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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Netzwerk für die Übertragung von Informationen und einen entsprechenden Netzwerkknoten.
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Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf ein Netzwerk, das Funktionsknoten aufweist, die von Mitteln für die Übertragung von Informationen in Reihe verbunden sind, wobei die Informationen die Form diskreter Nachrichten aufweisen, die sich in dem Netzwerk von Knoten zu Knoten fortbewegen.
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Vom Dokument
FR A 2 857 805 sind bereits ein Verfahren und eine Vorrichtung für die Übertragung von Daten bekannt.
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Ein derartiges Verfahren und ein derartiges System werden beispielsweise in einem geschlossenen Kontrollrechnersystem umgesetzt, das beispielsweise in ein Luft- oder Landfahrzeug eingebaut ist.
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Das in diesem Dokument beschriebene Verfahren weist einen Schritt der Punkt-zu-Punkt Datenübertragung zwischen zwei Übertragungsknoten beispielsweise über ein drahtgebundenes Netzwerk, wobei jeder Knoten einen oder mehrere Kanäle besitzt, die jeweils die Übertragung mit einem einzigen Knoten gestatten, einen Schritt der Datenumwandlung für ihre Übertragung, beispielsweise in Reihe, auf, und der Rechner jeder dieser Knoten antwortet auf den Empfang einer Nachricht mit einer unbedingten Übertragung, bei der die Informationsflüsse entlang geschlossener Ketten weitergeleitet werden, wobei die Steuerung der Datenflüsse dann implizit von der umgesetzten Kabeltopologie bestimmt und bei der Übertragung zwischen den Knoten eine asynchroner oder isochroner Modus verwendet wird.
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Die Erfindung zielt darauf ab, indem sie sich auf die Verwendung eines derartigen Netzwerks stützt, bei dem Funktionsknoten durch Mittel für die Übertragung von Informationen in Reihe geschaltet sind, eine Reihe von Merkmalen dieser Netzwerke zu verbessern, wie beispielsweise ihre Zuverlässigkeit, ihren Durchsatz, die Berücksichtigung von Störmodi usw.
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Zu diesem Zweck hat die Erfindung ein Netzwerk für die Übertragung von Informationen des Typs zum Gegenstand, der von Mitteln für die Übertragung von Informationen in Reihe geschaltete Funktionsknoten aufweist, wobei die Informationen die Form diskreter Nachrichten aufweisen, die sich in dem Netzwerk von Knoten zu Knoten verbreiten, dadurch gekennzeichnet, dass:
- – die Mittel für die Übertragung von Informationen zwischen den Knoten bidirektional sind, um Informationen zu erlauben, sich in den zwei Zirkulationsrichtungen des Netzwerks zu verbreiten,
- – jeder Knoten mindestens einen ersten und einen zweiten zugeordneten Informationseingangs-/-ausgangsport aufweist, die von entsprechenden Mitteln für die Übertragung von Informationen mit benachbarten Knoten verbunden sind und deren Funktion zwischen einem Betriebsmodus des asynchronen Empfangs von Informationen von seinen benachbarten Knoten und einem Betriebsmodus des synchronen Sendens von Informationen an seine benachbarten Knoten exklusiv und sequenziell von Mittel gesteuert wird, die einen Kommunikationsautomaten bilden.
