DE3587049T2

DE3587049T2 - Betriebsverfahren fuer nachrichtensystem mit vielfachzugriff.

Info

Publication number: DE3587049T2
Application number: DE8989200593T
Authority: DE
Inventors: Diana Margaret Ball; Peter John Mabey; Paul Jonathan Stein
Original assignee: Philips Gloeilampenfabrieken NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 1984-09-26
Filing date: 1985-09-20
Publication date: 1993-07-01
Anticipated expiration: 2005-09-21
Also published as: HK54193A; EP0177094B1; JPH0693682B2; AU4781885A; DK167888B1; GB2165127A; CA1242537A; EP0321454A3; EP0321454A2; EP0177094A2; US4672608A; EP0177094A3; DK430685D0; JPS6184930A; DE3587049D1; AU577000B2; EP0321454B1; DK430685A; GB2165127B; GB8424297D0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum betreiben eines Nachrichtensystems mit Vielfachzugriff, das insbesondere aber nicht ausschließlich, bei Mobilfunksystemen mit dynamischer Kanalzuordnung, bei Grundstücknetzen (LANs) und bei Satellitenverbindungen angewandt wird. Der Einfachheit der Beschreibung halber wird die Erfindung in bezug auf Mobilfunksysteme mit dynamischer Kanalzuordnung (Bündelfunksysteme) beschrieben, aber es dürfte einleuchten, daß dieselben Verfahren auf andere Nachrichtensysteme mit Vielfachzugriff angewandt werden können.
Bündelfunksysteme werden gekennzeichnet durch das Problem, daß viele Benutzer gleichzeitig versuchen Zugriff zu erhalten. Diese Versuche, Zugriff zu erhalten (die als Gesuch um Dienstleistung betrachtet werden können) können verwirrt und verstümmelt sein und können beim Fehlen irgendeiner Form von Kontrolle eine instabil Situation herbeiführen, in der die Anzahl verstümmelter Gesuche um Dienstleistung ansteigt, was zu einer Zunahme der Anzahl Gesuche führt, die wiederholt werden, was an sich wieder zu weiteren Verstümmelungen führt und letzten Endes eine vollstandige Blockierung des System verursacht. Die Gesuche um Dienstleistung werden einem zentralen Systemregelcomputer zugeführt, der nachstehend als Systemregler bezeichnet wird, und zwar über einen Signalisierungskanal, und der Systemregler ordnet entsprechend einigen vorbestimmten Kriterien die Sprachkanale zu. Im einfachsten Fall eines Einkanalsystems soll der einzige Kanal zum Signalisieren sowie für Sprache benutzt werden.
Um diese Probleme der Verstümmelung zu verringern werden Protokolle zum geregelten Vielfachzugriff angewandt um die Versuche der Benutzer, Zugriff zu erhalten, zu disziplinieren. Auch die Durchsatzrate des Systems, d. h. die Anzahl je Zeiteinheit erfolgreich erledigter Gesuche, läßt sich steigern.
N. Abramson "The Aloha System - Another Alternative for Computer Communications" AFIPS Conference Proceedings 1970 Fall Joint Computer Conference, 37, 281-285 proposed one of the first multi-access protocolls termed "Pure Aloha". Mit diesem Protokoll übertragen Benutzer ein Gesuch und warten auf eine Form von Bestätigung ihres Gesuches von dem Systemregler; wenn keine Bestätigung erhalten wird, warten die Benutzer eine beliebige Zeit, bevor sie es abermals versuchen.
Die Durchsatzrate von "Pure Aloha" wurde verdoppelt durch ein geändertes Protokoll, das als "Slotted Aloha" (segmentiertes Aloha) bezeichnet wird, wodurch die Benutzer die Möglichkeit haben, nur innerhalb diskreter Zeitschlitze Gesuche zu übertragen, wobei jedes Gesuch einen einzigen Zeitschlitz belegt. Trotz dieser verbesserten Durchsatzrate weist "Slotted Aloha" dennoch praktische Nachteile auf, beispielsweise Instabilität in belebten Zeitabschnitten, Mit der Aufgabe, diese Nachteile zu beseitigen wurde "Slotted Aloha" um ein Protokoll erweitert, das als "Framed Aloha" (Rahmen Aloha) bezeichnet wird und das in der Britischen Patentschrift 2063011 A beschrieben ist. Im Rahmen-Aloha wird vom Systemregler über den Signalisierungskanal eine Synchronisationsnachricht - "Aloha Now" - übertragen, und zwar zu Intervallen, die angeben, daß die unmittelbar nachfolgenden n Zeitschlitze für Benutzer verfügbar sind um über den Signalisierungskanal zu dem Systemregler Gesuche zu übertragen (entweder neue Gesuche oder Neuübertragung nicht-erfolgreich erledigter Gesuche). Die Anzahl Zeitschlitze ß ist eine Konstante, die bereits beim Entwurf des System festgelegt wurde. Mit diesem Protokoll liegen die Gesuche innerhalb bekannter Zeitrahmen, wodurch die Regelstrategie des Systems vereinfacht wird. Der Nachteil aber einer festen Anzahl n Zeitschlitze ist, daß die Variation in der Anzahl Gesuche in einer ruhigen Zeitperiode und einer belebten Zeitperiode nicht berücksichtigt wird und dies kann zu unnötig langen Nachrichtenverzögerungen in ruhigen Perioden und zu Instabilitäten in belebten Perioden führen.
