DE19849294C2 - Verfahren zum Verbreiten einer Nachricht - Google Patents

Abstract

Beim vorliegenden Verfahren zum Verbreiten einer Nachricht in einem nicht vollständigen Funkkommunikationsnetz (2) mit einer wechselnden Anzahl von Teilnehmern (4-12) zum Weiterleiten der Nachricht, wobei jeder Teilnehmer eine Sende- und Empfangseinrichtung für Nachrichten sowie ein Positionierungssystem zum Bestimmen seiner globalen Position aufweist, ermitteln Teilnehmer (6-12) nach Empfang der Nachricht ihre eigene Position und den Abstand d zum Sender der Nachricht, der ebenfalls Teilnehmer (6-12) ist, und senden die Nachricht mit ihrer eigenen Position nach einer vorgegebenen Wartezeit t, wobei die Wartezeit t mit zunehmendem Abstand d monoton abnimmt, an weitere Teilnehmer (6-12). Durch diese Maßnahme ist eine schnelle das Funkkommunikationsnetz (2) nicht belastende Übermittlung der Nachricht gewährleistet.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Verbreiten einer Nachricht in einem nicht vollständigen Teilnetz eines Funkkommunikationsnetz gemäß dem Oberbegriff des Anspruch 1. Ein solches Verfahren ist durch die DE 43 04 916 bekannt.

Verfahren zur Verbreitung von Nachrichten finden ihre Anwendung beispielsweise im Bereich der mobilen, drahtlosen Kommunikation. Speziell werden die sogenannten Adhoc-Netze betrachtet. In den Adhoc-Netzen schließen sich die Teilnehmer spontan und kurzfristig zusammen. Die Anordnung der mobilen Teilnehmer des Netzes ist beliebig und kann sich räumlich und zeitlich verändern. Ein Adhoc-Netze ist in der Regel ein mobiles dezentral gesteuertes Funkkommunikationsnetz, das nicht vollständig ist.

Ein Funknetz wird nur dann als vollständig bezeichnet, wenn zwischen jedem Teilnehmerpaar eine direkte Funkverbindung besteht. Jeder Teilnehmer ist mit einem Funkgerät ausgestattet, so daß er mit anderen Teilnehmern in Reichweite kommunizieren kann. Es gibt keine zentrale Instanz, die das so gebildete Funknetz steuert oder kontrolliert. Weiterhin besitzen die Teilnehmer lokale Uhren, die mit einer einheitlichen Zeitauflösung ausgestattet sind.

Adhoc-Netze treten beispielsweise auf, wenn sich mobile Computer (Laptops, Palmtops usw.) zu einer Konferenz zusammenschließen. Auch mehrere miteinander kommunizierende Roboter, die sich in schwer zugänglichem Terrain, wie beispielsweise im Weltraum, Unterwasser oder im Gefechtsfeld usw. bewegen, können ein Adhoc- Netz bilden.

Desweiteren gibt es bereits Kleinstgeräte, die mit Kommunikationsmöglichkeiten ausgestattet sind und von Personen am Körper getragen werden. Hierzu gehört beispielsweise ein Gerät mit dem Namen "Lovegety" der Firma Erfolg Co., Japan, welches unter anderem im Tagesspiegel vom 03.06.1998 unter der Rubrik "Leute" beschrieben ist und zum Auffinden eines geeigneten Partners vorgesehen ist. Zukünftig können auch solche Geräte Adhoc-Netze bilden, um komplexere Aufgaben zu lösen.

Schließlich fällt auch die funkbasierte direkte Fahrzeug- Fahrzeug-Kommunikation in dieses Anwendungsgebiet.