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Gemäß anderen erfindungsgemäßen Merkmalen des Netzwerks, die einzeln oder in Kombination herangezogen werden:
- – ist der Kommunikationsautomat ausgebildet, um die dem Knoten zugeordneten Ports aus ihrem Empfangs-Betriebsmodus in ihren Sende-Betriebsmodus umzuschalten, nach, für jeden von ihnen:
• entweder dem Empfang von gültigen Informationen,
• oder nach Ablauf eines vorher festgelegten Zeitraums des Nicht-Empfangs gültiger Informationen,
- – ist der Kommunikationsautomat ausgebildet, um nach Beendigung des Sendens der Informationen durch den Port jeden der zugeordneten Ports aus seinem Sende-Betriebsmodus in seinen Empfangs-Betriebsmodus zurück umzuschalten,
- – sind die jedem Knoten zugeordneten Ports mit Mitteln in Pufferform mit First in-First out-Logik verbunden,
- – weisen Knoten mehr als zwei zugeordnete Eingangs-/Ausgangsports auf,
- – sind die Knoten von Mitteln für die Übertragung von Informationen in geschlossener Schleife verbunden,
- – sind die Knoten in mindestens einem Zweig, dessen Endknoten ausgebildet sind, um im Spiegelmodus zur Rücksendung der Informationen zum benachbarten Sendeknoten zu arbeiten, von Mitteln für die Übertragung von Informationen verbunden,
- – sind die Knoten im Verbindungszweig anderer Knoten, die von Mitteln für die Übertragung von Informationen in geschlossener Schleife verbunden sind, von Mitteln für die Übertragung von Informationen verbunden,
- – ist jeder Knoten ausgebildet, um bei Feststellung einer Fehlfunktion in einen Spiegelbetriebsmodus zur Rücksendung der Informationen an einen benachbarten sendenden Knoten zu kommutieren,
- – weisen mindestens einige Knoten Mittel zum Erzeugen von Serviceinformationen auf, die dazu bestimmt sind, über das Netzwerk gesendet zu werden,
- – weisen mindestens einige Knoten Mittel zum Erzeugen von Fehlerinformationen auf, die dazu bestimmt sind, bei Nichtempfang gültiger Informationen von einem benachbarten Knoten in einem vorher bestimmten Zeitraum gesendet zu werden,
- – weisen die Mittel für die Übertragung von Informationen drahtgebundene Verbindungsmittel auf,
- – weisen die Mittel für die Übertragung von Informationen Paare verdrillter Drähte auf,
- – weisen die Mittel für die Übertragung von Informationen koaxiale Kabel auf,
- – weisen die Mittel für die Übertragung von Informationen optische Fasern auf,
- – weisen die Mittel für die Übertragung von Informationen drahtlose Verbindungsmittel auf.
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Gemäß einem anderen Aspekt hat die Erfindung ebenfalls einen entsprechenden Netzwerkknoten zum Gegenstand.
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Die Erfindung wird mit Hilfe der nun folgenden Beschreibung besser verstanden werden, die nur als Beispiel gegeben wird und sich auf die anliegenden Zeichnungen bezieht, von denen:
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die 1 ein synoptisches Schema zeigt, das die allgemeine Struktur von Funktionsknoten veranschaulicht, die in einem erfindungsgemäßen Netzwerk für die Übertragung von Informationen in Reihe verbunden sind,
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die 2 ein synoptisches Schema zeigt, das die allgemeine Struktur eines Ausführungsbeispiels eines Knotens veranschaulicht, der Bestandteil eines erfindungsgemäßen Übertragungsnetzwerks ist,
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die 3 und 4 das allgemeine Funktionsprinzips eines erfindungsgemäßen Netzwerks für die Übertragung von Informationen veranschaulichen,
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die 5 das Umschalten der Funktion eines Knotens zwischen seinem Empfangsmodus und seinem Sendemodus veranschaulicht,
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die 6 detailliert eine Registerstruktur, die Bestandteil eines Knotens ist, veranschaulicht,
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die 7 die normale Funktion eines Knoten veranschaulicht, der Teil eines erfindungsgemäßen Netzwerks ist,
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die 8 einen Notbetriebsmodus eines erfindungsgemäßen Übertragungsnetzwerks darstellt,
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die 9 die Struktur eines Knoten veranschaulicht, der mehr als zwei Eingangs- und Ausgangsports für Informationen hat,
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die 10 ein Ausführungsbeispiel eines Netzwerks veranschaulicht, das von Knoten gebildet wird, und
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die 11 ein Ausführungsbeispiel eines Rasterformats von Nachrichten veranschaulicht, die in einem erfindungsgemäßen Übertragungsnetzwerk verwendet werden.
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Auf der 1 ist ein Ausführungsbeispiel eines Abschnitts eines Netzwerks für die Übertragung von Informationen dargestellt, das Funktionsknoten aufweist, die durch Mitteln für die Übertragung von Informationen in Reihe geschaltet sind.