Ein Versuch, die Anzahl verfügbarer Zeitschlitze an die Anzahl Gesuche anzupassen ist in der Britischen Patentschrift 20697998 beschrieben und wird als "Dynamic Frame Length Aloha" (DFLA) bezeichnet. Dieses Protokoll enthalt Mittel zur dynamischen Regelung der Rahmenlänge, d . h. zur Aktualisierung der Anzahl D Zeitschlitze auf einer "rahmenweisen" Basis. Die Anzahl n wird berechnet durch Beobachtung der Falle in dem vorhergehenden Rahmen, wie die Anzahl unvollständiger (oder verstümmelter), leerer und erfolgreicher Schlitze, sowie aus einer Schatzung der Rufeingangsrate. Durch Benutzung der Rückkopplungsregelung kann auf diese Weise unter vielen Betriebsumständen Stabilität erreicht werden und außerdem kann die Zugriffszeit (die Zeitverzögerung zwischen dem Wunsch, ein Gesuch zu beantragen und der Bestätigung des Gesuches) verringert werden. Aber diese Form von DFLA kann nur stabil sein unter der Bedingung, daß die Rahmenlänge unbeschrankt vergrößert werden kann, damit das System sehr dringliche Gesuche um Dienstleistung bewaltigen kann. In der Praxis ist dies nicht möglich, weil die Aloha-Nachricht nur eine beschränkte Anzahl Datenbits zum Spezifizieren der unterschiedlichen Rahmenlängen aufweist und deswegen bedeutet dies, daß die Durchsatzrate von DFLA bei starkem Verkehrsaufkommen niedrig sein kann. Außerdem gibt es Umstande, bei denen sehr lange Rahmen unerwünscht sind. In der entgegengesetzten Situation bei schwachem Verkehrsaufkommen weist DFLA den Nachteil auf, daß zum Minimalisieren der Zugriffszeiten der zentrale Basisstationssender normalerweise kontinuierlich sendet. Dies steigert die Wahrscheinlichkeit der Störung anderer Nachrichtensysteme und kann ebenfalls die Betriebszeit des Senders verringern.
Eine andere Möglichkeit Stabilität zu schaffen unter Umständen eines starken Verkehrsaufkommens beschreibt John I. Capetartakis in "Tree Algorithmus for Packed Broadcast Channels", IEEE Transaction on Information Theory, Heft 11-25, Nr. 5, September 1979, Seiten 505 bis 515. In dem Baumalgorithmus enthalt ein Baum einen Wurzelknotenpunkt, von dem sich ein Paar Zweige erstrecken. Jeder dieser Zweige wird wieder an einem betreffenden Knotenpunkt halbiert und an weiteren Knotenpunkten finden weitere Halbierungen statt, bis eine die Situation erreicht, daß ein Quellenpaar durch die betreffenden kleinen Zweige mit einem zugehörenden Knotenpunkt verbunden ist. In einem dargestellten Beispiel wird jeder der Zweige von dem Knotenpunkt als zwei mit Wurzeln versehene Teilbaume behandelt. Signalisierung erfolgt in Schlitzpaaren, wobei jeder Schlitz eine Breite hat, die dem Paket entspricht, das durch einen digitalen Datenblock fester Länge gebildet wird. Im Betrieb wird jeder mit Wurzeln versehene Teilbaum eingeladen in dem Betreffenden Schlitz des Schlitzpaares Gesuche um Dienstleistung einzureichen. Wenn ein Zusammenstoß oder eine Verstümmelung detektiert wird, löst das System die Streitigkeit bevor eine neue allgemeine Einladung zur Dienstleistung ausgegeben wird. Beim Lösen von Streitigkeiten wird einer der beiden mit Wurzeln versehenen Teilbäume betrachtet und die Streitigkeit(en) wird (werden) gelöst bevor der andere der mit Wurzeln versehenen Teilbäume betrachtet wird. Die Nachteile von Baumalgorithmus sind, daß ein Algorithmus der sich sequentiell mit bestimmten Teilbäumen beschaftigt, für praktische Zwecke zu kompliziert ist. Wenn es weiterhin bei einem Knotenpunkt zwei Gesuche um Dienstleistung gibt, wobei das eine viel stärker ist als das andere, kann das schwächere Gesuch durch das Einfangen eines FM-Kanals übersehen werden. Wenn zum Schluß nur ein Schlitz für Antwort zur Verfügung gestellt wird, soll, bei Streitigkeiten, eine weitere Verteilung oder ein Teilgruppe betrachtet werden und dadurch geht durch zusätzliches Signalisieren Zeit verloren.
