DE19733586C1 - Telekommunikationssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Telekommunikationssystem und insbesondere ein dezentrales Telekommunikationssystem bei dem der Verbindungsaufbau nicht über Vermittlungsstellen läuft, sondern von Station zu Station, wobei jede Station einen Teilnehmer des Netzes bezeichnet.

Aus DE 33 37 648 C2 ist ein Telekommunikationssystem mit dezentraler Organisation aller Kommunikations- und Ver­ waltungsfunktionen bekannt. Dieses Telekommunikations­ system besteht aus Mobilstationen. Jede dieser Mobil­ stationen kann als Vermittlung (Relais) zwischen paarweise kommunizierenden Mobilstationen fungieren. Eine Kommuni­ kation zwischen zwei nicht direkt, sondern über Relais verbindbaren Stationen, erfordert die Festlegung einer (günstigen) Route. Die einzelnen Routen werden in einer Tabelle festgehalten, die in der Station gespeichert wird. Auf diese Weise ist der Informationsweg von vornherein festgelegt. Ist eine Route unterbrochen oder nicht realisierbar, so wird auf die Tabelle der auf der Route nächstliegenden Nachbarstation zurückgegriffen. Diese ver­ wendet ihre eigene Routing-Tabelle, um das Paket an die nächste in Zielrichtung liegende Station weiterzuleiten. Ein derartiges Routing erfordert einen großen Aufwand und kann zu erheblichen Umwegen führen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Tele­ kommunikationssystem zu schaffen, bei dem das Routing in der Weise durchgeführt wird, daß in jedem Fall eine geo­ graphisch kurze Verbindung zwischen der Quellstation und der Zielstation aufgebaut wird, auch wenn einzelne der dazwischenliegenden Stationen nicht betriebsbereit sind.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.

Das erfindungsgemäße Telekommunikationssystem basiert darauf, daß die geographische Lage jeder einzelnen Station festgestellt und gespeichert wird, z. B. in Form von Koordinaten, wofür sich die Erdkoordinaten nach Längengrad und Breitengrad anbieten. Jeder Station ist mindestens eine Nachbarstation zugeordnet. Als Nachbarstationen sind diejenigen Stationen definiert, die mit der betreffenden Station in direkte Verbindung treten können, d. h. ohne Zwischenstation. Aus den geographischen Lagen der Quell­ station und der Zielstation wird die geographische Richtung der aufzubauenden Verbindung bestimmt. Anhand dieser Richtung wird aus den Nachbarstationen diejenige ausgewählt, die der Zielrichtung am nächsten liegt. Dieser Station wird das Ziel ebenfalls mitgeteilt und dann wird die neue Zielrichtung von dieser Station aus zum Ziel bestimmt. Der Auswahlvorgang setzt sich auf diese Weise so lange fort, bis das Ziel erreicht ist. Auf diese Weise wird der kürzeste Weg von der Quellstation zur Zielstation aufgebaut. Wenn eine der dazwischenliegenden Stationen nicht betriebsbereit oder gestört ist, oder wenn die Ver­ bindung zu dieser Station aus anderen Gründen, z. B. wegen eines dazwischenliegenden Hindernisses, nicht hergestellt werden kann, wird der Weg über eine andere Nachbarstation gewählt, die der Zielrichtung am zweitnächsten liegt. Der Verbindungsaufbau erfolgt daher sehr flexibel und unter Berücksichtigung der jeweiligen örtlichen und zeitlichen Verhältnisse.

Das Telekommunikationssystem eignet sich beispielsweise als Telefonsystem, wobei die Verwendung als reines Daten­ übertragungssystem eingeschlossen ist. Die Verbindung der Stationen untereinander erfolgt vorzugsweise drahtlos durch elektromagnetische Wellen, wobei jede Station einen Sende-Empfänger von begrenzter Reichweite enthält. Für den Datenverkehr steht eine Vielzahl von Kanälen zur Ver­ fügung, wobei jeder Kanal durch eine Trägerfrequenz definiert ist. Bei einem bidirektionalen Datenverkehr zwischen zwei Stationen erfolgt eine Abstimmung über die zu benutzenden Kanäle bzw. Trägerfrequenzen in der Weise, daß die Stationen sich darüber verständigen, welcher Kanal für die Richtung von Station A nach Station B und welcher Kanal für die Richtung von Station B nach Station A benutzt wird. Jede Station kann als Quell- oder Ziel­ station auch dann benutzt werden, wenn sie gleichzeitig als Relaisstation auf dem Weg zwischen einer anderen Quellstation und Zielstation arbeitet. Dabei laufen die einzelnen Datenwege über unterschiedliche Kanäle bzw. Frequenzen.

