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Technischer Bereich
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein Signalisierungssystem
zum Übertragen
von Daten zwischen einer primären
Station und sekundären
Stationen.
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich insbesondere aber nicht ausschließlich auf
preisgünstige
Master/Slave-Radionetzwerke.
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Stand der Technik
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In
einem Master/Slave-Netzwerk steuert eine einzige Anordnung (die
Master- oder primäre Station)
völlig
ein Netzwerk von Anordnungen (die Slave- oder sekundären Stationen).
Im Allgemeinen wird die Master-Anordnung eine Quelle ausreichender
Leistung enthalten (d.h. Netzspeisung), während die Slave-Anordnungen
batteriegespeist sein können.
Dieses Netzwerkbeispiel ermöglicht
die Verwendung sehr einfacher und folglich preisgünstiger
Slave-Anordnungen, die nur mit der Master-Anordnung kommunizieren
können.
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Da
die Slave-Anordnungen batteriegespeist sind, sollen sie in Termen
des Energieverbrauchs effizient sein. Standard Frage/Antwort-Methoden
zum Übertragen
von Nachrichten von der Master- zu der Slave-Anordnung ("Downlink"-Übertragungen) haben eine Anzahl
Nachteile.
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Frage/Antwort-Systeme
verlassen sich darauf, dass die Slave-Anordnungen imstande sind,
ihre Fragen zu regelmäßigen Intervallen
empfangen. Dies erfordert, dass die Slave-Anordnungen regelmäßig auf
eine Frage von der Master-Anordnung horchen. Um dies durchzuführen muss
die Master-Anordnung die beabsichtigte Nachricht mit einer Art von Wecksignal übertragen
um die Aufmerksamkeit der Slave-Anordnung auf sich zu richten. Dieses
Wecksignal muss wenigstens dann übertragen
werden, solange die Slave-Anordnung schläft, so dass sie, wenn sie erwacht,
das Wecksignal detektieren kann und den Empfänger für die eigentliche Nachricht
eingeschaltet lässt.
Wenn keine Nachrichtenübertragung erforderlich
ist (was die meiste Zeit der Fall ist), wird die Slave-Anordnung
unnö tig
Energie verschwenden. In dieser Hinsicht beschreibt
EP 0 319 219 eine Paging-Anordnung
mit einer Batterieschonungsfunktion.
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Es
ist nun u. a. eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung die Batterieschonung
von Slave-Anordnungen in Master/Slave-Netzwerken zu verbessern.
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Nach
einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren
geschaffen zur Übertragung
von Daten zwischen einer primären
Station und einer Anzahl sekundärer
Stationen, wobei jede sekundäre
Station einen unterscheidenden Identifizierer aufweist, wobei das
Verfahren die nachfolgenden Verfahrensschritte umfasst: das Zuordnen
der sekundären
Stationen zu einer Anzahl Kategorien, das Speichern der Identifizierer
der sekundären
Stationen, die in jeder Kategorie sind, in der primären Station,
wobei die primäre
Station Bakensignale überträgt mit Angaben
derjenigen Kategorien, für
die diese Station Daten übertragen
muss, wobei eine sekundäre
Station, die reagiert auf der Bestimmung, dass es eine Angabe gibt über die
zugeordnete Kategorie in einem empfangenen Bakensignal, eine Reaktion überträgt, die
den Identifizierer der sekundären
Station enthält,
und wobei die primäre
Station in Reaktion auf die Bestimmung, dass sie Daten enthält zur Übertragung
zu der sekundären
Station mit dem angegebenen Identifizierer, die Daten zu der genannten
sekundären
Station überträgt.
