch eine Kollision und erreicht eine wirksame Datenübertragung, indem eine zeitlich und räumlich exklusive Steuerung ermöglicht wird, d. h. eine Datenübertragung exklusiv in Raum und Zeit ermöglicht wird. Spezielle Steuerungsoperationen werden im Folgenden genau beschrieben.
Knoten kommunizieren miteinander, indem sie Pakete austauschen. Ein Paket enthält eine Zieladresse. Um das Paket zu der Zieladresse zu senden, nimmt die digitale Basisband-Steuerschaltung 220 Bezug auf eine Weglenkungstabelle, die Informationen zum Bestimmen einer Übertragungsroute des Pakets leitet und den Knoten festlegt, durch den das Paket zum Ziel gesendet wird. Dann steuert die HF-Sender/Empfängerschaltung 210 die Phase, die an der Antenne 200 des ersten Knotens anzuwenden ist, und die digitale Basisband-Steuerschaltung 220 sendet das Paket durch eine Funkwelle. Diese Funkwelle wird so gesteuert, dass sie eine bestimmte Richtungscharakteristik aufweist, um eine räumlich exklusive Datenübertragung zu ermöglichen. Es ist anzumerken, dass die Weglenkungstabelle durch jeden der Knoten 100 bis 190 geführt wird und in einer Speichereinrichtung wie etwa einem SRAM gespeichert ist.
Wenn der erste Knoten das Paket empfängt, liest der Knoten die Zieladresse, nimmt auf die Weglenkungstabelle Bezug, bestimmt den nächsten Knoten und sendet das Paket zu dem nächsten Knoten. In dieser Hinsicht hält jeder der Knoten 100 bis 190 Adresseninformationen von zum Datenaustausch fähigen Knoten und Kanalinformationen, die bei der Datenübertragung verwendet, werden, und verwendet die Adresseninformationen und die Kanalinformationen zum Senden des Pakets. Somit kann das Paket bei Bezugnahme auf die Weglenkungstabelle zum Ziel gesendet werden.
Wenn zwei Knoten Pakete zur gleichen Zeit empfangen und die Pakete zum gleichen Knoten senden, tritt die oben erwähnte Kollision auf. Aus diesem Grund muss eine Einstellung ausgeführt werden, um ihre Übertragungszeitpunkte zu variieren. Die Einstellung erfolgt durch das Senden eines Paket-Datenübertragungsdatensatzes zu anderen Knoten, wie etwa eine Zwischenknoten-Übertragungsrate und die Menge der zuvor gesendeten Daten, und das Erfassen von Paket-Datenübertragungsdatensätzen von anderen Knoten, um Informationen gemeinsam zu nutzen. Dann wird eine Weglenkung auf der Grundlage von Vorhersagen, die aus den Datenübertragungsdatensätzen gemacht werden, ausgeführt, um eine Kollision zu vermeiden.
Zum Einstellen der Übertragungszeitpunkte von Paketen muss eine zeitliche Synchronisation für jeden Knoten ausgeführt werden. Dementsprechend sendet jeder Knoten ein Rundesendesignal zur gemeinsamen Nutzung von Informationen und ein Synchronisationssignal an andere Knoten, führt eine zeitliche Synchronisation aus und erfasst Informationen von anderen Knoten.
Bei einer Datenübertragung unter Verwendung einer Strahlformung wird einer Funkwelle eine bestimmte Richtungscharakteristik gegeben, wodurch ihre Übertragungsstrecke mit dem gleichen Betrag an elektrischer Leistung größer gemacht wird. Da der andere Raum für die Übertragung anderer Funkwellen verwendet werden kann, kann der Wirkungsgrad der Raumnutzung verbessert werden. Das wiederum ermöglicht eine Übertragung mit geringer elektrischer Leistung, was zu einer Verbesserung des Wirkungsgrades führt. Jedoch muss jeder Knoten Signale unter Verwendung von Funkwellen in unterschiedlichen Richtungen zu anderen Knoten senden, um eine zeitliche Synchronisation auszuführen und Informationen zwischen den Knoten gemeinsam zu nutzen, was den Wirkungsgrad verringert und einen beträchtlichen Zeitaufwand bei der zeitlichen Synchronisation und der gemeinsamen Nutzung von Informationen erfordert.
In der vorliegenden Erfindung steuern jedoch alle Knoten 100 bis 190 Phasen von Funkwellen während einer vorgegebenen Zeitdauer, um eine geschlossene Schleife (geschlossenen Übertragungsweg) zu bilden und führen die zeitliche Synchronisation und die gemeinsame Nutzung von Informationen durch die Verwendung einer Durchleitungsübertragung wirksam aus. In Bezug auf die vorgegebene Zeitdauer kann eine Zeitdauer, in der eine zeitliche Synchronisation und eine gemeinsame Verwendung von Informationen ausgeführt werden, die Weglenkungstabelle aktualisiert wird und eine Zuordnungstabelle, die später beschrieben wird, erzeugt wird, gemessen und als die vorgegebene Zeitdauer eingesetzt werden.
Die geschlossene Schleife kann gebildet werden, indem bewirkt wird, dass jeder der Knoten 100 bis 190 die Phase steuert, um die Richtung einer Funkwelle, die gesendet werden soll, festzulegen. Im Einzelnen werden unter der Annahme, dass jeder Knoten so eingerichtet ist, dass er eine Sendeantenne und eine Empfangsantenne aufweist, Funkwellen in der Reihenfolge der Knoten 100, 150, 110, 170, 130, 190, 140, 180, 120, 160 und 100 wie durch die Pfeile in 3 angegeben gesendet. Um eine geschlossene Schleife zu bilden, steuert z. B. der Knoten 100 eine Phase, um eine Funkwelle zu dem Knoten 150 zu senden, und er steuert eine Phase, um eine Funkwelle von dem Knoten 150 zu empfangen. Die geschlossene Schleife kann in Übereinstimmung mit Informationen der geschlossenen Schleife gebildet werden, die im Voraus eingestellt werden.
Ein Synchronisationssignal und ein Rundsendesignal können als Pakete gesendet werden. Ein Paket wird durch Teilen von Informationen in kleine Datenabschnitte erhalten, und eine Zieladresse, eine Quellenadresse und Steuerungsinformationen wie etwa Pakettyp und Länge werden an einen Teil jedes der kleinen Datenabschnitte angefügt.