Die Erfindung hat nun zur Aufgabe, ein Verfahren zu schaffen zum Betreiben eines Nachrichtensystem mit Vielfachzugriff, das an unterschiedliche Umstände im Verkehrsaufkommen angepaßt werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe schafft die vorliegende Erfindung ein Verfahren, durch das eine Vielzahl von Nebenstationen in einem Nachrichtensystem mit Vielfachzugriff zu einer Basisstation zugreifen kann, indem Gesuche um Zugriff zu der Basisstation in Zeitrahmen gesendet werden, die durch eine Aloha-Einladungsnachricht gekennzeichnet sind, die von der Basisstation zu den Nebenstationen übertragen wurde, wobei dieses Verfahren gekennzeichnet ist durch die Selektion in der Basisstation aus einer Vielzahl von Betriebsarten des genannten Systems während jedes Zeitrahmens, wobei eine derartige Selektion entsprechend den herrschenden Verkehrsumständen in dem System bestimmt wird; wobei eine dieser Betriebsarten eine Betriebsart mit dynamischer Rahmenlänge ist, bei der es eine vorbestimmte maximale Anzahl Zeitschlitze in jedem Rahmen gibt, und jede Nebenstation in nur einem Zeitschlitz in jedem Rahmen ein Gesuch senden darf; wobei eine andere der genannten Betriebsarten eine hybride Betriebsart ist, bei der die Basisstation Teilgruppen der Population der Nebenstationen bildet und betreffende Betriebsarten mit dynamischer Rahmenlänge entsprechenden Betriebsarten der genannten Teilgruppen zuordnet; und gekennzeichnet durch Übertragung in jedem Rahmen durch die Basisstation in der Aloha-Einladungsnachricht von Indizien, welche die selektierte Betriebsart bezeichnen.
Durch die Möglichkeit, zwischen mehrere Betriebsarten umzuschalten hat das Nachrichtensystem nach der Erfindung die Möglichkeit, sich an die herrschenden Verkehrsumstande anzupassen.
Gewünschtenfalls kann die Basisstation weiterhin in der genannten Aloha- Nachricht einen Parameter übertragen, der die dynamische Wirkung der Nebenstation für die gewählte Betriebsart bestimmt.
Die Betriebsart mit dynamischer Rahmenlänge kann sein wie in der Britischen Patentschrift Nr. 2069799B oder in Abwandlungen derselben beschrieben ist.
Eine andere Betriebsart kann eine Aufrufbetriebsart sein, bei der die Nebenstationen in Antwort auf von der Basisstation übertragene Aufrufnachrichten zu dem System zugreifen. Die Aufrufnachricht zu jeder Nebenstation, die aufgerufen wurde, kann eine Bestätigung einer von einer vorher aufgerufenen Nebenstation in der Basisstation empfangenen Antwort enthalten.
Gewünschtenfalls kann die Basisstation weiterhin einen Nebenstationsadressencode in jeder Aloha-Nachricht übertragen, in dem die Indizien, welche die selektierte Betriebsart bezeichnen, in jedem Rahmen eine Anzeige der Anzahl niedrigstwertiger Bits in einem solchen Adressencode enthalten können, wobei jede Nebenstation diese Anzeige mit der eigenen Adresse vergleicht, damit festgestellt wird, ob auf die Aloha-Nachricht reagiert werden muß.
Eine weitere Betriebsart kann eine Betriebsart für schwaches Verkehrsaufkommen sein, wobei die Basisstation mit einem niedrigen Tastverhältnis arbeitet und die Nebenstationen ein vorhergehendes Gesuch um Zugriff in demselben Zeitrahmen zurückübertragen können, wenn das vorhergehende Gesuch während der Übertragung verstümmelt wurde. Gegebenenfalls kann eine Nebenstation in dem unmittelbar nachfolgenden Zeitschlitz eine Rufeinleitung übertragen, wenn der Zeitschlitz sich in einem Rahmen befindet.
Die Erfindung wird nun anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher beschrieben. Es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer Ausführungsform eines Mobil-Bündelfunksystems mit einer einzigen Basisstation,
Fig. 2A eine Darstellung der jeweiligen Elemente einer einzelnen Nachricht,
Fig. 2B bis 2D die drei verschiedenen Formen der Einladungsnachricht,
Fig. 3 eine Darstellung der Signalisierung zwischen dem Systemregler und den Mobilstationen in einer Betriebsart mit schwachem Verkehrsaufkommen,
Fig. 4A bis 4D eine symmetrische Struktur von Teilgruppen in der hybriden Betriebsart,
Fig. 5A bis 5D eine asymmetrische Struktur von Teilgruppen in der hybriden Betriebsart.