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Auf dieser 1 ist das Netzwerk mit dem allgemeinen Bezugszeichen 1 bezeichnet und weist in dem beschriebenen Beispiel drei Knoten auf, die mit den jeweiligen Bezugszeichen 2, 3 und 4 bezeichnet sind.
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Diese Funktionsknoten sind also durch Mitteln für die Übertragung von Informationen, die beispielsweise mit den jeweiligen Bezugszeichen 5, 6, 7 und 8 bezeichnet sind, in Reihe geschaltet.
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Diese Mittel für die Übertragung von Informationen können auf drahtgebundenen Übertragungsmitteln basieren, die beispielsweise von Paaren verdrillter Drähte (Twisted pair) oder auch von Koaxialkabeln oder Sonstigem gebildet werden.
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Allerdings sind auch andere Ausführungsformen möglich, wie beispielsweise die Verwendung von optischen Fasern oder sonstigen, sowie drahtlose Verbindungsmittel.
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Dieses Netzwerk ist also ausgebildet, um Informationen zu übertragen, die die Form diskreter Nachrichten haben, die sich im Netzwerk von Knoten zu Knoten verbreiten.
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In dem erfindungsgemäßen Übertragungsnetzwerk sind die Mittel für die Übertragung von Informationen zwischen den Knoten bidirektional, um Informationen zu erlauben, sich in den zwei Zirkulationsrichtungen des Netzwerks zu verbreiten.
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Ein derartiger Betrieb ist beispielsweise auf den 2, 3 und 4 dargestellt.
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Auf der 2 ist ein Ausführungsbeispiel eines Knotens dargestellt, der Bestandteil eines derartigen Netzwerks ist, wobei dieser Knoten mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 bezeichnet ist.
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Dieser Knoten ist also beispielsweise mit Hilfe von zwei jeweiligen Mitteln für die Übertragung von Informationen 11 und 12 mit in dem Netzwerk benachbarten Knoten verbunden.
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Jeder Knoten weist nämlich mindestens einen ersten und einen zweiten zugeordneten Informationseingangs- und -ausgangsport auf, die auf dieser 2 beispielsweise mit den Bezugszeichen 13 und 14 bezeichnet sind, die von den entsprechenden Mitteln für die Übertragung von Informationen 11 und 12 mit in dem Netzwerk benachbarten Knoten verbunden sind. Die Funktion dieser zugeordneten Informationseingangs- und -ausgangsports wird also sequentiell und exklusiv von Mitteln, die einen Kommunikationsautomaten bilden, die mit dem allgemeinen Bezugszeichen 15 bezeichnet sind, zwischen einem Betriebsmodus des asynchronen Empfangs von Informationen von den benachbarten Knotens und einem Betriebsmodus des synchronen Sendens von Informationen zu den benachbarten Knoten gesteuert.
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Es ist also verständlich, dass, übertragen auf ein Netzwerk wie auf den 3 und 4 dargestellt, bei dem die Knoten beispielsweise in geschlossener Schleife verbunden sind, jeder Knoten exklusiv und sequentiell zwischen einer Funktion als Sender von Informationen an seine benachbarten Knoten, die dann im Empfangs-Betriebsmodus sind, und einer Funktion als Empfänger von Informationen von seinen Nachbarn, die dann im Sende-Betriebsmodus sind, wechselt.
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Die 3 und 4 veranschaulichen zwei aufeinanderfolgende Zyklen n und n + 1, die es den Knoten erlauben, die Informationen im Netzwerk zu übertragen.
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Für jeden Knoten wird nämlich, wie das auf der 5 dargestellt ist, der Wechsel zwischen dem Empfangsmodus R und dem Sendemodus E von dem Kommunikationsautomaten ab dem Augenblick ausgelöst, in dem der entsprechende Knoten Informationen von seinen Nachbarn erhalten hat. In diesem Sinn wird der Ausdruck „Betriebsmodus des asynchronen Empfangs von Informationen von seinen benachbarten Knoten” verwendet.