Genauer enthält ein Paket an seinem Beginn einen Anfangshinweiscode (preamble), der durch eine Bitfolge gebildet wird, die vor den Daten gesendet wird, um den Beginn einer Datenübertragung anzukündigen. Dem Anfangshinweiscode folgen ein Zeichen SOF, das den Beginn des Pakets angibt, eine Zieladresse, eine Quellenadresse, ein Typ, die Länge und dergleichen des Pakets und anschließend Daten. Im Allgemeinen wird dann, wenn ein Knoten den Empfang eines Pakets beginnt, das Paket zu der digitalen Basisband-Steuerschaltung 220 gesendet, die die Verarbeitung zum Senden und Empfangen von Paketen ausführt. Der Knoten sendet das Paket nicht zu dem nächsten Knoten, der durch die Weglenkung festgelegt ist, ehe er den Empfang der Daten beendet. Diese Konfiguration benötigt eine lange Zeitdauer zum Senden des Pakets zur Zieladresse.
Deswegen verwendet die vorliegende Erfindung eine Durchleitungsübertragung, bei der jeder Knoten vor dem Beenden des Empfangs von Daten eine Weglenkung in Übereinstimmung mit der in dem Paket enthaltenen Zieladresse ausführt und sequenziell Daten, die von ihrem Beginn empfangen und in einem Puffer gesammelt werden, zu dem nächsten Knoten sendet, der durch die Weglenkung festgelegt ist. Somit können die zeitliche Synchronisation und die gemeinsame Nutzung von Informationen durch Verwendung der Durchleitungsübertragung wirksam ausgeführt werden. Dazu setzt die HF-Sender/Empfängerschaltung 210 beim Lesen der Zieladresse in dem Paket vor der Beenden des Empfangs des Pakets die Zieladresse in eine Phasendifferenz einer Funkwelle um, die auf jedes Antennenelement anzuwenden ist, das in dem Zielknoten enthalten ist.
Eine genaue Beschreibung erfolgt für ein Verfahren zum wirksamen Ausführen einer zeitlichen Synchronisation und einer gemeinsamen Nutzung von Informationen unter Bezugnahme auf einen in 7 gezeigten Ablaufplan und eine in den 4 bis 6 gezeigte Darstellung einer Systemkonfiguration, die sechs Knoten enthält, obwohl die Systemkonfiguration von jener, die in den 1 und 3 gezeigt ist, verschieden ist. Für ein leichtes Verständnis sind in den 4 bis 6 sechs Knoten 100 bis 150 so angeordnet, dass sie ein regelmäßiges Sechseck bilden. Dabei steuert z. B. der Knoten 100 Phasen, um Funkwellen zu senden und zu empfangen, um ein Paket zum Knoten 110 zu senden und ein Paket von dem Knoten 150 zu empfangen.
Ein beliebiger Knoten der Knoten 100 bis 150 löst z. B. die zeitliche Synchronisation und das gemeinsame Nutzen von Informationen aus, indem in vorgegebenen Intervallen ein Rundsenden für die zeitliche Synchronisation und das gemeinsame Verwenden von Informationen ausgeführt wird, indem ein Paket, das einen Anfangshinweiscode, ein Zeichen SOF, eine Zieladresse, eine Quellenadresse, einen Typ, eine Länge und dergleichen des Pakets, Daten usw. enthält, gesendet wird. Eine Rundsendeadresse wird als die Zieladresse für das Paket verwendet, um Daten zu allen Knoten zu senden. Da es schwierig ist, die zeitliche Synchronisation und das gemeinsame Nutzen von Informationen auszuführen, wenn ein Knoten beschäftigt ist, wird angemerkt, dass die Verarbeitung deswegen nicht darauf beschränkt ist, in vorgegebenen regelmäßigen Intervallen ausgeführt zu werden, sondern kann in unregelmäßigen Intervallen ausgeführt werden.
Der Knoten 100 stellt z. B. fest, ob eine vorgegebene Zeitdauer seit dem letzten Zeitpunkt, an dem die zeitliche Synchronisation und die gemeinsame Nutzung von Informationen ausgelöst wurden, vergangen ist. Wenn das der Fall ist, löst der Knoten 100 eine zeitliche Synchronisation und die gemeinsame Nutzung von Informationen durch Steuern einer Phase einer Funkwelle aus und sendet das oben erwähnte Paket zu dem Knoten 110, der im Voraus bestimmt wurde. Beim Empfang des Pakets führt der Knoten 110 durch die Verwendung des Anfangshinweiscodes eine Synchronisation aus, erfasst den Beginn des Pakets durch das Zeichen SOF und wird über den Typ und dergleichen des Pakets informiert, und da die Rundesendeadresse die Zieladresse ist, darüber informiert, dass die zeitliche Synchronisation und die gemeinsame Nutzung von Informationen auszuführen sind. Demzufolge erzeugt der Knoten 110 ein Paket durch Einschließen von darin gehaltenen Informationen als Daten und durch Verwenden der Rundsendeadresse als die Zieladresse. Dann steuert der Knoten 110 eine Phase einer Funkwelle und sendet das Paket zu dem Knoten 120, der im Voraus bestimmt wurde. Zu diesem Zeitpunkt führt der Knoten eine Durchleitungsübertragung aus und sendet das Paket zu dem Knoten 120, bevor er das gesamte Paket vom Knoten 100 empfängt.
Somit steuert jeder der Knoten 100 bis 150 eine Phase einer Funkwelle hin zu einem bestimmten Ziel, sendet ein Paket, das einen Anfangshinweiscode, ein SOF-Zeichen, eine Zieladresse, eine Quellenadresse, Typ und Länge des Pakets und einen Paket-Datenübertragungsdatensatz als Daten enthält, und empfängt eine Funkwelle von einer bestimmten Quelle. Es sollte angemerkt werden, dass in den 4 bis 6 lediglich Anfangshinweiscodes, SOF-Zeichen und Daten gezeigt sind. Jeder der Knoten 100 bis 150 führt unter Verwendung des Anfangshinweiscodes eine Synchronisation aus, empfängt ein Paket von einer bestimmten Quelle und erzeugt ein Paket zum Senden zu einem Zielknoten, indem Daten, die von dem in dem Paket enthaltenen Quellenknoten erfasst werden, seinen eigenen Daten angefügt werden.