In Fig. 1 enthält das Bündelfunksystem eine Basisstation mit einem Systemregler (oder Zentralregler) 10, der durch Duplex- oder Halbduplexverbindungen mit einem festen Ort 12 und mit drei Duplex-Funk-Sender/Empfangern 14, 16, 18 gekoppelt ist. In der Zeichnung sind vier Nebenstationen dargestellt, die durch vier Fahrzeuge 20, 22, 24 und 26, mit je einem Sender/Empfanger 21, 23, 25 bzw. 27 gebildet sind, wodurch eine Halb-Duplexverbindung mit jedem der Sender/Empfänger 14, 16, 18 aufrechterhalten werden kann. Es sei erwähnt, daß es viel mehr Mobilstationen geben kann als die Anzahl Sender/Empfanger 14, 16, 18. Nachrichtenverkehr zwischen Mobilstationen erfolgt über die Sender/Empfänger 14, 16, 18 und wird geregelt durch den Systemregler 10, der einen Computer, Modulatoren und Demodulatoren aufweist.
Im Betrieb erfolgt die Signalisierung zwischen dem Systemregler 10 und den Mobilstationen 20, 22, 24, 26 meistens über einen Signalisierungs- oder Regelkanal, der nicht ein speziell dafür bestimmter Kanal zu sein braucht. Wenn einmal ein Anruf vom Computer in dem Systemregler 10 aufgebaut ist, wird den am Anruf beteiligten Mobilstationen ein Sprechkanal zugeordnet. Anrufe über Mobilstellen können zu einer Gruppe oder zu einer selektierten Mobilstelle arrangiert werden. Bestimmte Signalisierungen, beispielsweise diejenigen zum Beenden eines Gesprächs, laufen über Sprechkanäle.
Für eine großflächige Deckung können eine Vielzahl fester Orte benutzt werden. An diesen Orten kann der Signalisierungskanal beispielsweise quasisynchron oder sequentiell betrieben werden, oder an jedem Ort kann ein einzelner Signalisierungskanal verwendet werden. Aber der Einfachheit der Beschreibung halber wird nur ein Beispiel mit einem einzigen festen Ort beschrieben.
Ein adaptives Protokoll für Vielfachzugriff, wie dies in dem erfindungsgemäßen System angewandt wird, ermöglicht es, daß der Systemregler das Nachrichtenverkehrsaufkommen schätzt und eine Betriebsart wählt, die zu dem betreffenden Zeitpunkt als die geeignetste gilt. Ein System, wie in der Britischen Patentschrift Nr. 2069799B beschrieben, kann dazu verwendet werden, die Anzahl verstümmelter, erfolgreicher und leerer Schlitze in jedem Rahmen sowie die Anrufeintreffrate zu beobachten, so daß der Systemregler durch Rückkopplung ermitteln kann, welche Betriebsart in dem nachfolgenden Rahmen angewandt wird. Die Betriebsart wird den Mobilstellen durch den Inhalt der Nachricht mitgeteilt.
Der Zentralregler lädt Mobilstellen ein, Nachrichten zu übertragen (Gesuche um Dienstleistung) und zwar dadurch, daß eine Aloha-Einladungsnachricht gesendet wird. Die Nachricht enthält (A) eine Einleitung 30 (Fig. 2A) von Bitumkehrungen, und zwar 101010 . . ., was notwendig ist um zu gewährleisten, daß die Datenmodems in den Mobilstellen Bitsynchronisierung erhalten; (B)ein 16 Bit großes Synchronisationswort 32, das dazu verwendet wird, den Informationsinhalt der Nachricht einzurahmen; (C) einen 4 Bit großen -Code 33, der die Bedeutung der Nachricht definiert; (D)einen Teil 34 aus Parametern und Daten, die nachher noch weiter beschrieben werden; (E)eine 16 Bit große zyklische Redundanzprüfung 36, die dazu verwendet wird, Fehler zu detektieren und/oder zu korrigieren; und (F) einen Endteil 38 mit einer Folge von Zufallbits und/oder Bitumkehrungen, der normalerweise nur von einem Datenmodem übertragen werden, der in einem Signalisierungs- oder Regelkanal arbeitet und ein loser Umstandsfüllelement ist, wenn der Sender eingeschaltet bleibt bis die nächste Nachricht übertragen wird. Die ganze Signalisierung in dem System wird als binärer Datenstrom unter Anwendung von beispielsweise schneller Frequenzumtastung (FFSK) mit 1200 Bits/Sekunde übertragen, wobei eine binäre "1" 1200 Hz und eine binäre "0" 1800 Hz ist.
