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Hintergrund
der Erfindung
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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Hochgeschwindigkeits-WPAN (wireless personal
area network WPAN, Drahtlosnetzwerk für den persönlichen Bereich) gemäß IEEE 802.15.3
(Institute of Electrical and Electronics Engineers IEEE, Institut
der Elektro- und Elektronikingenieure) unter Verwendung einer UWB-Frequenz
(ultra wide band UWB, Ultrabreitband). Die Erfindung betrifft insbesondere
ein Hochgeschwindigkeits-WPAN, das in der Lage ist, einen Dienstbereich (service
area) derart zu erweitern, dass Verbindungen zwischen in verschiedenen
Piconetzen befindlichen Vorrichtungen ermöglicht werden.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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Üblicherweise
kann man mittels Drahtlosverbindungstechnologien, bei denen eine
UWB-Frequenz Verwendung
findet, Verbindungen über
einen Abstand von ungefähr
1 m bis 1 km errichten, wenn ein Frequenzband im Bereich zwischen
3,1 GHz und 10,6 GHz verwendet wird. Während der letzten 40 Jahre
waren Drahtlosverbindungstechnologien, die sich des UWB-Frequenzbandes
bedienten, militärische
Drahtlosverbindungstechnologien des US-Verteidigungsministeriums.
Kürzlich
wurden die UWB-Frequenzen seitens der FCC (Federal Communications
Commission FCC, US-Bundeskommission für Angelegenheiten des Datenaustausches)
für den
privaten Bereich geöffnet.
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Üblicherweise
sind Drahtlosverbindungstechnologien unter Verwendung von UWB-Frequenzen
häufig
Drahtlosdatensendetechnologien sehr hoher Geschwindigkeit auf Basis
von UWB-Frequenzen von einigen Gigahertz. Darüber hinaus weisen derartige
Technologien im Vergleich zur bestehenden Norm IEEE 802.11 (Institute
of Electrical and Electronics Engineers IEEE, Institut der Elektro-
und Elektronikingenieure) und zu Bluetooth-Technologien üblicherweise die Eigenschaften
einer hohen Datenrate (beispielsweise 500 Mbps bis 1 Gbps) und einer
niedrigen elektrischen Leistung (beispielsweise 1/100 der elektrischen
Leistung, die für
ein Mobiltelefon oder ein WLAN (wireless local area network WLAN,
drahtloses Netzwerk für
den Ortsbereich) benötigt
wird) auf. Die Draht losverbindungstechnologien, die im UWB-Frequenzbereich
arbeiten, können
auf verschiedenen Gebieten zur Anwendung kommen, so beispielsweise
bei Netzwerken für
den persönlichen Bereich
(personal area networks) in Verbindung mit Computersystemen und
Peripherievorrichtungen. Zudem wird die Betriebsfrequenz auch von
elektrischen Geräten
verwendet, so beispielsweise vom Drahtlosinternet sehr hoher Geschwindigkeit
im Ortsbereich (beispielsweise bei einem durchschnittlichen Abstand
von 10 m bis 20 m und einem maximalen Abstand von 100 m). UWB-Frequenzen
werden für wanddurchdringende
Radare („through
the wall" radars)
und zur Erfassung von Objekten hinter Gebäudewänden, für hochgenaue Positionierungs-
und Geolokalisierungssysteme, Sensoren zur Vermeidung von Fahrzeugkollisionen,
Minendetektoren, Antiverliersysteme, Detektoren zur Erfassung von
Objekten in menschlichen Körpern
und dergleichen mehr eingesetzt.
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Hochgeschwindigkeits-WPAN-Standards gemäß IEEE 802.15.3
(wireless personal area network WPAN, Drahtlosnetzwerk für den persönlichen Bereich)
wurden unter der Maßgabe
entwickelt, dass die Drahtlosverbindungstechnologien auf diesem Gebiet
unter Verwendung von UWB-Frequenzen arbeiten. Im Sinne des Standards
IEEE 802 sind IEEE 802.15.1 eine Arbeitsgruppe zur Standardisierung der
Bluetooth-Spezifikationen und IEEE 802.11 eine Arbeitsgruppe zur
Standardisierung drahtloser LANs. Die Arbeitsgruppe IEEE 802.15.3
befasst sich mit der Standardisierung von Hochgeschwindigkeits-WPANs mit UWB-Frequenzen.