Pakete, die in 5 gezeigt sind, sind Pakete, die als nächste gesendet werden sollen, und in einem Paket, das z. B. von dem Knoten 100 zu dem Knoten 110 gesendet werden soll, werden Daten 6, die von dem Knoten 150 erfasst wurden, an Daten 1 des Knotens 100 angefügt. Dadurch kann durch Wiederholen der Verarbeitung zum Erzeugen eines Pakets, indem auf diese Weise erfasste Daten angefügt werden und das resultierende Paket gesendet wird, eine zeitliche Synchronisation zwischen allen Knoten 100 bis 150 ausgeführt werden, und jeder der Knoten 100 bis 150 kann sämtliche Datenabschnitte 1 bis 6 der entsprechenden Knoten 100 bis 150 erfassen wie in 6 gezeigt.
Wie in 7 gezeigt erzeugt im Einzelnen in der im Schritt 700 beginnenden Verarbeitung ein vorgegebener Knoten wie etwa der Knoten 100 ein Paket, indem er seine Paket-Datenübertragungsdatensätze als Daten einschließt und eine Rundsendeadresse als eine Zieladresse einstellt, steuert die Phase einer Funkwelle, um das Paket zu dem Knoten 100 zu senden, der im Voraus festgelegt wurde, und löst dadurch im Schritt 705 eine zeitliche Synchronisation und eine gemeinsame Nutzung von Informationen aus. Dann wird im Schritt 710 eine geschlossene Schleife gebildet indem bewirkt wird, dass ein Paket sequenziell zwischen den Knoten 100 bis 150 in einer Reihenfolge gesendet wird, die im Voraus durch Weglenkung festgelegt ist, wie etwa vom Knoten 100 zu 120, dann vom Knoten 120 zu 130. Dabei steuert jeder Knoten eine Phase einer Funkwelle, um mit einem bestimmten Knoten Daten auszutauschen, und er empfängt außerdem eine Funkwelle von einer bestimmten Quelle. Das Paket enthält einen Anfangshinweiscode, ein SOF-Zeichen, eine Zieladresse, eine Quellenadresse, einen Typ und die Länge des Pakets und einen Paket-Datenübertragungsdatensatz als Daten.
Außerdem kann als wirksameres Schema eine wirksamere Durchleitungsübertragung in der folgenden Weise ausgeführt werden. Nachdem die Verarbeitung im Schritt 700 beginnt, löst im Einzelnen z. B. der Knoten 110 die Übertragung seiner eigenen Informationen zum Knoten 120 aus, der die nächste Stufe darstellt, die im Voraus durch Weglenkung in der geschlossenen Schleife definiert ist, bevor er ein Paket vom Knoten 100 empfängt, der die vorherige Stufe darstellt. Anschließend fügt der Knoten 110 beim Empfang von Daten von dem Knoten 100, der die vorherige Stufe darstellt, ohne einen Anfangshinweiscode einzuschließen die Daten des Pakets, die vom Knoten 100 empfangen wurden, der die vorherige Stufe darstellt, an das Paket an, das der Knoten 110 gegenwärtig zu dem Knoten 120 sendet, der die nächste Stufe darstellt. Die Verwendung eines derartigen Schemas vermindert die Zeitdauer, die für die Synchronisation von Anfangshinweiscodes erforderlich ist, und die Zeitdauer, die zur gemeinsamen Nutzung von Informationen zwischen allen Knoten in der geschlossenen Schleife erforderlich ist, da alle Knoten die Übertragung zum gleichen Zeitpunkt auslösen können.
Im Schritt 715 erzeugt jeder der Knoten 100 bis 150 ein Paket durch Anfügen von Informationen, die von einer Quelle erfasst werden, an seine eigenen Informationen und sendet das Paket zu einem Zielknoten. Im Schritt 720 stellt der Knoten 100, der die zeitliche Synchronisation und die gemeinsame Nutzung von Informationen ausgelöst hat, fest, ob erfasste Informationen von allen Knoten 100 bis 150 vorhanden sind. Wenn das nicht der Fall ist, kehrt die Verarbeitung zum Schritt 715 zurück. Wenn dagegen Informationen von allen Knoten 100 bis 150 erfasst wurden, geht die Verarbeitung zum Schritt 725, und die zeitliche Synchronisation und die gemeinsame Nutzung von Informationen werden beendet.
Daraufhin aktualisiert der Knoten 100 eine darin geführte Weglenkungstabelle auf der Grundlage von erfassten Daten und sendet die Weglenkungstabelle zu den Knoten 110 bis 150, wodurch jeder der Knoten 110 bis 150 eine in ihnen geführte Weglenkungstabelle aktualisieren kann.
Obwohl eine Weglenkungstabelle in einem kleinen Netz manuell und statisch erstellt werden kann, wird eine Weglenkungstabelle in einem allgemeinen Netz durch Verwendung eines Weglenkungsprotokolls und eines Weglenkungsalgorithmus dynamisch erstellt. Das Weglenkungsprotokoll wird verwendet, um ein Rundsenden auszuführen, sodass jeder der Knoten 100 bis 150 einen Paket-Datenübertragungsdatensatz von den anderen Knoten als deren Informationen erfassen kann. Der Weglenkungsalgorithmus wird zum Zeitpunkt der Erzeugung einer Weglenkungstabelle anhand der erfassten Informationen verwendet. Bekannte Techniken wie etwa der Distanzvektor-Algorithmus (DVA), der Verbindungszustands-Algorithmus (LSA) und das Simplex-Verfahren können als Weglenkungsalgorithmus verwendet werden.
Bei dem DVA wird ein numerischer Wert, der als Kosten bezeichnet wird, jedem Knotenpaar zugewiesen. Am Anfang hält jeder Knoten lediglich Informationen, die angeben, welches die nächstgelegenen Knoten und die Kosten zwischen ihm selbst und den nächstgelegenen Knoten sind. Dann werden nach dem periodischen Austauschen von Informationen zwischen den Knoten Informationsabschnitte zwischen anderen Knoten gesammelt, aus denen eine Weglenkungstabelle erstellt wird. Wenn Daten, die von einem benachbarten Knoten weitergeleitet werden, Informationen enthalten, die nicht in der durch den Knoten gehaltenen Weglenkungstabelle enthalten sind und niedrigere Kosten zu dem gleichen Ziel angeben, aktualisiert der Knoten die Tabelle unter Verwendung dieses Informationsabschnitts.