In der nachfolgenden Beschreibung des Zugriffsprotokolls ist es günstig, zu erwägen, daß das System mit vier Betriebsarten arbeitet, und zwar Betriebsart für schwaches Verkehrsaufkommen (LTM), Betriebsart mit dynamischer Rahmenlänge (DFM), Hybridbetriebsart (HM) und Aufrufbetriebsart (PM). Es ist möglich, einige dieser Betriebsarten kombiniert gleichzeitig für verschiedene Teile der Benutzerpopulation anzuwenden. Jede Mobilstelle wird normalerweise einen vorprogrammierten Mikrocomputer aufweisen, der einen Speicher hat, der die Nachricht von dem Systemregler festhält um zu bestimmen, ob die Nachricht an ihn gerichtet ist.
Die verschiedenen Strukturen des Parameterteils 34 in der Einladungsnachricht, die für die jeweiligen Betriebsarten verwendet werden, sind in den Fig. 2B bis 2D dargestellt. In dem dargestellten Beispiel werden die Strukturen durch den Wert des -Codes 33 unterschieden. Der Parameter A ist eine Adresse, die durch vierzehn binäre Digits gebildet ist und spezifiziert die Mobilstationen, die zum Übertragen von Nachrichten eingeladen werden. Es kann eine Adresse einer einzelnen Mobilstation sein, eine Adresse einer spezifischen Gruppe, oder sie kann dazu verwendet werden, eine Teilgruppe der mobilen Population zu spezifizieren. Das Datenfeld 39 (Fig. 2B bis 2D) enthält zusätzliche Information, die für die vorliegende Erfindung nicht von Bedeutung ist. Die anderen Parameter in den Fig. 2B bis 2D werden in der Beschreibung der jeweiligen nachfolgenden Betriebsarten definiert.
Die Betriebsart LTM (Fig. 3) wird benutzt, wen es nur eine geringe Anzahl Gesuche um Dienstleistung gibt. In dieser Betriebsart tastet der Systemregler 10 den Sender der Basisstation für den Signalisierungskanal, d. h. einen der Sender/- Empfänger 14, 16, 18 (Fig. 1), periodisch zum Übertragen einer Aloha-Nachricht 42 mit dem Op-Code = 0 (Fig. 2B), und zwar beispielsweise alle fünf Sekunden. In dieser Nachricht definiert L einen Rahmen von Zeitschlitzen, der für mobilen Zugriff verfügbar ist. Normalerweise entspricht die Rahmenlänge der Tastperiode, aber sie kann kürzer sein. Wenn eine Mobilstation eine Nachricht zu übertragen wünscht, während ein LTM-Rahmen 44 im Gang ist, beispielsweise zu einem Zeitpunkt, wie durch den Pfeil 46 angegeben, und der nächste Schlitz liegt in einem LTM-Rahmen, dann kann dies in dem nächsten Schlitz 48 erfolgen. Falls, wenn eine Mobilstation eine Nachricht zu übertragen wünscht, zu dem Zeitpunkt kein Rahmen bezeichnet ist, so wird diese Mobilstation warten müssen auf eine Aloha-Nachricht und dann aus den nächsten k Schlitzen beliebig einen Schlitz wählen, wobei k kleiner als oder gleich der Rahmenlänge ist. Im Gegensatz zu den anderen zu beschreibenden Betriebsarten kann eine Mobilstation, die eine wiederholte Übertragung zu machen wünscht, auf diese Weise verfahren, indem aus den k Schlitzen, die demjenigen Schlitz folgen, in dem eine Bestätigung von dem Systemregler erwartet wurde, beliebig ein Schlitz gewählt wird. Im wesentlichen kann eine Mobilstation innerhalb eines Rahmens mehrere Übertragungsversuche machen. Es sei jedoch bemerkt, daß, wenn sich ein gewählter Schlitz außerhalb eines LTM-Rahmens befindet, die Mobilstation auf Übertragung verzichten und statt dessen auf eine weitere Aloha-Nachricht warten und erst dann wieder wählen soll. In der LTM-Betriebsart hat der Sender in der Basisstation ein niedriges Tastverhältnis, was dazu beiträgt, daß er geschützt wird und wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Störung anderer Funksysteme verringert wird. Der Systemregler überwacht den Verkehr und kann nötigenfalls die LTM-Betriebsart zu jeder Zeit beenden, sogar während eines Rahmens, und eine andere Betriebsart einführen, normalerweise die DFM-Betriebsart dadurch, daß eine Aloha-Nachricht mit dem geeigneten -Code übertragen wird. Andererseits kann der Systemregler 10 aus anderen Betriebsarten die LTM-Betriebsart dadurch einführen, daß eine Aloha-Nachricht mit dem -Code = 0 übertragen wird.
Die Betriebsarten DFM und HM werden beide durch die Aloha-Nachricht mit dem Op-Code = 1 ausgelöst.