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Nach Empfang der Informationen von den Nachbarn schaltet der Kommunikationsautomat die entsprechenden zugeordneten Ports des Knotens in ihren Sende-Betriebsmodus um, wobei alle dem Knoten zugeordneten Ports dann in den Informations-Sendemodus zu den benachbarten Knoten wechseln. In diesem Sinn wird der Ausdruck „Betriebsmodus des synchronen Sendens von Informationen zu den benachbarten Knoten” verwendet.
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Der Kommunikationsautomat ist nämlich ausgebildet, um alle dem Knoten zugeordneten Ports aus ihrem Empfangs-Betriebsmodus in ihren Sende-Betriebsmodus nach, für jeden von ihnen, entweder dem Empfang von gültigen Informationen oder dem Ablauf eines vorher bestimmten Zeitabschnitts des Nichtempfangs gültiger Informationen umzuschalten.
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In die andere Richtung ist der Kommunikationsautomat ausgebildet, um nach Beendigung des Sendens der Informationen durch den Port jeden der zugeordneten Ports aus seinem Sende-Betriebsmodus E in seinen Empfangs-Betriebsmodus R zurück umzuschalten.
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Damit wird verständlich, dass damit erlaubt wird, jede Kollision von Nachrichten in den Mitteln für die Übertragung von Informationen zu vermeiden, da in den Mitteln für die Übertragung von Informationen, die sie miteinander verbinden, benachbarte Knoten nicht gleichzeitig senden können.
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Dadurch werden, wie im vorgenannten Dokument des Standes der Technik beschrieben, extrem komplizierte Mittel zur Verwaltung von Kollisionen im Netzwerk vermieden, was zu einer sehr erheblichen Vereinfachung derselben führt.
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Ein Ausführungsbeispiel eines derartigen Knotens ist auf der 6 veranschaulicht.
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Der auf dieser Figur dargestellte Knoten ist mit dem allgemeinen Bezugszeichen 20 bezeichnet und die ihm zugeordneten Ports umfassen beispielsweise Mittel in Form von FIFO-Registern „First In-First Out”, die entgegengesetzt zwischen den Mitteln für die Übertragung von Informationen montiert sind, die diesen Knoten mit seinen Nachbarn verbinden.
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Natürlich kann auch jede andere Struktur, die Puffermittel mit der Logik First in-Fist out verwendet, verwendet werden.
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Diese Mittel in Form von FIFO-Registern sind mit den allgemeinen Bezugszeichen 21 und 22 bezeichnet.
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Eines dieser Mittel erlaubt also, die Informationen in eine Richtung zu übertragen und das andere in die andere Richtung des Netzwerks. Diese Mittel in Form von Registern erhalten nämlich Informationen von einem Knoten, um sie durch Weiterleitung an den anderen benachbarten Knoten und umgekehrt zu übertragen.
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Die Funktionsweise eines derartigen Knotens ist auf der 7 dargestellt.
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Auf dieser Figur sieht man die zuvor in ihren verschiedenen Zuständen beschriebenen Register 21 und 22 in dem Zustand, in dem sich der Knoten unter der Kontrolle des Kommunikationsautomaten befindet.
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Der erste Zustand, der im oberen Teil dieser Figur veranschaulicht ist, ist der Zustand des Knotens beim Empfang von Informationen.
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Jedes Mittel in Form eines FIFO-Registers 21, 22 hat bereits eine Nachricht im Speicher, die zuvor empfangen wurde und mit m0 und m'0 bezeichnet ist für die Nachrichten, die in die eine und die andere Richtung dieses Netzwerks zirkulieren.
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In dem Zustand, der im oberen Teil der Figur dargestellt ist, befindet sich der Knoten im Betriebsmodus des Empfangs der nächsten Nachrichten, wie beispielsweise der Nachrichten m1 und m'1.
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Sobald die zwei Nachrichten m1 und m'1 empfangen wurden, wechselt der Knoten, wie zuvor beschrieben, unter dem Einfluss des Kommunikationsautomaten in den Sendemodus der vorangegangenen Nachrichten, das heißt von m0 und m'0, die dann zu den entsprechenden benachbarten Knoten gesendet werden.
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Dieser Zustand ist im Übergangsteil dieser 7 dargestellt.