Bei dem LSA führt jeder Knoten ein Rundsenden zu Knoten aus, die mit ihm verbunden sind. Der Knoten erzeugt anhand der rundgesendeten Daten eine Karte, ermittelt die kürzesten Wege zu den anderen Knoten in Übereinstimmung mit der erzeugten Karte und gibt das vollständige Netz in einer Baumstruktur wieder. Nicht registrierte Knoten werden der Baumstruktur angefügt, sobald sie zu geringsten Kosten erreichbar werden. Eine Weglenkungstabelle wird auf der Grundlage der auf diese Weise erzeugten Baumstruktur erzeugt.
Eine Weglenkung kann als ein lineares Programmierproblem formuliert werden. Eine optimale Lösung für ein lineares Programmierproblem kann mit einem verhältnismäßig geringen Rechenumfang unter Verwendung des Simplex-Verfahrens erhalten werden. Beim Formulieren des linearen Programmierproblems werden Direktübertragungsraten und vorhergesagte Übertragungsmengen zwischen den Knoten als Eingaben bereitgestellt, und eine Minimierung des oberen Grenzwerts der Nutzungsrate jedes Datenübertragungswegs wird als eine Zielfunktion angegeben. Des Weiteren werden folgende Beschränkungen angegeben, dass: eine Gesamtmenge von Daten, die am Startpunkt, am Endpunkt und an Weiterleitungsknoten (relay nodes) gesendet werden, mit einer vorgegebenen Eingabe übereinstimmt; und dass die Nutzungsrate jedes Datenübertragungswegs nicht größer als der obere Grenzwert ist.
Es wird angemerkt, dass Kosten in Übereinstimmung mit einer Übertragungsrate, einer Datenübertragungsmenge, einer Verzögerung, der Anzahl von Sprüngen, den Kosten eines Wegs, einer Belastung, einer MTU, der Zuverlässigkeit, Datenübertragungskosten und dergleichen erhalten werden.
In dieser Ausführungsform wird eine Verarbeitung zur zeitlichen Synchronisation und der gemeinsamen Verwendung von Informationen durch Verwendung einer Durchleitungsübertragung wirksam ausgeführt, um Pakete zu dem nächsten Knoten zu senden. Willkürliche Übertragungspakete (arbitrary transmission packets) werden gesendet und empfangen, nachdem die zeitliche Synchronisation und das Rundsenden auf diese Weise ausgeführt wurden und die Weglenkungstabelle aktualisiert wurde.
Das willkürliche Paket wird in Übereinstimmung mit einer Zieladresse und der aktualisierten Weglenkungstabelle gelenkt und wird über die Knoten, die in der Weglenkung festgelegt sind, zu der Zieladresse gesendet.
Dabei muss der Zeitpunkt, an dem jeder Knoten das willkürliche Paket sendet, berücksichtigt werden, um eine Kollision zu vermeiden. Deswegen ist die Zeitdauer für die Benutzung eines Bands in Zeitrahmen, die als Schlitze bezeichnet werden, gleichmäßig unterteilt, und einem Knoten wird eine Datenübertragungsgelegenheit für jeden Schlitz zugeordnet. Dann bilden die Schlitze gemeinsam eine als einen Rahmen bezeichnete Zeitdauer, und es wird eine Zuordnungstabelle wird erstellt, sodass alle Knoten periodisch Pakete senden. Die Tabelle wird auf der Grundlage von Informationen, die von jedem Knoten erfasst werden, erzeugt und die Übertragungszeitpunkte können durch Verwendung dieser Zuordnungstabelle festgelegt werden.
Da es nicht wahrscheinlich ist, dass eine Kollision in einem Schlitz auftritt, dessen Benutzungsrate nicht größer als ein bestimmter Wert ist, können Kollisionen in einem derartigen Schlitz zugelassen sein, indem für den Schlitz keine Datenübertragungsgelegenheit zu einem speziellen Knoten zugeordnet wird. Ein Schlitz, dem keine Datenübertragungsgelegenheit zugeordnet ist, kann von jedem Knoten zu jedem Zeitpunkt verwendet werden, und deswegen kann die Wartedauer vor der Benutzung des Schlitzes vermindert werden, während der Durchsatz infolge des Auftretens von Kollisionen verschlechtert ist. In welchem Umfang Kollisionen zugelassen werden, muss unter Berücksichtigung des Kompromisses zwischen Wartedauer und Durchsatzes festgelegt werden.
8 veranschaulicht ein System, das aus sechs Knoten aufgebaut ist wie in den 4 bis 6 gezeigt, wobei jeder Knoten eine bestimmte Richtungscharakteristik aufweist, die einen Datenaustausch mit spezifischen Konten ermöglicht. Der Knoten A kann mit den Knoten B und F Daten austauschen, der Knoten B kann mit den Knoten A, C und E Daten austauschen, der Knoten C kann mit den Knoten B, D und F Daten austauschen, der Knoten D kann mit den Knoten C und E Daten austauschen, der Knoten E kann mit den Knoten B, D und F Daten austauschen, und der Knoten F kann mit den Knoten A, C und E Daten austauschen.
Die Richtungscharakteristik wird in Übereinstimmung mit einer in 9 gezeigten Durchsatztabelle festgelegt, die Zwischenknoten-Übertragungsraten angibt. Die Durchsatztabelle wird erzeugt, indem Übertragungsraten eingegeben werden, die von Datenübertragungstests erhalten werden, die zum Zeitpunkt der Ortung der Knoten A bis F ausgeführt werden. In der Tabelle gibt ”Sender” die Sendeseite an, und ”Empfänger” gibt die Empfängerseite an. In 9 sind alle Übertragungsraten zwischen zum Datenaustausch fähigen Knoten auf ”100” gesetzt. Jeder der eingestellten Werte der Übertragungsraten, die in die Durchsatztabelle eingegeben sind, kann bei Bedarf durch Messen der Übertragungsrate bei einem tatsächlichen Datenaustausch geändert werden. Die Knoten A bis F können Durchsatztabellen mit dem gleichen Inhalt halten, und wenn eine Änderung an einer Durchsatztabelle in einem der Knoten gemacht wird, können die anderen Knoten über die Änderung benachrichtigt werden, um die Informationen gemeinsam zu nutzen.