Der Parameter m weist vier binäre Digits auf und wird als Anzeige benutzt zum Verteilen der mobilen Population in 2m Teilgruppen. Es ist günstig, den Parameter m als Index zu betrachten, der eine Instruktion für die Mobilstation bildet, die m niedrigstwertigen Bits der eigenen Adresse mit den m niedrigstwertigen Bits der Adresse A zu vergleichen und die Mobilstation darf in Antwort die Einladung nur dann eine Nachricht übertragen, wenn die m Bits übereinstimmen. So gelten die nachfolgenden Beispiele:
Wenn m = 0 ist, werden keine Adressenbits miteinander verglichen und jede Mobilstation kann antworten; in diesem Fall ist das Adressenfeld A nicht signifikant und könnte zum Übertragen von Daten benutzt werden.
Wenn m = 1 ist, braucht nur das niedrigstwertige Bit (LSB) der Adresse A mit dem niedrigstwertigen Bit der mobilen Adresse verglichen zu werden und dadurch werden zwei Teilgruppen gebildet, die je die halbe Population der mobilen Adressen enthalten.
Wenn m = 2 ist, sollen die zwei LSBs miteinander verglichen werden, wodurch vier Teilgruppen gebildet werden.
Dieses verfahren der Unterteilung geht weiter bis m = 13.
Wenn m = 14 sollen alle vierzehn Bits der Adressen miteinander verglichen werden und dadurch wird angezeigt, daß die Einladung nur einer einzigen Mobilstation oder einer spezifischen Gruppe von Mobilstationen gegeben wird.
m = 14 ist ein Spezialfall, bei dem die Mobilstation die Adresse A mit jeder der ihr zugeordneten Adressen vergleicht, nicht nur mit der eigenen Adresse (jeder Mobilstation können mehrere Adressen zugeordnet sein, beispielsweise eine eigene Adresse und mehrere Gruppenadressen).
Der Parameter m, der vier binäre Digits enthält, bezeichnet die Rahmenlänge, welche die Anzahl folgender Zeitschlitze ist, von der an eine Mobilstation beliebig wählen kann, in welcher sie ihre Nachricht zu übertragen wünscht. Der Einfachheit halber bezeichnet die nachfolgende Beschreibung n als die Anzahl Zeitschlitze in dem Rahmen. Aber der Wert von D braucht sich nicht unbedingt auf die Anzahl Schlitze zu beziehen, kann aber im wesentlichen die Adresse in einer Nachschlagetabelle enthalten, aus der die genaue Anzahl Schlitze abgeleitet werden kann. (Auf ähnliche Weise kann der Wert von k und l in Adressen-Nachschlagetabelle stehen).
Die DFM-Betriebsart basiert auf dem in der Britischen Patentschrift 2069799B beschriebenen Verfahren, dessen Einzelheiten durch Bezeichnung als hierin aufgenommen betrachtet werden. Kurz gesagt macht in der DFM-Betriebsart der Systemregler 10 es möglich, daß eine Aloha-Nachricht übertragen werden kann, in der Indizien den Op-Code = l und m = 0 enthalten und in der der Wert von n auf Basis der Anzahl leerer, unverstümmelter und verstümmelter Zeitschlitze in der Geschichte der Rahmen und der geschätzten Neuversuchseingangsrate bestimmt wird. Der Systemregler 10 kann adaptiv die Rahmenlänge regeln wenn das Verkehrsaufkommen schwankt, damit ein übermäßiges Verstümmeln vermieden und Verzögerungen minimiert werden. Falls eine Streitigkeit auftritt können in ein und demselben Rahmen keine Wiederholungsnachrichten übertragen werden, wodurch vermieden wird, daß Wiederholungsnachrichten am Ende eines Rahmens zusammenstoßen.
Ein Algorithmus, der zum Berechnen benutzt werden kann, indem die Anzahl n Zeitschlitze in jedem Rahmen rückgekoppelt wird, enthält die nachfolgenden Schritte:
(a) mach eine Schätzung R der laufenden Neuversuchseingangsrate je Zeitschlitz;
(b)berechne ng, ns und ne: die Anzahl eingehender Zeitschlitze in dem vorhergehenden Rahmen, die als verstümmelt (ng), erfolgreich (ns) und leer (ne) betrachtet wurden;
(c) Setze K als die Anzahl Schlitze seit (und einschließlich) dem letzten Schlitz des vorhergehenden Rahmens;
(d) setze y = g·ng+s·ns+2·ne+R·K, wobei g, s und e geeignet gewählte Konstanten sind unter Berücksichtigung der Fortpflanzungsumstande;
(e) setze die erforderliche Aloha-Nummer hinzu????????
n = max (1, runde (y/(1-R))), wobei max (a·b) das Maximum von a und b darstellt und runde (·) die Rundung zu der nächsten ganzen Zahl darstellt.