Bei den aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zum Verbreiten von Nachrichten müssen von den ausgewiesenen Kommunikationspartnern die Adressen bekannt sein, an welche die Nachrichten gesendet werden sollen. Falls diese Voraussetzung nicht erfüllt ist, können die bisher bekannten Verfahren nicht angewendet werden, weil die erforderlichen Informationen nur mit unverhältnismäßig großem Aufwand zu beschaffen sind. Außerdem wird häufig vorausgesetzt, daß zwischen jedem Teilnehmerpaar eine direkte Funkverbindung besteht.

Um die aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren zur Anwendung zu bringen, muß die gesamte Netztopologie bekannt sein oder von zentralen Instanzen ermittelt werden können.

Als Topologie eines Netzes wird in der Regel die Form der Verteilung der Teilnehmer oder Netzknoten und deren Verbindung miteinander bezeichnet.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Verbreiten einer Nachricht in einem nicht vollständigen Funkkommunikationsnetz mit einer wechselnden Anzahl von Teilnehmern zum Weiterleiten der Nachricht anzugeben, wobei die Nachricht möglichst schnell übermittelt wird und die Teilnehmer nicht notwendigerweise zu jedem Zeitpunkt Funkkontakt zueinander haben.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zum Verbreiten einer Nachricht in einem nicht vollständigen Funkkommunikationsnetz mit einer wechselnden Anzahl von Teilnehmern zum Weiterleiten der Nachricht, wobei jeder Teilnehmer eine Sende- und Empfangseinrichtung für Nachrichten sowie ein Positionierungssystem zum Bestimmen seiner globalen Position aufweist, wobei gemäß der Erfindung Teilnehmer nach Empfang der Nachricht ihre eigene Position und den Abstand d zum Sender der Nachricht bestimmen, der ebenfalls Teilnehmer ist, und die Nachricht mit ihrer Position nach einer vorgegebenen Wartezeit t, wobei die Wartezeit t mit zunehmendem Abstand d monoton abnimmt, an weitere Teilnehmer senden.

Das Verfahren gewährleistet eine optimale Verbreitung von Nachrichten, insbesondere von Kurznachrichten, Datenpaketen und Statusmeldungen, in einem Funkkommunikationsnetz, wenn den Teilnehmern keine Informationen über die Netztopologie vorliegen. Die Nachricht wird von einem Teilnehmer, der als Sender der zu übertragenden Nachricht agiert, schnell an wenigstens einen weiteren Teilnehmer des Teilnetzes übermittelt, wobei sich nicht alle Teilnehmer notwendigerweise in Reichweite des Senders der Nachricht befinden müssen.

Das Verfahren berücksichtigt im Gegensatz zu bisherigen aus dem Stand der Technik bekannten Ansätzen das begrenzte Wissen einzelner Teilnehmer im mobilen dezentralen Funkkommunikationsnetz. Den Teilnehmern des Funkkommunikationsnetzes braucht die vollständige Topologie des Netzes nicht bekannt zu sein. Das Verfahren optimiert die Nachrichtenverbreitung, wobei nur geringe Kenntnisse über Teilnehmer des Netzes und über das eigentliche Netz vorausgesetzt werden.

Die Voraussetzung, daß eine Kenntnis der Topologie des Netzes nicht für jeden Teilnehmer notwendig ist, ist sinnvoll und angebracht, da sich die Topologie aufgrund der teilweise hohen Mobilität der Teilnehmer ständig verändern kann.

Ein typisches Beispiel aus der Verkehrstechnik soll dies verdeutlichen: Auf einer Straße hat sich ein Unfall unter Teilnahme zweier Kraftfahrzeuge ereignet. Die Nachricht über den Unfall wird von wenigstens einem der am Unfall beteiligten Kraftfahrzeuge als Initiator an die Umgebung abgesendet. Das Zielgebiet für die Nachricht umfaßt beispielsweise einen Zielraum mit einer halbkreisförmigen Grundfläche und einem Radius von ungefähr 10 Kilometern. Alle Kraftfahrzeuge, die sich in diesem Zielraum befinden, sind die Zielgruppe für die Nachricht über den Unfall. Die Position der Empfänger sowie die Anzahl der Empfänger ändert sich in der Regel mit der Zeit. Daher ergibt eine genaue Kenntnis der Netz-Topologie innerhalb des Zielraums zu einem bestimmten Zeitpunkt keinen notwendigen Informationsgehalt.

