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Diese Erfindung bezieht sich auf ein Datenübertragungssystem, das eine
Hauptstation und eine Vielzahl von Unterstationen besitzt, die mit der Hauptstation über einen
gemeinsamen Kanal in Verbindung stehen.
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Ein bekanntes System des obererwähnten Typs, "geschlitztes ALOHA" genannt,
gestattet irgendeiner Unterstation, die ein Datenpaket übermitteln möchte, es in
irgendeinem Schlitz einer ununterbrochenen Reihe von Zeitschlitzen, die durch ein von der
Hauptstation gesendetes, synchronisierendes Signal markiert ist, zu übermitteln.
Dieses System hat den Nachteil, daß, wenn eine wachsende Zahl von Nachrichten gesendet
wird, mehr und mehr Zeitschlitze durch die Tätigkeit von mehr als einer, gleichzeitig
übermittelnden Unterstation mehrfach besetzt werden.
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Ein weiteres, bekanntes System, beschrieben in einem Artikel von Hiromi Okada et
al., "Analysis and application of framed ALOHA channel in satellite packet switching
networks - FADRA method", veröffentlicht in Band 60B, Nummer 8 von Electronics
and Communications in Japan, verwendet Rahmen, die aus einer festgesetzten Anzahl
von Zeitschlitzen, in denen Unterstationen übermitteln können, zusammengesetzt sind.
Es erreicht einen höheren Durchsatz als die einfache geschlitzte ALOHA-Methode auf
Kosten einer gewissen Kompliziertheit, beseitigt jedoch nicht ihren oben erwähnten
Nachteil.
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Ein weiteres, bekanntes System, "geschlitztes ALOHA mit dynamischer
Rahmenlänge" genannt, verwendet wieder Rahmen, die aus einer Anzahl von
Zeitschlitzen zusammengesetzt sind, jedoch wird die Zahl der Schlitze durch die Hauptstation
als Antwort auf die beobachtete Besetzung der Schlitze in einem vorherigen Rahmen
verändert. Es ist für diese Methode von zentraler Bedeutung, daß jede Unterstation,
die ein Datenpaket zu übermitteln hat, dies in einem zufällig ausgewählten Zeitschlitz
tut. Diese Methode, von der ein Beispiel in GB-B-2069799 beschrieben ist,
beseitigt den oben erwähnten Nachteil des geschlitzten ALOHA unter Bedingungen starken
Verkehrsflusses. Allerdings wird, falls jeder der relativ wenigen Benutzer einen
kontinuierlichen Strom von Datenpaketen zu übermitteln hat, nur ein begrenzter Teil (z. B.
etwa 40%) der für die Übermittlung verfügbaren Zeit zweckdienlich verwendet.
Einige Zeitschlitze sind durch Übermittlungen von mehr als einer Unterstation mehrfach
besetzt, während andere Zeitschlitze ungenutzt bleiben. Dies ist ein unvermeidliches
Ergebnis des zufälligen Auswahlverfahrens.
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In noch einem weiteren, bekannten System, "Zeitdivision-Mehrfach-Zugriff"
genannt, weist die Hauptstation einen besonderen Zeitschlitz in jedem Rahmen jeder
Unterstation zu. Dies ist zufriedenstellend in einer Situation, in der relativ wenige
Unterstationen jeweils einen kontinuierlichen Strom von Datenpaketen zu übermitteln
haben, ist jedoch nicht zufriedenstellend in einer Situation, in der jede von relativ vielen
Unterstationen relativ selten übermitteln soll.
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Die vorliegende Erfindung entsprang einem Bemühen, beide Typen von Situationen
effizient zu bewältigen, wobei man von beiden tatsächlich erwarten kann, daß sie in der
Praxis von Zeit zu Zeit auftreten können.
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Diese Erfindung schafft ein Kommunikationssystem mit einer Hauptstation, die im
Betrieb einen Rahmen definiert, der eine spezifizierte, variable Anzahl von
Zeitschlitzen enthält; und mit einer Vielzahl von Unterstationen, wobei jede ein Auswahlmittel
einschließt, um einen Zeitschlitz für die Übermittlung einer Information an die
Hauptstation auszuwählen: dadurch gekennzeichnet, daß das Auswahlmittel in einer
Unterstation ein Mittel, das eine Identitätsnummer exklusiv für diese Unterstation definiert,
ein Mittel zur Bestimmung eines Restes nach der Division der Identitätsnummer durch
die spezifizierte Anzahl von Zeitschlitzen und ein Mittel aufweist, um den Rest zur
Bestimmung des Zeitschlitzes, in welchem die Übermittlung stattfindet, zu verwenden.