Der obenstehende Algorithmus setzt voraus, daß eine neue Aloha- Einladung erst nach dem Ende des vorhergehenden Rahmens gesendet wird und daß alle Schlitze innerhalb eines Aloha-Rahmens für beliebige Zugriffsgesuche verfügbar sind. Die Wirtschaftlichkeit des Systems könnte dadurch gesteigert werden, daß es erlaubt wird, eine neue Aloha-Einladung in demjenigen Schlitz zu übertragen, der mit dem Endschlitz des vorhergehenden Rahmens zusammenfällt und/oder dadurch, daß erlaubt wird, innerhalb eines Aloha-Rahmens einige Schlitze für Nachrichten von den einzelnen, vom Systemregler bezeichneten Benutzern zu reservieren; in diesen Fällen würde ein modifizierter Algorithmus angewandt.
Sollten die Gesuche um Dienstleistung derart in der Zahl ansteigen, daß die maximal erwünschte Rahmenlänge erreicht wird und die Durchsatzrate wieder abnimmt, so macht das Zugriffsprotokoll einen Übergang zu HM dadurch, daß der Wert von m von Null auf einen Wert zwischen 1 und 14 geändert wird, wobei gleichzeitig Teilgruppen gebildet werden. HM mit m = 14 kann auch benutzt werden zum Einladen von Gesuchen von einer spezifischen Benutzergruppe.
HM kann einfachheitshalber betrachtet werden als eine Form eines Baum- Algorithmus. Aber in dem erfindungsgemäßen System können Streitigkeiten wirkungsvoller gelöst werden als in dem genannten Artikel von John I. Capetanakis. Jede der Teilgruppen, die dadurch gebildet werden, daß für m ein Wert gewählt wird zwischen 1 und 14 wird eingeladen, nacheinander zu beliebigen Intervallen in einem Rahmen mit n Zeitschlitzen Nachrichten zu übertragen. Für jede Teilgruppe wird der DFM-Algorithmus benutzt um den optimalen Wert für n zu setzen. Wenn aber die optimale Rahmenlänge für eine Teilgruppe den maximalen Wert von n überschreitet, kann m erhöht werden. Auf diese Weise läßt sich die Population der Mobilstationen progressiv aufteilen und es läßt sich ein optimaler Wert für n beibehalten bis zu m = 14(2¹&sup4; Teilgruppen), es können einzelne Mobilstationen adressiert werden, was dem reinen Aufrufverfahren entspricht, das untenstehend noch erläutert wird.
Zurückkehrend zu HM zeigen die Fig. 4A bis 4D die Bildung von Teilgruppen wenn der herrschende Verkehrspegel ausgehend von DFM in Fig. 4A ansteigt. Wenn die Rahmenlänge den maximalen Wert n = 15 erreicht, werden zwei Teilgruppen mit m = 1 gebildet, wobei jede Teilgruppe beispielsweise acht Schlitze (n = 8) aufweist (Fig. 4B). Bei zunehmendem Verkehrsaufkommen nimmt die Rahmenlänge nach wie vor bis über n = 15 mit m = 1 zu (Fig. 4C), wobei weiter aufgeteilt wird mit m = 2, so daß vier kürzere Rahmen mit n = 8 gebildet werden (Fig. 4D) usw. Wenn die Mobilstations-Population, die Zugriffs-Gesuche einreicht nicht gleichmäßig verteilt ist, kann es passieren, daß nur eine der zwei Teilgruppen aufgeteilt zu werden braucht, wie dies beispielsweise in den Fig. 5A bis 5D dargestellt ist. Der Systemregler kann also in Antwort auf den neuesten Stand von leeren, verstümmelten und nichtverstümmelten Schlitzen und anhand der Rufbelegungsrate den Wert von m und n variieren zum Erhalten einer optimalen Leistung in der Zeitdomäne.
Das Aufrufverfahren kann dadurch durchgeführt werden, daß die Einladungsnachricht mit Op-Code = 1 und mit m = 14(2¹&sup4; Teilgruppen wie oben) benutzt wird. Aber durch Anpassung der Nachrichtenparameter können die Zeitkopfteile beim Signalisieren dadurch verringert werden, daß der Systemregler jedes Nachrichtenwort an die eine Mobilstation adressiert, während die Antwort von einer vorher aufgerufenen Mobilstation bestätigt wird. Fig. 2D zeigt das Einladungsnachrichtenformat zum Aufrufen, in dem der Op-Code = 2 ist und A(ack=Bestät.) die Adresse einer vorher aufgerufenen Mobilstation ist, deren Antwort bestätigt wurde. Diese Anordnung bietet den Vorteil der Bestätigung zu der Mobilstation oder zu deren Operator, daß die Aufrufantwort den Systemregler erfolgreich erreichte, ohne eine spezifische Bestätigungsnachricht. Wenn überhaupt keine Mobilstation durch eine Aufrufnachricht bestätigt zu werden braucht, wird eine Leeradresse verwendet. Auf ähnliche Weise ist es möglich, eine neue Mobilstation zu bestätigen und nicht aufzurufen, und zwar dadurch, daß eine Leeradresse verwendet wird.