Vorzugsweise enthält die vom ersten Teilnehmer gesendete Nachricht eine geometrische Beschreibung des Zielgebiets für seine Nachricht.

Durch Festlegung der Begrenzung des Zielgebiets kann im voraus abgeklärt werden, für welchen Empfängerkreis die zu sendende Nachricht überhaupt eine sinnvoll zu verwertende Nachricht ergibt.

Insbesondere können die Teilnehmer mit Hilfe einer Entscheidungsfunktion über ihre Zugehörigkeit zum Zielgebiet befinden und nur bei Zugehörigkeit zum Zielgebiet die Nachricht weiterleiten. Es können neben der geometrischen Begrenzung des Zielgebiets auch andere Entscheidungskriterien für die Entscheidung darüber relevant sein, ob die Teilnehmer zum vorgesehenen Zielgebiet gehören oder nicht.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung leiten die Teilnehmer die erhaltene Nachricht nur nach erstmaligem Empfang der Nachricht Teilnehmer weiter. Jeder Teilnehmer bestimmt nach Empfang der Nachricht, ob er die Nachricht zum ersten Mal erhalten hat. Hierzu wird vom Teilnehmer in einer Liste nachgesehen, welche einen Nachrichtenschlüssel über eine eindeutige Zuordnung der bisher erhaltenen Nachrichten zum jeweiligen Sender enthält. Hat der Teilnehmer die Nachricht bereits zuvor schon einmal erhalten, unternimmt er keine weiteren Aktivitäten, da er die Nachricht bereits zu einem früherem Zeitpunkt an weitere Teilnehmer weitergeleitet hat. Eine unnötige Belegung des Funkkommunikationsnetzes wird somit vermieden.

Vorzugsweise nimmt die Wartezeit t zwischen Empfang und Sendung exponentiell mit wachsendem Abstand d zwischen den kommunizierenden Teilnehmern ab. Diese Ausgestaltung der vorgegebenen Wartezeit t hat sich in der Erprobung als besonders günstig erwiesen.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.

Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungsfiguren näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1-Fig. 3 Szenarios für die Nachrichtenverbreitung in schematischer Darstellung;

Fig. 4 Die Wartezeit t in Abhängigkeit von der Entfernung d zwischen zwei Teilnehmern.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen ein nicht vollständiges Funkkommunikationsnetz 2 in schematischer Darstellung. Ein Netz wird als nicht vollständig bezeichnet, wenn nicht zwischen jedem Teilnehmer des Netzes eine direkte Funkverbindung besteht. Das Funkkommunikationsnetz 2 weist in der Regel eine wechselnde Anzahl von Teilnehmern 4 bis 12 auf. Mögliche direkte Funkverbindungen zwischen jeweils zwei Teilnehmern 4 bis 12 sind durch gestrichelte Strecken 14 und Pfeile 16 beschrieben.

Jeder Teilnehmer 4 bis 12 weist eine Sende- und eine Empfangseinrichtung für Nachrichten sowie ein Positionierungssystem zum Bestimmen seiner globalen Position auf.

Fig. 1 beschreibt das Szenario des Funkkommunikationsnetzes 2 zu einem Zeitpunkt t₁. Ein Teilnehmer 4 sendet eine Nachricht in den ihn umgebenden Raum, wobei zusammen mit der Nachricht auch seine globale Position übermittelt wird. Die Abstrahlung der Nachricht kann beispielsweise mit Hilfe eines Rundstrahlers erfolgen.