Jeder der Knoten A bis F misst periodisch die Größe einer Zwischenknoten-Datenübertragung und zeichnet die Größe der Datenübertragung als einen Datensatz auf. Der aufgezeichnete Datensatz wird zum Zeitpunkt der oben beschriebenen gemeinsamen Nutzung von Informationen gesendet, und die Informationen werden von allen Knoten gemeinsam genutzt. Zum Beispiel erzeugt ein Knoten, der eine Weglenkungstabelle aktualisiert, eine Forderungstabelle, wie in 10 gezeigt ist, durch die Verwendung der gemessenen Werte und dergleichen der Datenübertragungsmenge. Es wird angemerkt, dass in 10 ”Quelle” die Übertragungsquelle angibt und ”Ziel” das ”Übertragungsziel” angibt.
Die Forderungstabelle enthält als eingestellte Werte Datenübertragungsmengen, die aus den zuletzt gemessenen Werten und dergleichen vorhergesagt werden, und wird gemeinsam mit der oben genannten Durchsatztabelle verwendet, um eine Weglenkungstabelle und eine Zuordnungstabelle zu erzeugen.
11 ist eine Tabelle, die ein Beispiel einer Weglenkungstabelle zeigt, die unter Verwendung der in den 9 und 10 gezeigten Tabellen erzeugt wird. Zum Beispiel kann bei einer Paket-Datenübertragung, bei der der in 8 gezeigte Knoten A die Quelle und der Knoten B das Ziel sind, ein Paket gesendet werden, ohne dass es sich durch einen anderen Knoten bewegt, und deswegen wird der Knoten B als das Ziel eingestellt. Deswegen wird bei Knoten, die Pakete direkt einander zusenden und voneinander empfangen können, einer der Knoten als das Ziel eingestellt.
Wenn der Knoten A bei der Paketübertragung die Quelle und der Knoten C das Ziel darstellt, kann ein Paket nicht übertragen werden, ohne den Knoten B oder den Knoten F zu durchlaufen. Demzufolge wird eine Optimierung durch die Verwendung der Informationen der in den 9 und 10 gezeigten Tabellen und eines bekannten Algorithmus ausgeführt, um damit das Ziel festzulegen.
In dem obigen Beispiel wird als ein Ergebnis der Optimierung festgestellt, dass es günstiger ist, das Paket über den Knoten B zu senden. Wenn somit ein Paket vom Quellenknoten A zu dem Zielknoten C gesendet werden soll, wird die Weglenkung in der Weise ausgeführt, dass der Knoten A zuerst das Paket zum Knoten B sendet und der Knoten B dann das Paket zum Knoten C sendet.
12 ist eine Tabelle, die ein Beispiel einer Zuordnungstabelle zeigt. In 12 werden acht Zeitabschnitte der Schlitze 0 bis 7 mit gleicher Länge bereitgestellt, wobei der Empfängerknoten A in den Schlitzen 1 und 2 Pakete vom Knoten B empfangen kann und der Empfängerknoten C in den Schlitzen 0 bis 3 Pakete vom Knoten B empfangen kann.
Indem dadurch eine Kollision auch in Bezug auf die Zeit vermieden wird, können Pakete exklusiv in Zeit und Raum gesendet und empfangen werden.
Im Folgenden wird ein Ablauf einer Verarbeitung in dem Paket-Datenübertragungssystem der Erfindung unter Bezugnahme auf 13 kurz beschrieben. Nach dem Start der Verarbeitung im Schritt 1300 wird im Schritt 1305 festgestellt, ob eine vorgegebene Zeitdauer vergangen ist, seit die zeitliche Synchronisation und die gemeinsame Nutzung von Informationen zum letzten Mal ausgelöst wurden. Wenn das nicht der Fall ist, erfolgt die Feststellung im Schritt 1305, nachdem die vorgegebene Zeitdauer abgelaufen ist.
Wenn dagegen festgestellt wird, dass die vorgegebene Zeitdauer abgelaufen ist, geht die Verarbeitung zum Schritt 1310, und die zeitliche Synchronisation und die gemeinsame Nutzung von Informationen, die in 7 gezeigt sind, werden ausgeführt. Dann geht die Verarbeitung zum Schritt 1315, in dem ein vorgegebener Knoten eine Weglenkungstabelle in Übereinstimmung mit einem Paket-Datenübertragungsdatensatz aktualisiert, der durch die gemeinsame Verwendung von Informationen erfasst wurde, wobei der Paket-Datenübertragungsdatensatz die oben erwähnte Übertragungsrate und die Datenübertragungsmenge enthält. Der vorgegebene Knoten erzeugt des Weiteren eine Zuordnungstabelle durch das Zuordnen von Knoten zu Schlitzen, die Pakete senden und empfangen können.
Im Schritt 1320 sendet der vorgegebene Knoten die Weglenkungstabelle und die Zuordnungstabelle zu allen anderen Knoten, um die Tabellen gemeinsam zu nutzen.
Nachfolgend wird im Schritt 1325 festgestellt, ob eine vorgegebene Zeitdauer abgelaufen ist. Wenn das nicht der Fall ist, geht die Verarbeitung zum Schritt 1330, in dem eine Übertragung des Pakets ausgesetzt wird. Nachdem die vorgegebene Zeitdauer abgelaufen ist, geht die Verarbeitung zum Schritt 1335. Wenn sich ein Übertragungspaket in einem willkürlichen Knoten (arbitrary node) befindet, wird hier die aktualisierte Weglenkungstabelle verwendet, um das Paket in einem Schlitz, der in der Zuordnungstabelle spezifiziert ist, an die Zieladresse zu übergeben und die Verarbeitung endet im Schritt 1340.
Der willkürliche Knoten liest die Zieladresse aus dem Übertragungspaket, führt eine Weglenkung in Übereinstimmung mit der Weglenkungstabelle aus, um den nächsten Knoten zu bestimmen, steuert die Phase der Funkwelle hin zum nächsten Knoten und sendet das Paket in dem sendefähigen Zeitrahmen. Der nächste Knoten führt die gleiche Verarbeitung aus, wobei die Verarbeitung wiederholt wird, bis das Paket an die Zieladresse übergeben wird.