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Im unteren Teil dieser 7 wurden die Nachrichten m0 und m'0 derart gesendet, dass der Knoten dann in Wartestellung des Empfangs von Nachrichten von seinen Nachbarn wechselt und so weiter und so fort.
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Damit wird verständlich, dass sich die Nachrichten in einer Warteschlange befinden und gesendet werden, sobald neue Nachrichten eingegangen sind.
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Wie bereits weiter oben gesagt, erlaubt das Netzwerk im nominalen Betriebszustand dieses Netzwerks, das heißt, wenn alle Knoten und alle Mittel für die Übertragung von Informationen operativ sind, eine komplette Zirkulation der Informationen in den zwei Zirkulationsrichtungen der Nachrichten im Netzwerk.
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Damit kann das Netzwerk beispielsweise, und wenn es von Knoten gebildet wird, die in geschlossener Schleife verbunden sind, mit zwei logischen Ringen verglichen werden, in denen Nachrichten zirkulieren.
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Bei Verlust eines der Mittel für die Übertragung von Informationen zwischen zwei benachbarten Knoten, wie das auf der 8 dargestellt ist, wird die Kommunikationstopologie verändert, um einen einzigen Ring wiederherzustellen.
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In diesem Fall werden die Endknoten des derart gebildeten Zweigs angepasst, dass sie im Spiegelmodus zur Rücksendung der Informationen zum benachbarten sendenden Knoten arbeiten.
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Das wird durch Steuerung der entsprechenden Ports dieser Knoten durch die Mittel erreicht, die den entsprechenden Kommunikationsautomaten bilden. Diese Mittel, die den Automaten bilden, stellen also diese Fehlfunktion fest und befehlen eine Umschaltung der Ports in dem Spiegelmodus.
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Wie bereits ausgeführt wurde, können Knoten des Netzwerks ebenfalls mehr als zwei zugeordnete Eingangs- und Ausgangsports aufweise, wie der Port, der auf der 9 dargestellt ist.
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Der Knoten, der auf dieser Figur dargestellt und mit dem allgemeinen Bezugszeichen 30 bezeichnet ist, weist also beispielsweise drei oder mehr zugeordnete Ports auf, die mit den Bezugszeichen 31, 32 und 33 bezeichnet und eventuell Informationsroutingmitteln 34 zugeordnet sind.
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Dies erlaubt also, mit derartigen Knoten die Anzahl der möglichen Netzwerkkonfigurationen zu vervielfachen, wie das auf der 10 dargestellt ist, auf der man feststellen kann, dass Knoten von entsprechenden Mitteln für die Übertragung von Informationen in geschlossener Schleife verbindbar sind.
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Im Übrigen können Knoten von Mitteln für die Übertragung von Informationen auch in mindestens einem Zweig verbunden werden, dessen Endknoten ausgebildet sind, um im Spiegelmodus zur Rücksendung der Informationen in Richtung des benachbarten sendenden Knotens zu arbeiten, oder auch in Verbindungszweigen anderer Knoten, die von Mitteln für die Übertragung von Informationen in geschlossener Schleife verbunden sind.
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Selbstverständlich sind weitere Konfigurationen vorstellbar.
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Abschließend ist auf der 11 ein mögliches Ausführungsbeispiel eines Nachrichtenformats dargestellt, wobei dieses in klassischer Weise einen Nachrichtenkopf 40, Daten 41 und einen Kontrollabschnitt aufweist, der mit dem allgemeinen Bezugszeichen 42 bezeichnet ist.
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Vor diesem Hintergrund kann darauf hingewiesen werden, dass mindestens einige Knoten ebenfalls Mittel zum Erzeugen von Fehlerinformationen aufweisen können, die dazu bestimmt sind, bei Nichtempfang von gültigen Informationen von einem benachbarten Knoten in einem vorher bestimmten Zeitabschnitt gesendet zu werden.
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In gleicher Weise können mindestens einige dieser Knoten ebenfalls in klassischer Weise in dieser Art Anwendung Mittel zum Erzeugen von Serviceinformationen aufweisen, die dazu bestimmt sind, über das Netzwerk gesendet zu werden.
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Selbstverständlich sind noch andere Ausführungsformen vorstellbar.