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Ein Mittel wird vorzugsweise eingefügt, um zu bestimmen, ob ein Schlitz oder
mehrere Schlitze in einem Rahmen durch gleichzeitige Übermittlungen von einer
Vielzahl von Unterstationen mehrfach besetzt ist oder sind. Falls eine solche mehrfache
Besetzung auftritt, wird die Anzahl der Schlitze in einem nachfolgenden Rahmen
vorzugsweise geändert. Dies wird gewöhnlich die für diese mehrfache Besetzung
verantwortlichen Unterstationen veranlassen, im nächsten Rahmen andere Zeitschlitze
auszuwählen. Beispielsweise wird, falls in einem Rahmen mit zehn Zeitschlitzen der Schlitz
mit Nummer 7 wegen einer gleichzeitigen Übermittlung durch Unterstationen mit den
Identitätsnummern 37 und 57 mehrfach besetzt ist, dann eine Änderung in der Anzahl
der Zeitschlitze auf elf im nächsten Rahmen die Unterstation 37 veranlassen, im Schlitz
4 zu senden, und die Unterstation 57 veranlassen, im Schlitz 2 zu senden.
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Eine andere Betrachtung, welche die Hauptstation anstellen kann bei der
Entscheidung der Anzahl der Schlitze, die einem Rahmen zugewiesen wird, basiert auf
irgendeiner möglichen Kenntnis bezüglich der Identitäten der Unterstationen, die
voraussichtlich in einem Schlitz übermitteln werden, der als mehrfach besetzt beobachtet wird.
Kann die Hauptstation eine vernünftige Schlußfolgerung betreffend der Identitäten
solcher Unterstationen treffen, kann sie die Zahl von Schlitzen im nächsten Rahmen
wählen, um die Wahrscheinlichkeit einer ähnlichen, wieder auftretenden mehrfachen
Besetzung zu minimieren.
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Falls die höchste Identitätsnummer relativ klein ist, die irgendeiner Unterstation,
von der eine Übermittlung erwartet wird, zugeordnet ist, kann die Hauptstation eine
Zahl von Zeitschlitzen festsetzen, die gleich der höchsten Identitätsnummer ist, so daß
kein Zeitschlitz mehrfach besetzt sein wird.
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Das Kommunikationssystem kann ein Radio-Kommunikationssystem sein, in dem
die Unterstationen über einen gemeinsamen Radiokanal an die Hauptstation senden
und in dem die Hauptstation mit der Unterstation entweder über den gleichen oder
einen anderen Kanal in Verbindung steht. Die Unterstationen können beispielsweise
mobile Radios sein, jedoch ist die Erfindung auf fixierte Unterstationen ebenso
anwendbar. Beispielsweise können sie fixierte Erdstationen sein, wobei die Hauptstation
von einem künstlichen Satelliten getragen wird. Die Erfindung ist nicht ausschließlich
auf Radiosysteme anwendbar: sondern ist auch auf Kabel- oder optische Fasersysteme
anwendbar.
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Der zur Übermittlung verwendete Zeitschlitz kann bestimmt werden gemäß
irgendeiner vorher bestimmten Funktion des "Restes", auf den schon hingewiesen wurde.
Zum Beispiel könnte die Nummer des gewählten Zeitschlitzes gleich dem Rest oder das
Doppelte des Restes sein.
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Eine mögliche Ausführungsform der Erfindung wird nun beispielhaft unter Bezug
auf die beiliegenden, schematischen Zeichnungen beschrieben werden, in denen
veranschaulicht:
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Fig. 1 eine Hauptstation, Unterstationen und Kommunikationskanäle zwischen
ihnen;
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Fig. 2 Details von einer der in Fig. 1 gezeigten Unterstationen; und
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Fig. 3 bei A und B Signale auf den zwei Kommunikationskanälen 5 und 13 von
Fig. 1.
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Das veranschaulichte System weist eine Hauptstation 1 und eine Anzahl von
Unterstationen 2, 3, 4, . . .. N auf. Die Hauptstation 1 sendet auf einem ersten Radiokanal 5
eine Nachricht, welche jede Unterstation empfängt. Diese Nachricht ist bei A in Fig.
3 gezeigt und definiert zwei Dinge. Erstens während einer Zeitspanne a&sub1; eine Reihe von
Binärzeichen, welche den Empfänger auf den Empfang vorbereitet und eine Zeitmarke
t&sub0; definiert. Zweitens definiert sie während einer Zeitspanne a&sub2; eine Reihe von Ziffern,
welche eine Zahl n von Zeitschlitzen spezifiziert, während jedes von denen irgendeine
Unterstation ein Datenpaket an die Hauptstation übermitteln kann. Diese Reihe von
Zeitschlitzen beginnt bei einer Zeit t&sub1;, welche eine bekannte Zeit nach t&sub0; liegt.