Durch eine geeignete Adressierung und Indizierung ist es möglich, einen Teil der "Flotte" aufzurufen, während dem restlichen Teil der Flotte erlaubt wird, in Betriebsarten mit beliebigem Zugriff zu arbeiten.
Im Falle eines mehrortigen Systems, bei dem ein Signalisierungskanal um die Orte herum sequentiell betrieben wird, kann eine Mobilstation Aloha-Einladungen von mehr als nur einem Ort erhalten. In der DFM- und HM-Betriebsart sollte eine Mobilstation dafür sorgen, daß sie in jedem der Rahmen nicht mehr als eine Übertragung mit beliebigem Zugriff durchführt. Deswegen sollte eine Mobilstation, falls diese in einem Rahmen ein nicht erfolgreiches Gesuch mit beliebigem Zugriff durchgeführt hat, Aloha-Einladungen, die von anderen Orten erhalten werden, die Rahmen zuordnen, die diesen Rahmen überlappen, unbeachtet lassen. Dies kann erreicht werden, wenn, beispielsweise, die Mobilstation am Ende des Rahmens Schlitze zahlt.
Wenn entschlossen wurde, in dem Protokoll die Möglichkeit einzubauen, eine Betriebsart ohne Rahmen zu verwenden, wie eine "Pure Aloha"-Betriebsart, kann dies dadurch erfolgen, daß für den -Code 33 ein geeigneter Wert gewählt wird (Fig. 2A), z. B. ein Wert 3.
In der Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung ist es ist es wahlweise möglich, daß alle vier Betriebsarten benutzt werden. Gewünschtenfalls können weniger Betriebsarten verwendet werden und werden die Indizien, insbesondere der Parameter m und der Parameterwert n entsprechend geändert.

Claims

1. Verfahren, durch das eine Vielzahl von Nebenstationen in einem Nachrichtensystem mit Vielfachzugriff zu einer Basisstation zugreifen kann, indem Gesuche um Zugriff zu der Basisstation in Zeitrahmen gesendet werden, die durch eine Aloha- Einladungsnachricht angedeutet sind, die von der Basisstation zu den Nebenstationen übertragen wurde, wobei dieses Verfahren gekennzeichnet ist durch die Selektion in der Basisstation aus einer Vielzahl von Betriebsarten des genannten Systems während jedes Zeitrahmens, wobei eine derartige Selektion entsprechend den herrschenden Verkehrsumständen in dem System bestimmt wird; wobei eine dieser betriebsarten eine Betriebsart mit dynamischer Rahmenlänge ist, bei der es eine vorbestimmte maximale Anzahl Zeitschlitze in jedem Rahmen gibt, und jede Nebenstation in nur einem Zeitschlitz in jedem Rahmen ein Gesuch senden darf; wobei eine andere der genannten Betriebsarten eine hybride Betriebsart ist, bei der die Basisstation Teilgruppen der Population der Nebenstationen bildet und betreffende Betriebsarten mit dynamischer Rahmenlänge entsprechenden Betriebsarten der genannten Teilgruppen zuordnet; und gekennzeichnet durch Übertragung in jedem Rahmen durch die Basisstation in der Aloha-Einladungsnachricht von Indizien, welche die selektierte Betriebsart bezeichnen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisstation weiterhin in der genannten Aloha-Nachricht einen Parameter übertragt, der die dynamische Wirkung der genannten Nebenstationen für die selektierte Betriebsart bestimmt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine andere der genannten Betriebsarten eine Aufruf-Betriebsart ist, bei der die Nebenstationen in Antwort auf Aufrufnachrichten von der Basisstation Zugriff auf das System haben.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufrufnachricht zu jeder aufgerufenen Nebenstation eine Bestätigung einer in der Basisstation von

einer vorher aufgerufenen Nebenstation erhaltenen Antwort enthält.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, i daß die Basisstation weiterhin in jeder Aloha-Nachricht einen Nebenstations-Adreß-Code daß die Basisstation weiterhin in jeder Aloha-Nachricht einen Nebenstations-Adreß-Code überträgt und wobei die Indizien, welche die selektierte Betriebsart in jedem Rahmen bezeichnen, eine Anzeige enthalten in bezug auf die Anzahl niedrigstwertiger Bits in einem derartigen Adreß-Code, die jede Nebenstation mit der eigenen Adresse vergleicht, damit ermittelt werden kann, ob sie auf die Aloha-Nachricht antworten kann.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine der genannten Betriebsarten eine Betriebsart für schwaches Verkehrsaufkommen ist, bei der die Basisstation mit einem niedrigen Tastverhältnis arbeitet und die Nebenstationen ein vorhergehendes Gesuch um Zugriff in demselben Zeitrahmen rückübertragen können, wenn das vorhergehende Gesuch bei der Übertragung verstümmelt wurde.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Nebenstation in dem Zeitschlitz unmittelbar nach dem Anrufaufbau übertragen kann, wenn dieser Zeitschlitz innerhalb eines Rahmens liegt.