Vorzugsweise ist ein Informationsrechner vorgesehen, der die Daten über die geographischen Lagen der Stationen ent­ hält und mit welchem jede Station in Verbindung treten kann. Es ist daher nicht erforderlich, die geographischen Lagen sämtlicher Station in jeder einzelnen Station zu speichern. Vielmehr hat jede Station Zugriff auf den Informationsrechner. Dieser gibt nach Empfang einer Telefonnummer oder eines Codewortes, das die Zielstation bezeichnet, die geographischen Daten der Zielstation aus.

Die geographischen Daten einer Station können dadurch ermittelt werden, daß die Station mit einem GTS-Empfänger ausgestattet ist, welcher mit einem Erdsatellitensystem in Verbindung treten und von diesem seine geographischen Daten mit hoher Genauigkeit empfangen kann. Natürlich besteht auch die Möglichkeit, die geographischen Daten manuell einzugeben.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung, stehen allen Stationen für den Datenverkehr zahlreiche Kanäle zur Verfügung auf denen sie senden oder empfangen können. Bei einem Verbindungsaufbau erfolgt zwischen den beiden unmittelbar miteinander kommunizierenden Stationen ein Dialog über die zu benutzenden beiden Kanäle auf einem Steuerkanal. Dieser Steuerkanal kann aus einer einzigen Frequenz bestehen, die für das gesamte Netz einheitlich benutzt wird. Die Stationen hören den Steuerkanal ständig ab und reagieren, wenn über den Steuerkanal eine Kennung ausgesandt wird, die dieser Station entspricht.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung, variiert die Sendeleistung und/oder Empfangsleistung einer Station in Abhängigkeit von der Nachbarstation mit welcher der Daten­ verkehr stattfindet. Für den Verkehr mit weiter entfernt liegenden Nachbarstationen muß natürlich eine größere Leistung aufgewandt werden. Jede Station erhält ent­ sprechende Informationen nur für die begrenzte Zahl von Nachbarstationen, mit denen sie unmittelbar kommunizieren kann. Zur Ermittlung der benötigten Leistung können die Stationen in bestimmten Zeitabschnitten automatisch mit­ einander in Verbindung treten, um die Übertragungsstrecke zu testen und festzustellen, welche Sende- und/oder Empfangsleistung für einen qualitativ ausreichenden Daten­ verkehr erforderlich ist. Auf diese Weise werden Erfahrungswerte für jede direkte Verbindungsstrecke ermittelt, gespeichert und aktualisiert. Diese Erfahrungs­ werte können als Auswahlkriterium für eine Richtungs­ auswahl mitbenutzt werden.

Das erfindungsgemäße Telekommunikationssystem eignet sich insbesondere für feste Stationen. Die festen Stationen können jedoch als Relaisstationen für Mobilstationen benutzt werden und die Mobilstationen benötigen keine geo­ graphische Identifikation ihrer Lage. Vielmehr treten sie mit einer festen Station in Verbindung und teilen der festen Station ihre Identifikation mit. Jede Mobilstation ist einer festen Station zugeordnet. An die Mobilstation gerichtete Anrufe werden an die zugehörige feste Station geleitet, die daraufhin die Verbindung mit der mobilen Station veranlaßt. Die Verbindungen zu der Mobilstation werden also über die betreffende feste Station abge­ wickelt, die für die Zeit, in der die Mobilstation sich in ihrer Nähe befindet, den Wirt bildet.

Wenn mehrere feste Stationen in großer räumlicher Nähe angeordnet sind und eine Mobilstation sich in demselben Bereich befindet, könnte es geschehen, daß die Mobil­ station sich gleichzeitig im Erfassungsgebiet mehrerer fester Stationen befindet. Daher werden Vorkehrungen getroffen, um in einem solchen Fall sicherzustellen, welche der festen Stationen den Wirt für die Mobilstation bildet. Eine Weiterleitung der Mobilstation an eine andere Nachbarstation unterbleibt, solange sich die Mobilstation in einem einen sicheren Datenverkehr mit dem Wirt erlaubenden Gebiet befindet. Die Nachbarstationen können sich auch darüber unterrichten, daß eine Mobilstation in ihrem Gebiet herumgeht und welche der Nachbarstationen die Funktion des Wirtes übernimmt.