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Nach
einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Signalisierungssystem
geschaffen mit wenigstens einer primären Station und einer Anzahl
sekundärer
Stationen, wobei jede der sekundären
Stationen einen unterscheidenden Identifizierer hat, wobei die primäre Station
Speichermittel aufweist, worin eine Anzahl Kategorien gespeichert werden,
denen die Identifizierer der sekundären Stationen zugeordnet sind,
und einen Sender zum Übertragen
von Bakensignalen mit Angaben derjenigen Kategorien, für die sie
Daten übertragen
soll, wobei jede sekundäre
Station Mittel aufweist zum Erkennen einer Angabe deren Kategorie
in einem empfangenen Bakensignal und Mittel zum Übertragen einer Reaktion mit
dem Identifizierer der sekundären
Station, und wobei die primäre
Station Mittel aufweist um zu bestimmen, dass sie Daten enthält zur Übertragung
zu der sekundären
Station mit einem erkannten Identifizierer und um dafür zu sorgen,
dass die Daten zu der sekundären
Station übertragen
werden.
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Nach
einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Sekundäre Station
geschaffen zur Verwendung in einem Signalisierungssystem, wobei
eine primäre
Station Bakensignale mit Angaben derjenigen Kategorien der sekundären Stationen über trägt, für die sie
Daten hat, wobei die sekundäre Station
einen Transceiver aufweist, Mittel zum Speichern der zugeordneten
Kategorie und des eigenen Identifizierers, Mittel zum Speichern
einer Wecksequenz für
den Transceiver, Mittel, die reagieren auf den Empfang eines Bakensignals
um zu prüfen,
ob das Bakensignal eine Angabe der Kategorie enthält, und
wenn ja, um dafür
zu sorgen, dass der Transceiver eine Reaktionsnachricht mit dem
Identifizierer zu der primären
Station überträgt, und
Mittel, die reagieren auf eine Antwort von der primären Station
um dafür
zu sorgen, dass die sekundäre
Station entweder nach wie vor Energie erhält um Daten zu empfangen oder
eine Schlafbetriebsart annimmt.
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Nach
einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Primäre Station
geschaffen zur Verwendung in einem Datensignalisierungssystem mit
einer Anzahl sekundärer
Stationen, wobei jede der sekundären
Stationen einen unterscheidenden Identifizierer hat, wobei die primäre Station
Mittel aufweist zum Zuordnen (14) der sekundären Stationen zu
einer Anzahl Kategorien, Mittel zum Speichern der Identifizierer
der sekundären
Stationen in jeder Kategorie, einen Sender zum Übertragen von Bakensignalen
mit Angaben derjenigen Kategorien, für die er Daten übertragen
soll, Mittel zum Empfangen von Reaktionen mit Identifizierern von
sekundären
Stationen, die den Kategorien, angegeben in den Bakensignalen, zugeordnet
sind, Mittel zum Überprüfen ob es
Daten zur Übertragung
zu dem Identifizierer der sekundären
Station gibt, die eine Antwort schickte, wenn ja um dafür zu sorgen
dass die Daten von dem Sender übertragen
werden.
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Eine
sekundäre
Station, die bestimmt, dass das Bakensignal nicht eine Angabe der
Kategorie enthält,
kann eine Schlafbetriebsart annehmen, in der sie periodisch aufwacht
um auf ein Bakensignal zu horchen.
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Bei
der Implementierung des Verfahrens und des Systems nach der vorliegenden
Erfindung können
die Kategorien beispielsweise Operationskategorien enthalten, wobei
jede Kategorie eine oder mehrere sekundäre Stationen aufweist, oder
Wecksequenzen, in denen bestimmte sekundäre Stationen relativ oft erwachen
und andere weniger oft erwachen.
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Gewünschtenfalls
kann die primäre
Station in Reaktion auf die Detektion, dass sie keine Daten hat
für eine
bestimmte sekundäre
Station, eine negative Bestätigung übertragen,
wodurch es der sekundären
Station ermöglicht
wird, abzuschalten.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnung
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im vorliegenden
Fall näher
beschrieben. Es zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild eines Master/Slave-Netzwerkes,
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2 eine
Darstellung eines Teils eines Bakensignals,
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3 ein
Flussdiagramm, das die Basiswirkung des Master/Slave-Radionetzwerkes
illustriert, und
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4 ein
Diagramm, das die dynamische Einstellung der zugeordneten Kategorie
illustriert.
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In
der Zeichnung sind für
entsprechende Elemente dieselben Bezugszeichen verwendet worden.