Die vom Teilnehmer 4 gesendete Nachricht mit der Information über seine globale Position wird von Teilnehmern 6 empfangen. Die zum Zeitpunkt t₁ möglichen Funkverbindungen unter Mitwirkung des Teilnehmers 4 sind durch Pfeile 16 dargestellt. Die vom Teilnehmer 4 gesendete Nachricht enthält eine Beschreibung des Zielgebiets für seine Nachricht. Die Einschränkung des Zielgebiets muß allerdings nicht für alle Anwendungsfälle gegeben sein.

In der vorliegende Situation sind vier Teilnehmer 6, 12 vom ersten Teilnehmer 4 aufgrund der technischen Randbedingungen erreichbar. Allerdings befinden sich nur die Teilnehmer 6 im vorgegebenen Zielgebiet 18, welches durch die gepunktete geschlossene Linie 20 begrenzt wird.

In einem weiteren nicht dargestellten Ausführungsbeispiel ist kein Zielgebiet vorgesehen, d. h. daß in diesem Falle auch der benachbarte Teilnehmer 12 eine Nachricht vom Teilnehmer 4 erhalten kann.

Die in Fig. 1 dargestellten Teilnehmer 6 sind übersichtlichkeitshalber durch nicht ausgefüllte Kreise dargestellt.

Die hier dargestellte Konstellation könnte sich beispielsweise im Straßenverkehr ergeben. Der Teilnehmer 4 wäre beispielsweise ein aufgrund eines Motorschadens liegengebliebenes Kraftfahrzeug, welches den nachkommenden Straßenverkehr behindert. Eine Nachricht des liegengebliebenen Teilnehmers 4 an Teilnehmer 6, d. h. nachfolgende Kraftfahrzeuge auf derselben Straßenseite, könnte erfolgen, um diese über den vorliegenden Motorschaden des Teilnehmers 4 zu informieren. Eine Staubildung kann dann vermieden werden.

Die Sendung der entsprechenden Nachricht müßte idealerweise automatisch ohne Einwirkung des Fahrers erfolgen. Hätte der Teilnehmer 4 beispielsweise einen Verkehrsunfall erlitten, so könnte unter Umständen der Fahrer gar nicht in der Lage sein Nachrichten unter eigener Mitwirkung aufzugeben.

Die Teilnehmer 6 bestimmen ihre eigene Position, beispielsweise mit einem dem Global Positioning System (GPS) zugrundeliegenden Verfahren, und ihren Abstand zum Teilnehmer 4. Die Nachricht vom Teilnehmer 4 mit seiner globalen Position wird nach einer vorgegebenen Wartezeit t, die mit zunehmendem Abstand d zwischen den Teilnehmer 4, 6 abnimmt, von den Teilnehmern 6 zu einem Zeitpunkt t₂ mit t₂ < t₁ an weitere Teilnehmer 8 weitergeleitet (siehe Fig. 2). Die Nachricht wird in diesem Ausführungsbeispiel nur vom Teilnehmer 6 weitergeleitet, wenn dieser die Nachricht zum ersten Mal erhalten hat. Ein unnötiger Aufbau von Funkverbindungen zwischen den Teilnehmern 4 bis 12 wird somit vermieden.

Da t₂ von der vorgegebenen Wartezeit t und damit vom Abstand zwischen den Teilnehmern abhängt, kann der Fall eintreten, daß Teilnehmer 6 in Nachbarschaft vom Teilnehmer 4 die Nachricht noch gar nicht zum Zeitpunkt t₂ abgeschickt haben. Die benachbarten Teilnehmer 6 versenden die Nachricht erst zu einem Zeitpunkt t₃ mit t₃ < t₂ an weitere Teilnehmer 8 (siehe Fig. 3).

Des weiteren ist die Option gegeben, daß die Teilnehmer 6 bis 10 als Empfänger der Nachricht vom ersten Teilnehmer 4 mit Hilfe einer Entscheidungsfunktion über ihre Zugehörigkeit zum Zielgebiet 20 entscheiden. Die alleinige geometrische Zugehörigkeit zum Zielgebiet 20 ist unter Umständen nicht ausreichend, so daß wenigstens eine weitere Entscheidungsfunktion zum Feststellen der Zielgebietszugehörigkeit herangezogen wird.