Im folgenden wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 den ersten Schritt eines Routings bei dem erfindungsgemäßen Telekommunikationssystem,

Fig. 2 den zweiten Schritt des Routings,

Fig. 3 die vollständige Verbindung von der Quellstation zur Zielstation,

Fig. 4 ein Beispiel der Umleitung der Verbindungsstrecke um ein Hindernis, und

Fig. 5 ein Beispiel des Aufbaus der Richtungsselektion für die Auswahl der nächst folgenden Nachbar­ station.

In den Fig. 1 bis 3 ist jeweils dasselbe Netz von Stationen S dargestellt, die in willkürlicher Weise geo­ graphisch verteilt angeordnet sind. Jede Station S enthält einen Sender und einen Empfänger. Für die Datenübertragung stehen insgesamt 630 Kanäle (Trägerfrequenzen) zur Ver­ fügung. Auf jeder Verbindungsstrecke wird ein Kanal für die Hinleitung und ein Kanal für die Rückleitung aus­ gewählt.

Es sei angenommen, daß ein Datenverkehr zwischen einer Quellstation S_S und einer Zielstation S_T durchgeführt werden soll und daß ein entsprechender Verbindungsweg auf­ gebaut werden muß.

Die Quellstation S_S hat 4 Nachbarstationen S_N1, S_N2, S_N3 und S_N4, mit denen sie in direkten Dialog treten kann. Alle Stationen sind untereinander gleichberechtigt. Auch jede andere Station S hat eine Reihe von Nachbarstationen, wobei die Zahl der Nachbarstationen zwischen 1 und 5 beträgt. In jeder Station sind für jede Nachbarstation die geographischen Daten bzw. die geographische Richtung, in der diese Nachbarstation sich befindet, gespeichert. Ferner ist zu jeder Nachbarstation die Qualität der Daten­ verbindung gespeichert.

Wenn die Quellstation S_S mit der Zielstation S_T in Ver­ bindung treten will, erfragt sie aus einem (nicht dar­ gestellten) Informationsrechner die geographischen Daten der Zielstation ab und berechnet daraus die Richtung D1 in der die Zielstation sich befindet. Dann wird diejenige Nachbarstation gesucht, die von S_S aus dieser Richtung am nächsten liegt. Im vorliegenden Fall ist dies die Nachbar­ station S_N1. Die Quellstation fragt bei der Nachbar­ station S_N1 an, ob diese in der gewünschten weiteren Richtung zur Zielstation mit einer nachfolgenden Nachbar­ station in Verbindung treten kann (frei ist) und beurteilt die Qualität der Verbindung. Ferner wird der Nachbar­ station S_N1 die geographische Lage der Zielstation S_T mit­ geteilt. Die Nachbarstation S_N1 bestimmt dann die neue Zielrichtung D2 und nimmt den Dialog mit einer ihrer Nach­ barstationen auf, die der gewünschten Zielrichtung D2 am nächsten liegt. Dabei können mehrere Versuche ausgeführt werden, die in den Zeichnungen als strichpunktierte Linien dargestellt sind und Alternativen zu der im Beispielsfall ausgewählten Verbindung darstellen.

In Fig. 3 ist die gesamte durchgeschaltete Route von der Quellstation S_S zur Zielstation S_T dargestellt, wobei die strichpunktierten Wege jeweils Alternativwege darstellen, die eingenommen werden können, wenn der Hauptweg nicht verfügbar ist.

Zwischen jeweils zwei Stationen wird der Datenverkehr auf den zwischen diesen Stationen vereinbarten Kanälen durch­ geführt. Jede Station enthält eine Koppelmatrix, in der eine Kanalumsetzung durchgeführt werden kann. Dies bedeutet, daß auf den einzelnen Teilstrecken W1, W2, W3, . . . der Datenverkehr auf jeweils anderen Kanälen läuft. In Fig. 4 ist der Fall dargestellt, daß sich zwischen einer Station S_B und einer Station S_C ein Hindernis H befindet, beispielsweise ein Hochhaus, das die Funk­ verbindung unterbricht. In diesem Fall können in der Station S_B Umleitungswege gespeichert sein, die ein­ genommen werden müssen, wenn die Station S_C das Ziel dar­ stellt oder auf dem Zielweg liegt.