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Möglichkeiten zum Durchführen der
Erfindung
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Das
in 1 dargestellte Radionetzwerk umfasst eine Master-Station
(oder primäre
Station) 10, die einen Transceiver 12 aufweist,
der von einem Controller (C) 14 gesteuert wird. Die Master-Station 10 wird
aus dem Netz 16 oder aus einer anderen geeigneten Speisequelle,
wie einem Generator, gespeist.
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Das
Radionetzwerk umfasst weiterhin eine Anzahl Slave-Stationen (oder
sekundärer
Stationen) SL1 bis SL5, die der Bequemlichkeit halber in zwei Kategorien
Z1, Z2 gegliedert sind, wobei jede der Kategorien eine gemeinsame
Operationscharakteristik hat. Jede der Slave-Stationen SL1 bis SL5
umfasst einen Transceiver 20, der von einbem Mikrocontroller 22 gesteuert
wird. Die Slave-Stationen SL1 bis SL5 werden von betreffenden Batterien 24 gespeist.
Jede der Slave-Stationen hat einen betreffenden unterschiedlichen
Identifier, wie einen Radio-Identitätscode (RIC) oder eine Kurzform
des RIC.
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In
der dargestellten Ausführungsform
arbeiten die Transceiver 12, 20 auf einer einzigen
Frequenz. Übertragungen
von den Slave-Stationen SL1 bis SL5 erfolgen entsprechend einem
Vielfachzugriffsprotokoll, beispielsweise "Carrier Sense Multiple Access" (CSMA), wobei ein
Transceiver vor der Übertragung
prüft,
ob der Frequenzkanal frei ist. Dies vermeidet aber nicht, dass es
Zusammenstöße gibt,
herrührend
aus der Tatsache, dass ein zweiter Transceiver den Frequenzkanal
während
des kurzen Zeitintervalls, wo der erste Transceiver sich vorbereitet, nach
der Überprüfung, dass
der Frequenzkanal frei ist, eine Übertragung durchzuführen. Ein
Streitigkeitenlösungsschema,
wie ein beliebiges ex ponentielles Zurückdrehschema, kann verwendet
werden um zu vermeiden, dass die erste und die zweite Station gleichzeitig
wieder einen Versuch machen.
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Im
Betrieb des dargestellten Radio-Netzwerkes nehmen die Slave-Stationen
SL1 bis SL5 eine Schlafmode an, in der sie sehr wenig Energie verbrauchen,
aber periodisch erwachen um Bakensignale zu detektieren, die zu
regelmäßigen Intervallen von
der Master-Station 10 übertragen
werden. Eine Slave-Station hat eine Erwachungssequenz, die anders
sein kann als die von anderen Slave-Stationen in ihrer Kategorie,
so kann beispielsweise eine oder mehrere Stationen alle 30 ms erwachen
und andere Stationen können
alle 2 ms erwachen. Damit eine Slave-Station ermittelt, ob die Master-Station 10 eine Datennachricht
hat, definiert das Netzwerk eine Anzahl Kategorien (Zmax),
in denen Slave-Stationen zugewiesen werden können. Nicht alle Kategorien
können
Slave-Stationen haben, die ihnen zugewiesen worden sind, weil das
Netzwerk dynamisch ist, wodurch es ermöglicht wird, dass Slave-Stationen
nicht nur sich an das Netzwerk anschließen oder dieses Netzwerk verlassen,
sondern auch von der einen Kategorie zu der anderen Kategorie übergehen.
Die regelmäßig übertragenen
Bakensignale dienen dazu, die Slave-Stationen zu synchronisieren
und Angaben zu enthalten, über
welche Kategorien zur Zeit Nachrichten für eine oder mehrere Slave-Stationen
haben, die in einer bestimmten Kategorie liegen.