Da die Knoten gesteuert werden können, um Datenübertragungswege dynamisch aufzubauen, kann das System der vorliegenden Erfindung als ein Kreuzschienenschalter vorgesehen sein, bei dem Schalter an entsprechenden Schnittpunkten zwischen mehreren Datenübertragungswegen, die in der vertikalen Richtung parallel angeordnet sind, und mehreren Datenübertragungswegen, die in der horizontalen Richtung parallel angeordnet sind, vorgesehen sind. Der Kreuzschienenschalter kann bei einem Millimeterwellen-Serversystem oder dergleichen angewendet werden, um eine netzknotenfreie oder kabellose Rechnerumgebung zu erreichen. Demzufolge können Server-Installationskosten vermindert werden, und Daten können unverzögert heruntergeladen werden.
Das Paket-Datenübertragungssystem der vorliegenden Erfindung ist nicht auf jenes beschränkt, das lediglich aus mehreren drahtlosen Knoten bestehend eingerichtet ist, die eine Funk-Datenübertragung ausführen, sondern es kann in der Weise eingerichtet sein, dass diese mehreren drahtlosen Knoten mit mehreren leitungsgestützten Knoten, die untereinander über ein Kabel verbunden sind, kombiniert wird. Bei den leitungsgestützten Knoten muss keine Phase einer Funkwelle gesteuert werden, und ein Paket kann zu einem Zielknoten gesendet werden, indem die Zieladresse spezifiziert wird. Da jeder Knoten Adresseninformationen von zum Datenaustausch fähigen Knoten und Kanalinformationen hält, die beim Datenaustausch verwendet werden, und Weglenkungsinformationen intern verwaltet werden, wobei sie bei Bedarf aktualisiert werden, kann das System als Ganzes optimiert werden.
Im Vorhergehenden wurden das Paket-Datenübertragungssystem und ein Datenübertragungsverfahren, das dabei angewendet werden kann, unter Bezugnahme auf die Zeichnungen genau beschrieben. Es können jedoch andere Ausführungsformen, Zusätze, Modifikationen, Weglassungen und dergleichen in dem Umfang, der durch einen Fachmann auf dem Gebiet absehbar ist, gemacht werden, wobei alle Ausführungsformen, die vorteilhafte Wirkungen dieser Erfindung enthalten, im Umfang der vorliegenden Erfindung eingeschlossen sein sollten. Obwohl lediglich das Aktualisieren der Weglenkungsinformationen oben beschrieben wurde, wenn eine Adresse oder ein Kanal infolge der Bewegung eines Knotens oder dergleichen geändert werden soll, können demzufolge Adresseninformationen oder Kanalinformationen in ähnlicher Weise aktualisiert werden.
Zusätzlich können eine zeitliche Synchronisation und die gemeinsame Nutzung von Informationen ausgeführt werden, indem anstelle einer einzigen Schleife unter Berücksichtigung der Anordnung und Anzahl von Knoten mehrere geschlossene Schleifen gebildet werden. In diesem Fall kann die Leistung bei einer Paket-Datenübertragung zwischen Knoten, die jeweils eine geschlossene Schleife bilden, verbessert werden, was eine wirksame Paket-Datenübertragung in dem System als Ganzes ermöglicht.
Darüber hinaus kann das Datenübertragungsverfahren als ein Programm realisiert werden, das von einem Paket-Datenübertragungssystem gelesen werden kann, wobei die vorliegende Erfindung außerdem in der Lage ist, dieses Programm bereitzustellen. Es wird angemerkt, dass das Programm so vorgesehen sein kann, dass es auf einem Aufzeichnungsmedium wie etwa einem CD-ROM, einem DVD-ROM, einer SD-Karte und einer HDD gespeichert ist.
Bezugszeichenliste

100 bis 190: Knoten
200: Antenne
201: Antennenelement
202: Zuführungsleitung
210: HF-Sender/Empfängerschaltung
220: digitale Basisband-Steuerschaltung

Claims

Paket-Datenübertragungssystem zum Senden eines Pakets zu einer Zieladresse, wobei das System mehrere Knoten umfasst, die eine Funk-Datenübertragung ausführen, wobei jeder der Knoten Weglenkungsinformationen zum Bestimmen eines Übertragungswegs eines Pakets speichert, auf einem Übertragungsweg, der durch Verwendung der Weglenkungsinformationen festgelegt wird, Pakete zu einem Übertragungszielknoten sendet und von einem Übertragungsquellenknoten empfängt durch das Senden und Empfangen von Funkwellen, wobei jeder von diesen durch Steuern einer Phase der Funkwelle eine bestimmte Richtungscharakteristik verliehen wird, und eine Funktion zum Ausführen einer Durchleitungsübertragung aufweist, bei der eine Übertragung des Pakets an die Übertragungszieladresse ausgelöst wird, nachdem die in dem Paket enthaltene Zieladresse gelesen wurde und bevor der Empfang des Pakets abgeschlossen wurde, und das Paket-Datenübertragungssystem eine zeitliche Synchronisation und das Senden und Empfangen von Paket-Datenübertragungsdatensätzen während einer bestimmten Zeitperiode durch das Ausführen der Durchleitungsübertragung ausführt, während die Phasen der Sende- und Empfangsfunkwellen gesteuert werden, sodass alle Knoten eine oder mehrere geschlossene Schleifen bilden, und das Paket zu der Zieladresse zu einem Zeitpunkt sendet, der von der bestimmten Zeitdauer verschieden ist, in Übereinstimmung mit den Weglenkungsinformationen und einem Zeitrahmen, der jedem der Knoten als ein Zeitpunkt zugeordnet ist, wann jeder Knoten ein Paket senden und empfangen darf, wobei die Weglenkungsinformationen, die durch jeden Knoten gehalten werden und auf der Grundlage der Paket-Datenübertragungsdatensätze aktualisiert werden, Informationen sind, die nach der zeitlichen Synchronisation von den Knoten gemeinsam genutzt werden.