Fig. 5 zeigt für eine Station S die Zielsektoren, nach denen die Auswahl der jeweiligen Nachbarstationen erfolgt. Die Zielsektoren werden nach Entfernungen "bis 10 km", "zwischen 10 und 100 km" und "größer als 100 km" bestimmt, wobei die Anzahl der Winkelsektoren für den Bereich großer Entfernungen größer ist als für den Bereich kleiner Ent­ fernungen. Für die Selektion der auszuwählenden Nachbar­ station wird derjenige Sektor bestimmt, in dem sich die Zielstation S_T befindet.

Ein weiteres Selektionskriterium ist die Erfolgsaussicht, daß über die betreffende Nachbarstation eine Verbindung zustande kommt. In jeder Station werden die Anzahl der Versuche und die Anzahl der daraufhin zustande gekommenen Verbindungen im Verhältnis mit jeder Nachbarstation registriert.

Es wurde bereits erläutert, daß die in dem Ausführungs­ beispiel beschriebenen Stationen feste Stationen sind und daß die festen Stationen jeweils einen Wirt für eine oder mehrere mobile Stationen bilden können. Auf diese Weise kann das Netz allen gestellten Anforderungen entsprechen.

Claims (9)

1. Telekommunikationssystem mit zahlreichen geographisch verteilt angeordneten Stationen (S), die untereinander einen Datenverkehr durchführen können, wobei jeder Station Nachbarstationen (S_N) zugeordnet sind, mit denen ein direkter Datenverkehr möglich ist, dadurch gekennzeichnet,

• - daß für jede Station (S) die geographische Lage ihres Ortes gespeichert ist,
• - daß für einen Verbindungsaufbau aus den geo­ graphischen Lagen einer Quellstation (S_S,) und einer Zielstation (S_T), die Zielrichtung (D1) der aufzubauenden Verbindung bestimmt wird,
• - daß von der Quellstation (S_S,) in Abhängigkeit von der festgestellten Zielrichtung eine Nachbar­ station (S_N1) aufgerufen wird, mit der eine Ver­ bindung hergestellt wird, und
• - daß anhand der geographischen Lagen der Nachbar­ station (S_N1) und der Zielstation (S_T) der Ver­ bindungsaufbau bis zum Erreichen der Ziel­ station (S_T) fortgesetzt wird.

2. Telekommunikationssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten über die geographischen Lagen der Stationen (S) in einem Informationsrechner gespeichert sind, mit welchem jede Station in Ver­ bindung treten kann.

3. Telekommunikationssystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß allen Stationen für den Datenverkehr zahlreiche Kanäle zur Verfügung stehen, auf denen sie senden oder empfangen können, und daß bei einem Verbindungsaufbau zwischen den beiden beteiligten Stationen ein Dialog über die zu benutzenden beiden Kanäle auf einem Steuerkanal erfolgt.

4. Telekommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendeleistung und/oder Empfangsleistung einer Station in Abhängig­ keit von der Nachbarstation, mit welcher der Daten­ verkehr stattfindet, variiert.

5. Telekommunikationssystem nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Station Erfahrungswerte über diejenige Sende- und/oder Empfangsleistung speichert, die für einen qualitativ ausreichenden Datenverkehr mit jeder Nachbarstation erforderlich ist.

6. Telekommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Station Erfahrungswerte darüber speichert, mit welcher Häufig­ keit eine sichere Verbindung mit jeder der Nachbar­ stationen hergestellt werden kann, und daß diese Erfahrungswerte bei der Auswahl der Nachbarstationen berücksichtigt werden.

7. Telekommunikationssystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß eine Station mit allen in ihrer Reichweite befindlichen Stationen in Verbindung tritt, um die Selektion der Nachbar­ stationen und die über diese Nachbarstationen gespeicherten Informationen zu aktualisieren.

8. Telekommunikationssystem nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Mobilstationen vor­ gesehen sind, die im Bereich einer festen Station mit dieser in Verbindung treten können, und daß die Fest­ station die Identifikation der mit ihr in Verbindung getretenen Mobilstation an den Informationsrechner liefert, wobei Verbindungen zu der Mobilstation über die betreffende feste Station abgewickelt werden.

9. Telekommunikationssystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die feste Station ihre Nachbar­ stationen von der Anwesenheit der Mobilstation unter­ richtet und eine Weiterleitung der Mobilstation an eine Nachbarstation unterbleibt, solange sich die Mobilstation in einem einen sicheren Datenverkehr mit der festen Station erlaubenden Gebiet befindet.