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2 zeigt
ein Beispiel des relevanten Teils eines Bakensignals BS, in dem
eine Anzahl, Zmax, Bits reserviert sind
um anzugeben, für
welche der Kategorien die Master-Station 10 Datennachrichten
hat. In 2 entsprechen die Bit-Positionen
Z1 bis Zmax den betreffenden Kategorien
und wenn die Master-Station 10 eine oder mehrere Datennachrichten für Slave-Stationen
in einer bestimmten Kategorie hat, ist der entsprechende Bitwert "1", sonst ist er "0". Auf
diese Weise hat, wie dargestellt, die Master-Station Nachrichten
nur für
Slave-Stationen in den Kategorien Z1 und Z4. Slave-Stationen in
den Kategorien Z2, Z3 und Z5 bis Zmax nehmen
bei der Ermittlung, dass es keine Datennachrichten für ihre Kategorien gibt,
wieder eine Schlafmode ein. Sie Slave-Stationen in den Kategorien
Z1 und Z4 ermitteln bei ihrem Erwachen, dass die relevanten Bitpositionen
eines empfangenen Bakensignals einen Wert 1 haben. Jede dieser Slave-Stationen überträgt ein Datenantragssignal,
das den Radioidentitätscode
enthält,
zu der Master-Station als ein CSMA-Signal und aktiviert den Empfänger. Die
Masterstation empfängt
den Datenantrag, überprüft, ob er
eine Datennachricht für den
bestimmten Radioidentitätscode
hat und wenn ja, überträgt ein Datenpaket
zu dieser Slave-Station. Wenn die Master-Station keine Datennachricht
für eine bestimmte
Slave-Station hat, überträgt sie eine negative
Bestätigung
zu dieser Slave-Station und bei Empfang kann die Slave-Station in
die Schlafmode zurückkehren.
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Wenn
die Master-Station keine Nachrichten mehr hat, die in dieser Kategorie
hängen,
wird das betreffende hängende
Bit von "1" zu "0" zurückgesetzt.
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3 ist
ein Flussdiagramm, das die Basismethode entsprechend der vorliegenden
Erfindung zusammenfasst. Der Block 30 bezeichnet die Master-Station 10,
die ein Bakensignal überträgt. Der Block 32 bezeichnet
die Slave-Station, die erwacht. Der Block 34 bezeichnet
die Slave-Station, die den Bitwert entsprechend der Kategorie überprüft. Der Block 36 bezeichnet
das Überprüfen, ob
der Bitwert "1" ist. Sollte dies
nicht der Fall sein (N), so kehrt die Slave-Station in eine Schlafmode
zurück,
wie durch den Block 38 angegeben. Sollte der Wert "1" (Y) sein, dann bezeichnet der Block 40 dass
die Slave-Station eine Antragsnachricht überträgt, welche die Identität der Slave-Station
enthält.
Der Block 42 bezeichnet die Master-Station, welche die
Identität
der Slave-Station gegenüber
den Identitäten überprüft, die an
den Datenpaketen hängen.
Der Block 44 bezeichnet das Überprüfen, ob die Master-Station
ein Datenpaket für
die betreffende Slave-Station hat. Sollte dies nicht der Fall sein
(N), so bezeichnet der Block 46 die Master-Station, die
eine negative Bestätigungsnachricht überträgt und der
Block 48 bezeichnet die Slave-Station, die in eine Schlafmode
zurückkehrt.
Wenn es für
die Slave-Station ein Datenpaket gibt (Y), bezeichnet der Block 50 die
Master-Station, die das Datenpaket überträgt. Der Block 52 bezeichnet
die Slave-Station, die eine Bestätigung überträgt. Der
Block 54 bezeichnet die Slave-Station, die in eine Schlafmode
zurückkehrt.
Der Block 56 bezeichnet die Master-Station, die überprüft, ob sie
ggf. Nachrichten zurückgelassen
hat für
die Kategorie, für
welche die vorhergehende Nachricht bestimmt war. Sollte es keine
geben (N), dann bezeichnet der Block 58 die Änderung
des Bits in "0". Wenn es dennoch
einige Nachrichten gibt (Y), kehrt das Flussdiagramm zu dem Block 40 zurück, wo die
Master-Station auf den nächsten
Antrag und auf Identifikation von einer Slave-Station wartet.
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Von
dem Block 58 geht das Flussdiagramm zu dem Block 60,
der bezeichnet, dass die Master-Station überprüft, ob es Datenpakete gibt,
die zu einer Slave-Station befördert
werden sollen. Sollte die Antwort Nein sein (N), so kehrt das Flussdiagramm
zu dem Block 30 zurück.