Das exponentielle Abnehmen der Wartezeit t in Abhängigkeit vom Abstand d zwischen zwei Teilnehmer 4 bis 10, insbesondere zwischen dem ersten Teilnehmer 4 und zweiten Teilnehmern 6, ist im Diagramm der Fig. 4 dargestellt. Hierdurch ist gewährleistet, daß bevorzugt Teilnehmer 6 bis 10 am Rand des Zielgebiets für eine schnelle Weiterleitung der Nachricht des ersten Teilnehmers 4 vorgesehen sind, wodurch unter anderem ein schnelles effektives Verbreiten der Nachricht des ersten Teilnehmers 4 gewährleistet wird. Es können jedoch in Abhängigkeit vom Szenario auch andere funktionale Abhängigkeiten der Wartezeit t vom Abstand d verwendet werden. Insbesondere können auch verschiedene funktionale Abhängigkeiten innerhalb des Teilnetzes eingesetzt werden.

Die Nachricht wird solange und sooft im Funkkommunikationsnetz von Teilnehmer 6 bis 12 zu Teilnehmer 6 bis 12 weitergegeben, bis alle Teilnehmer 6 bis 12 die Nachricht erhalten haben. In einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Nachricht mit einem Zähler versehen, der die Anzahl der erfolgten Sendungen der Nachricht aufzeigt, wobei die Nachricht sooft weitergeleitet wird, bis ein vorgegebener Wert für den Zählerstand erreicht ist.

Das erfindungsgemäße Verfahren gewährleistet eine optimale Verbreitung von Nachrichten, insbesondere von Kurznachrichten, Datenpaketen und Statusmeldungen, im Funkkommunikationsnetz 2.

Claims (9)

1. Verfahren zum Verbreiten einer Nachricht in einem nicht vollständigen Funkkommunikationsnetz (2) mit einer wechselnden Anzahl von Teilnehmern (4-12) zum Weiterleiten der Nachricht, wobei jeder Teilnehmer eine Sende- und Empfangseinrichtung für Nachrichten sowie ein Positionierungssystem zum Bestimmen seiner globalen Position aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß Teilnehmer (6-12) nach Empfang der Nachricht ihre eigene Position und den Abstand d zum Sender der Nachricht bestimmen, der ebenfalls Teilnehmer (6-12) ist, und die Nachricht mit ihrer Position nach einer vorgegebenen Wartezeit t, wobei die Wartezeit t mit zunehmendem Abstand d monoton abnimmt, an weitere Teilnehmer (6-12) senden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Teilnehmer (6-12) die erhaltene Nachricht nur nach erstmaligem Empfang der Nachricht weiterleiten.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die gesendete Nachricht eine geometrische Beschreibung eines Zielgebiets (20) für die Nachricht enthält.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß Teilnehmer (6-12) mit Hilfe einer lokalen Entscheidungsfunktion über ihre Zugehörigkeit zum Zielgebiet (20) befinden und nur bei Zugehörigkeit zum Zielgebiet (20) die Nachricht weiterleiten.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachricht mit einem Zähler versehen ist, der die Anzahl der erfolgten Sendungen der Nachricht aufzeigt, wobei die Nachricht sooft weitergeleitet wird, bis ein vorgegebener Wert für den Zähler erreicht wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Wartezeit t exponentiell mit wachsendem Abstand d zwischen den kommunizierenden Teilnehmern (6-12) abnimmt.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nachricht die globale Position eines Ereignisses enthält.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die globale Position nach einem dem Global Positioning System (GPS) zugrundeliegenden Verfahren bestimmt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Sendung der Nachricht mit einem Rundstrahler erfolgt.