Paket-Datenübertragungssystem nach Anspruch 1, wobei der Knoten eine Antenne, die durch mehrere Antennenelemente gebildet ist, die in einer bestimmten Ordnung angeordnet sind, ein Phasensteuermittel zum Steuern der Phasen der Sende- und Empfangsfunkwellen jeder der Antennenelemente und ein Sende- und Empfangsmittel zum Senden und Empfangen des Pakets durch die Sende- und Empfangsfunkwellen enthält, und das Phasensteuermittel die in dem Paket enthaltene Zieladresse in eine Phasendifferenz einer Funkwelle umsetzt, die an jedem der Antennenelemente anzuwenden ist, die in dem Übertragungszielknoten enthalten sind.
Paket-Datenübertragungssystem nach Anspruch 1, wobei der Knoten eine Antenne, die durch mehrere Antennenelemente gebildet ist, die in einer bestimmten Ordnung angeordnet sind, ein Phasensteuermittel zum Steuern der Phasen der Sende- und Empfangsfunkwellen jeder der Antennenelemente und ein Sende- und Empfangsmittel zum Senden und Empfangen des Pakets durch die Sende- und Empfangsfunkwellen enthält, und das Phasensteuermittel die in dem Paket enthaltene Zieladresse in eine Phasendifferenz einer Funkwelle umsetzt, die an jedem der Antennenelemente anzuwenden ist, die in dem Übertragungszielknoten enthalten sind, nach dem Lesen der in dem Paket enthaltenen Zieladresse und bevor der Empfang des Pakets abgeschlossen ist.
Paket-Datenübertragungssystem nach Anspruch 1, wobei die zeitliche Synchronisation und das Senden und Empfangen der Paket-Datenübertragungsdatensätze in vorgegebenen Intervallen ausgeführt werden.
Paket-Datenübertragungssystem nach Anspruch 1, wobei die zeitliche Synchronisation und das Senden und Empfangen der Paket-Datenübertragungsdatensätze ausgelöst werden, indem eine Auslösungsanforderung, die durch einen von den mehreren Knoten hergestellt wird, unter den anderen Knoten sequenziell von einem zum anderen übertragen wird.
Paket-Datenübertragungssystem nach Anspruch 1, wobei die Paket-Datenübertragungsdatensätze jeweils eine Übertragungsrate und eine Datenübertragungsmenge zwischen den Knoten enthalten.
Paket-Datenübertragungssystem nach Anspruch 1, wobei jeder der Knoten ferner Adresseninformationen von zum Datenaustausch fähigen Knoten und Kanalinformationen, die für einen Datenaustausch verwendet werden, speichert.
Paket-Datenübertragungssystem nach Anspruch 1, wobei das Paket-Datenübertragungssystem mehrere drahtlose Knoten, die den Funk-Datenaustausch ausführen, und mehrere leitungsgestützte Knoten, die untereinander über ein Kabel verbunden sind, umfasst.
Datenübertragungsverfahren in einem Paket-Datenübertragungssystem zum Senden eines Pakets zu einer Zieladresse und mit mehreren Konten, die eine Funk-Datenübertragung ausführen, wobei jeder der Knoten Weglenkungsinformationen zum Bestimmen eines Übertragungswegs eines Pakets speichert, auf einem Übertragungsweg, der durch Verwendung der Weglenkungsinformationen festgelegt wird, Pakete zu einem Übertragungszielknoten sendet und von einem Übertragungsquellenknoten empfängt durch das Senden und Empfangen von Funkwellen, wobei jeder von diesen durch Steuern einer Phase der Funkwelle eine bestimmte Richtungscharakteristik verliehen wird, und eine Funktion zum Ausführen einer Durchleitungsübertragung aufweist, bei der eine Übertragung des Pakets an die Übertragungszieladresse ausgelöst wird, nachdem die in dem Paket enthaltene Zieladresse gelesen wurde und bevor der Empfang des Pakets abgeschlossen wurde, wobei das Datenübertragungsverfahren die folgenden Schritte umfasst: Ausführen einer zeitlichen Synchronisation und des Sendens und Empfangens von Paket-Datenübertragungsdatensätzen während einer bestimmten Zeitdauer durch Ausführen der Durchleitungsübertragung, während Phasen der Sende- und Empfangsfunkwellen gesteuert werden, sodass alle Knoten eine oder mehrere geschlossene Schleifen bilden, und Senden des Pakets zu der Zieladresse zu einem Zeitpunkt, der von der bestimmten Zeitdauer verschieden ist, in Übereinstimmung mit den Weglenkungsinformationen und einem Zeitrahmen, der jedem der Knoten als ein Zeitpunkt zugewiesen ist, wann jeder Knoten ein Paket senden und empfangen darf, wobei die Weglenkungsinformationen, die durch jeden Knoten gehalten werden und auf der Grundlage der Paket-Datenübertragungsdatensätze aktualisiert werden, Informationen sind, die nach der zeitlichen Synchronisation von den Knoten gemeinsam genutzt werden.
Datenübertragungsverfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt zum Ausführen des Sendens und Empfangens ferner einen Schritt zum Feststellen enthält, ob die Paket-Datenübertragungsdatensätze von allen Knoten erfasst werden.
Datenübertragungsverfahren nach Anspruch 9, wobei der Knoten eine Antenne, die durch mehrere Antennenelemente gebildet ist, die in einer bestimmten Ordnung angeordnet sind, ein Phasensteuermittel zum Steuern der Phasen der Sende- und Empfangsfunkwellen jeder der Antennenelemente und ein Sende- und Empfangsmittel zum Senden und Empfangen des Pakets durch die Sende- und Empfangsfunkwellen enthält, und der Schritt zum Ausführen des Sendens und Empfangens ferner einen Schritt zum Umsetzen der in dem Paket enthaltenen Zieladresse durch das Phasensteuermittel in eine Phasendifferenz, die auf jedes der in dem Übertragungszielknoten enthaltenen Antennenelemente anzuwenden ist, enthält.
Datenübertragungsverfahren nach Anspruch 9, wobei der Knoten eine Antenne, die durch mehrere Antennenelemente gebildet ist, die in einer bestimmten Ordnung angeordnet sind, ein Phasensteuermittel zum Steuern der Phasen der Sende- und Empfangsfunkwellen jeder der Antennenelemente und ein Sende- und Empfangsmittel zum Senden und Empfangen des Pakets durch die Sende- und Empfangsfunkwellen enthält, und der Schritt zum Ausführen des Sendens und Empfangens ferner einen Schritt des Umsetzens der in dem Paket enthaltenen Zieladresse durch das Phasensteuermittel in eine Phasendifferenz, die auf jedes der in dem Übertragungszielknoten enthaltenen Antennenelemente nach dem Lesen der in dem Paket enthaltenen Zieladresse und bevor der Empfang des Pakets abgeschlossen ist anzuwenden ist, enthält.
Datenübertragungsverfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt zum Ausführen des Sendens und Empfangens in vorgegebenen Intervallen ausgeführt wird.
Datenübertragungsverfahren nach Anspruch 9, wobei der Schritt zum Ausführen des Sendens und Empfangens ferner einen Schritt des Auslösens der zeitlichen Synchronisation und des Sendens und Empfangens der Paket-Datenübertragungsdatensätze umfasst, indem eine Auslösungsanforderung, die von einem der mehreren Knoten hergestellt wird, unter den anderen Knoten sequenziell von einem zum anderen übertragen wird.
Datenübertragungssystem nach Anspruch 9, wobei die Paket-Datenübertragungsdatensätze jeweils eine Übertragungsrate und eine Datenübertragungsmenge zwischen den Knoten enthalten.
Datenübertragungssystem nach Anspruch 9, wobei jeder der Knoten ferner Adresseninformationen von zum Datenaustausch fähigen Knoten und Kanalinformationen speichert, die für einen Datenaustausch verwendet werden.
Programm zum Ausführen eines Datenübertragungsverfahrens zum Senden eines Pakets zu einer Zieladresse, wobei das Programm von einem Paket-Datenübertragungssystem gelesen werden kann, das mehrere Knoten enthält, die eine Funk-Datenübertragung ausführen, wobei jeder der Knoten Weglenkungsinformationen zum Bestimmen eines Übertragungswegs eines Pakets speichert, auf dem Übertragungsweg, der durch Verwendung der Weglenkungsinformationen festgelegt wird, Pakete zu einem Übertragungszielknoten sendet und von einem Übertragungsquellenknoten empfängt, wobei das Senden und Empfangen durch Steuern einer Phase der Sende- und der Empfangs-Funkwelle ausgeführt wird und den Funkwellen eine bestimmte Richtungscharakteristik verliehen wird, und eine Funktion zum Ausführen einer Durchleitungsübertragung aufweist, bei der eine Übertragung des Pakets an den Übertragungszielknoten ausgelöst wird, nachdem die in dem Paket enthaltene Zieladresse gelesen wurde und bevor der Empfang des Pakets abgeschlossen wurde, und das Programm bewirkt, dass das Paket-Datenübertragungssystem die folgenden Schritte ausführt: Ausführen einer zeitlichen Synchronisation und des Sendens und Empfangens von Paket-Datenübertragungsdatensätzen während einer bestimmten Zeitdauer durch das Ausführen der Durchleitungsübertragung, während die Phasen der Sende- und Empfangsfunkwellen gesteuert werden, sodass alle Knoten eine oder mehrere geschlossene Schleifen bilden, und Senden des Pakets zu der Zieladresse zu einem Zeitpunkt, der von der bestimmten Zeitdauer verschieden ist, in Übereinstimmung mit den Weglenkungsinformationen und einem Zeitrahmen, der jedem der Knoten als ein Zeitpunkt zugeordnet ist, wann jeder Knoten ein Paket senden und empfangen darf, wobei die Weglenkungsinformationen, die durch jeden Knoten gehalten werden und auf der Grundlage der Paket-Datenübertragungsdatensätze aktualisiert werden, Informationen sind, die nach der zeitlichen Synchronisation von den Knoten gemeinsam genutzt werden.
Programm nach Anspruch 17, wobei in dem Schritt zum Ausführen des Sendens und des Empfangens bewirkt wird, dass das Paket-Datenübertragungssystem einen Schritt zum Feststellen ausführt, ob die Paket-Datenübertragungsdatensätze von allen Knoten erfasst werden.
Programm nach Anspruch 17, wobei der Knoten eine Antenne, die durch mehrere Antennenelemente gebildet ist, die in einer bestimmten Ordnung angeordnet sind, ein Phasensteuermittel zum Steuern der Phasen der Sende- und Empfangsfunkwellen jeder der Antennenelemente und ein Sende- und Empfangsmittel zum Senden und Empfangen des Pakets durch die Sende- und Empfangsfunkwellen enthält, und in dem Schritt zum Ausführen des Sendens und des Empfangens bewirkt wird, dass das Paket-Datenübertragungssystem einen Schritt des Umsetzens der in dem Paket enthaltenen Zieladresse durch das Phasensteuermittel in eine Phasendifferenz einer Funkwelle ausführt, die auf jedes der in dem Übertragungszielknoten enthaltenen Antennenelemente anzuwenden ist.
Programm nach Anspruch 17, wobei der Knoten eine Antenne, die durch mehrere Antennenelemente gebildet ist, die in einer bestimmten Ordnung angeordnet sind, ein Phasensteuermittel zum Steuern der Phasen der Sende- und Empfangsfunkwellen jeder der Antennenelemente und ein Sende- und Empfangsmittel zum Senden und Empfangen des Pakets durch die Sende- und Empfangsfunkwellen enthält, und in dem Schritt zum Ausführen des Sendens und Empfangens bewirkt wird, dass das Paket-Datenübertragungssystem einen Schritt des Umsetzens der in dem Paket enthaltenen Zieladresse durch die Phasensteuermittel in eine Phasendifferenz einer Funkwelle ausführt, die auf jedes der in dem Übertragungszielknoten enthaltenen Antennenelemente nach dem Lesen der in dem Paket enthaltenen Zieladresse und bevor der Empfang des Pakets abgeschlossen ist anzuwenden ist.
Programm nach Anspruch 17, wobei der Schritt zum Ausführen des Sendens und Empfangens in vorgegebenen Intervallen ausgeführt wird.
Programm nach Anspruch 17, wobei in dem Schritt zum Ausführen des Sendens und Empfangens bewirkt wird, dass das Paket-Datenübertragungssystem einen Schritt des Auslösens der zeitlichen Synchronisation und des Sendens und Empfangens der Paket-Datenübertragungsdatensätze ausführt, indem eine Auslösungsanforderung, die von einem der mehreren Knoten hergestellt wird, unter den anderen Knoten sequenziell von einem zum anderen übertragen wird.