Sollte die Antwort Ja sein (Y), so bezeichnet der Block 62,
dass die Master-Station auf die nächste Antragsnachricht wartet.
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Wenn
Slave-Stationen mit langen und kurzen Erwachungsintervallen der
gleichen Kategorie zugeordnet sind, wird es Fälle geben, in denen eine Slave-Station
beantragt, dass Daten übertragen
werden sollen und dass keine Daten für diese Station vorliegen,
und folglich sendet die Master-Station 10 eine negative
Bestätigung.
So können
beispielsweise zwei Slave-Stationen einer Kategorie zugeordnet sein,
wobei eine Station alle 2s und die andere alle 30 ms aufwacht. Wenn
die Master-Station der vorhergehenden Anordnung eine Nachricht senden
möchte, kann
diese letztere Anordnung wiederholt Daten beantragen. Folglich ist
eine angepasste Lösung
erforderlich, die einer Slave-Station die Möglichkeit bietet, die Kategoriezuordnung
dynamisch zu ändern.
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Wenn
eine Slave-Station sich an ein Master/Slave-Radionetzwerk anschließt wird
ihr eine einzigartige Adresse zugeordnet, durch die sie in dem Netzwerk
funktionieren kann und nimmt eine Zuordnung zu der Kategorie Z (=1)
an. Wenn im Betrieb die Slave-Station
Daten in dieser Kategorie beantragt aber eine negative Bestätigung für mehr als
eine Schwelle (beispielsweise 5mal innerhalb einer vorgeschriebenen
Zeitperiode) empfängt,
dann wählt
sie um zu einer anderen Kategorie umzuschalten, beispielsweise zu
der nächsten
Kategorie, ((Z mod Zmax)+1).
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Um
dies zu tun muss die Slave-Station zunächst eine Ankündigung
einer Kategorieänderung zu
der Master-Station übertragen
mit einer Angabe der Kategorie, zu der sie umschalten möchte. Wenn die
Slave-Station eine erfolgreiche Bestätigung auf diese Nachricht
empfängt,
kann sie zu der neuen Kategorie umschalten. Sollte die Bestätigung nicht
positiv sein, muss sie bleiben wo sie ist, oder abermals versuchen,
die Master-Station über
ihr Vorhaben zu informieren. Diese Kommunikation zu der Master-Station
ist für
die Master-Station wesentlich um mit der Slave-Anordnung synchronisiert
zu bleiben.
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Dieser
Vorgang ist in 4 dargestellt. In diesem Beispiel
gibt es zwei Slave-Stationen SL1, SL2 und eine Master-Station 10.
Die Slave-Station SL1 schläft
lange Perioden aber die Slave-Station S2 erwacht öfter. Es
wird vorausgesetzt, dass die beiden Slave-Stationen die Vorgabekategorie
Z1 haben. Die Master-Station 10 möchte zu der Slave-Station 1 eine Nachricht übertragen.
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In 4 sind
der Bequemlichkeit halber drei Stufen (1), (2) und (3) dargestellt.
- Stufe 1. Die Master-Station 10 gibt an, dass sie eine Nachricht
für die
Slave-Station SL1
in der Kategorie Z1 hat, indem sie das erste Bit der hängenden
Merker der Kategorien ihres Netzwerkbakens (BEACON (Kategorie 1)
Paket) auf 1 setzt. Die Slave- Station SL2
erwacht, horcht auf das Bakensignal und detektiert, dass eine Nachricht
in der Kategorie Z1 hängt. Sie überträgt danach
einen Datenantrag (DATA_REQ (Slave 2) Paket) zu der Master-Station. Da
die Master-Station keine hängende
Nachricht für die
Slave-Station SL2
hat, antwortet sie mit einer "Datenantrag,
negativen Bestätigung" (DATA_REQ_NAK (Slave
2) Paket). Die Slave-Station SL2 bemerkt dies und inkrementiert
einen Nachrichtantragfehlerzählwert.