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Die konzeptionelle Unterteilung der Zeit in diese von 0 bis n-1 numerierten
Zeitschlitze ist bei B in Fig. 3 gezeigt. Der erste Zeitschlitz beginnt bei t&sub1;. Die Gruppe
der Zeitschlitze bezeichnet man als "Rahmen". Nach dem Ende des Rahmens wird
der Prozeß bei t&sub2; beginnend wiederholt mit der Übermittlung eines anderen
synchronisierenden Signals, das identisch zu jenem während der Zeitspanne a&sub1;übermittelten
ist.
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In Fig. 2 schließt nun jede Unterstation eine Speichervorrichtung 6 ein, die eine
Identitätsnummer enthält, welche die Unterstation von anderen Unterstationen
unterscheidet. In dem speziellen Beispiel ist diese Identitätsnummer permanent der
Unterstation zugeordnet, während in einer alternativen Ausführung sie durch die
Hauptstation zugeordnet wird während einer Registrierungsprozedur, welche die Unterstation
vor der Übermittlung von Nachrichten durchlaufen muß.
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Beim Empfang der von der Hauptstation während einer Zeitspanne a&sub2;
übermittelten Information in einem Empfänger 7 wird die während dieser Zeitspanne
übermittelte digitale Zahl n in einem Speicher 8 gespeichert, wobei diese Zahl die Anzahl der
Schlitze in einem Rahmen repräsentiert. Die Unterstation hat in einem Speicher 9 ein
Datenpaket, das übermittelt werden soll, und eine logische Schaltung 10, durch die
sie entscheidet, in welchem Zeitschlitz sie es übermittelt. Sie entscheidet dies durch
Berechnung des Restes, der übrigbleibt nach der Division der im Speicher 6
abgelegten Identitätsnummer durch die im Speicher 8 abgelegte Anzahl von Schlitzen. Dieser
Rest zeigt die Nummer der Zeitschlitzes an, in dem das Datenpaket übermittelt
werden sollte. Ein Zeitgeber 11 wird eingestellt durch das synchronisierende Signal, das
während der Zeitspanne a&sub1; übermittelt und durch den Empfänger 7 empfangen wird.
Der Zeitgeber 11 veranlaßt einen Transmitter 12, während des ausgewählten
Zeitschlitzes das Datenpaket an die Basisstation zu übermitteln. Dies erfolgt über einen Kanal
13, der allen Unterstationen gemein ist.
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Wenn irgendein Datenpaket in die umgekehrte Richtung, d. h. von der Hauptstation
zu einer Unterstation, übermittelt werden soll, kann dies über den Kanal 5 während
der bei A angezeigten Zeitspannen t&sub1; und t&sub2; getan werden.
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Ein Datenpaket von einer Unterstation wird in der Hauptstation von einem
Empfänger 14 (Fig. 1) empfangen. Ein Monitor 15 beobachtet den Zustand des
Kanals 13 während jedes Zeitschlitzes, d. h. er registriert, ob er besetzt, unbesetzt
oder mehrfach besetzt ist. Mit "mehrfach besetzt" ist die Besetzung eines Zeitschlitzes
durch mehr als ein Datenpaket gemeint. Eine logische Schaltung 16 verwendet diese
Information, um den Inhalt einer Hälfte des Speichers 17 zu regeln, die eine Zahl n
enthält, welche die Anzahl der Schlitze in dem nächsten Rahmen definiert. Die andere
Hälfte des Speichers 17 enthält eine Reihe von Ziffern, die das während der Zeitspanne
a&sub1; übermittelte, synchronisierende Signal definiert. Ein Zeitgeber 18 veranlaßt einen
Transmitter 19, die Inhalte des Speichers 17 am Beginn jedes Rahmens, wie bei A in
Fig. 3 gezeigt, zu übermitteln.
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Die Komponenten 15 und 16 folgen allgemein den in GB-B-2069799 beschriebenen
Prinzipien, wobei es jedoch einen wichtigen Unterschied gibt, wie im folgenden
beschrieben. Falls irgendein mehrfach besetzter Zeitschlitz durch den Monitor 15 festgestellt
wird, wird die logische Schaltung 16 immer die Zahl n ändern, beispielsweise durch ihr
Erhöhen um 1. Dies minimiert die Wahrscheinlichkeit, daß zwei Unterstationen, die
im gleichen Schlitz in einem Rahmen übermittelt haben, dies im nächsten wieder tun.