- Stufe 2. Die Master-Station überträgt das nächste Bakensignal
BS ((BEACON (Kategorie 1)) und da die Slave-Station SL1 noch nicht
die hängende
Nachricht beantragt hat, hat die Master-Station dennoch das erste
Bit in dem Merkerfeld des Netzwerkbakensignals gesetzt. Die Slave-Station
SL2 erwacht wieder, horcht auf das Bakensignal und detektiert, dass eine
Nachricht in der Kategorie Z1 aussteht. Sie überträgt dann einen anderen Datenantrag
(DATA REQUEST (Slave 2)) zu der Master-Station und empfängt en e
andere negative Bestätigung (DATA_REQ_NAK
(Slave 2)). Dieses Mal hat der Nachrichtantragsfehlerzählwert eine
bestimmte Schwelle erreicht und die Slave-Station SL2 entscheidet,
zu der Kategorie Z2 umzuschalten. Sie überträgt folglich eine Mitteilung über die Änderung der
Kategorie (CATEGORY_CHANGE (Slave 2, z) Paket) zu der Masterstation
mit der Nummer der Kategorie, zu der sie umschalten möchte. Die
Master-Station bestätigt
danach (ACK (Slave 2) Paket) die Mitteilung über die Kategorieänderung
und aktualisiert die Tabelle der Anordnung für die Slave-Station SL2.
- Stufe 3. Die Master-Station überträgt das nächste Bakensignal
und da die Slave-Station SL1 noch nicht die ausstehende Nachricht
beantragt hat, steht bei der Master-Station noch immer das erste Bit in
dem Merkerfeld des Bakensignals des Netzwerkes. Dieses Mal erwacht
die Slave-Station SL1, horcht auf das Baken und detektiert, dass
eine Nachricht in der Kategorie Z1 aussteht. Sie beantragt dann
die Daten (DATA REQ (Slave 1)) und die Master-Station überträgt die Daten
zu der Slave-Station SL1 (DATA (Slave 1) Paket). Wenn die Slave-Station
SL1 eine Bestätigung
(ACK (Slave 1)) zu der Master-Station überträgt, setzt
diese letztere das erste Bit des Merkerfeldes "0".
(Es sei bemerkt, dass die Slave-Station SL2 auch auf das Bakensignal
dieses Netzwerkes gehorcht hat, aber sie hat überhaupt keine ausstehenden
Nachrichten in der Kategorie Z2 detektiert. Folglich enthält das nächste Bakensignal
keine ausstehenden Merker zum Stellen der Kategorie.
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Die
Durchführung
dieses Vorgangs dient ggf. zum Gruppieren von Slave-Anordnungen mit ähnlichen
Erwachungssequenzen zusammen zu einer gemeinsamen Ka tegorie. Dies
liefert einen Beitrag zur Verringerung des Energieverbrauchs und
der Arbeitszyklen von Slave-Anordnungen in dem Netzwerk.
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Das
Verfahren und das Signalisierungssystem nach der vorliegenden Erfindung
kann doppelfrequent sein, wobei die Master-Station Downlink-Übertragungen über einen
ersten Frequenzkanal macht und die Slave-Stationen Uplink-Übertragungen über einen
zweiten Frequenzkanal machen.
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In
der vorliegenden Beschreibung und in den Patentansprüchen schließt das Wort "ein" vor einem Element
das Vorhandensein einer Anzahl derartiger Elemente nicht aus. Weiterhin
schließt
das Wort "umfasst" das Vorhandensein
anderer Elemente oder Verfahrensschritte als diejenigen, die aufgelistet
sind, nicht aus.
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Aus
der Lektüre
der vorliegenden Beschreibung dürften
dem Fachmann andere Abwandlungen einfallen. Solche Abwandlungen
können
andere Merkmale betreffen, die im Bereich der Master/Slave-Systeme
und Bestandteile derselben bereits bekannt und statt der oder zusätzlich zu
den hier bereits beschriebenen Merkmalen verwendbar sind. Industrielle
Anwendbarkeit
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Verfahren
und Signalisierungssystem für
Datenkommunikation.
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Text in der Zeichnung
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4
- Baken (Kategorie 1)
- Baken (Kategorie 1)
- Baken (Kategorie 1)
- Baken ( )