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Als
bekannte PAN-Technologie (personal area network PAN, Netzwerk für den persönlichen Bereich)
hat Bluetooth mittlerweile die Phase der Kommerzialisierung erreicht.
Die Bluetooth-Technologie wurde in jüngster Zeit bei einer Vielzahl
von Produkten eingesetzt und kommerzialisiert. Drahtlos-LANs nach
IEEE 802.11 sind vollständig
standardisiert, obwohl anzumerken ist, dass die Standards im Gefolge
von Änderungen
der Technologie, Innovationen und dergleichen regelmäßig überarbeitet werden.
Die vorbeschriebenen Netzwerke bedienen sich zumeist eines Frequenzbandes
von 2,4 GHz (beispielsweise das ISM-Funkband (industrial, scientific,
medical ISM, industriell, wissenschaftlich, medizinisch)) und werden
als PAN-Lösung über einen Verbindungsabstand
von 10 m verwendet.
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Die
Arbeitsgruppen IEEE 802.15.3 umfassen die Aufgabengruppe 1 (task
group TG1), die Aufgabengruppe 2 (task group TG2) und die Aufgabengruppe
3 (task group TG3). TG1 nimmt die Standardisierung der Bluetooth-Spezifikationen
vor. TG2 analysiert die Technologien zur Vereinfachung der Koexistenz
von Bluetooth-Produkten und bestehenden Drahtlos-LANs. Als Gruppe
zur Standardisierung von PAN-Lösungen
mit hoher Datenrate befasst sich TG3 gegenwärtig mit einem Sendeschema
zur Implementierung einer Datenrate von 55 Mbps oder mehr.
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1 zeigt
ein als Beispiel angegebenes Piconetz, das zwischen Vorrichtungen
ausgebildet ist, die in einem Hochgeschwindigkeits-WPAN gemäß IEEE 802.15.3
befindlich sind. Wie in 1 gezeigt ist, umfasst das das
Hochgeschwindigkeits-WPAN bildende Piconetz eine Vielzahl von Verbindungsvorrichtungen 10, 12, 14, 16 und 18.
Hierbei ist das Piconetz eine Netzwerkeinheit, die einen Verbindungsdienst
(communication service) in einem unabhängigen Hochgeschwindigkeits-WPAN
bereitstellt.
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Unter
den Vorrichtungen von 1 wirkt die Vorrichtung 10 als
PNC (piconet coordinator PNC, Piconetzkoordinator). Die PNC-Vorrichtung 10 verwaltet
die Verbindungen der in dem Piconetz befindlichen Vorrichtungen
mittels Orientierungsmeldungen (beacon messages) zur Synchronisierung
der eigenen Vorrichtung mit der ersten Vorrichtung 12,
der zweiten Vorrichtung 14, der dritten Vorrichtung 16 und
der vierten Vorrichtung 18, die jeweils damit verbunden
sind. Darüber
hinaus ist die PNC-Vorrichtung 10 auch für den QoS-Steuervorgang
(quality of service QoS, Güte
eines Dienstes), den Energiesparmodus und den Piconetzzugang verantwortlich.
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Eine
Vorrichtung gemäß IEEE 802.15.3,
die in der Lage ist, als PNC zu arbeiten, kann ein Piconetz bilden.
Die Prozedur zur Bildung eines Piconetzes durch eine PNC-fähige Vorrichtung
lautet folgendermaßen.
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Die
PNC-Vorrichtung 10 sucht nach wenigstens einem Kanal zur
Initiierung des Piconetzbetriebes durch Auswählen eines gerade nicht in
Verwendung befindlichen Kanals und durch Rundsenden eines Orientierungsrahmens
(beacon frame) über
den ausgewählten
Kanal. In Reaktion auf den rundgesendeten Orientierungsrahmen findet
bei den Vorrichtungen 12, 14, 16 und 18 ein
Vorgang der Einrichtung eines Verbindungskanals statt. Nunmehr weist
die PNC-Vorrichtung 10 IDs (identifiers oder identities IDs,
Kennungen) entsprechend den Vorrichtungen 12, 14, 16 und 18 zu.
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Wünscht eine
beliebige Vorrichtung die Eingliederung in ein bereits bestehendes
Piconetz, so nimmt die beliebige Vorrichtung eine Eingliederungsprozedur
vor. Mit anderen Worten, die beliebige Vorrichtung, die sich aus
einem externen Bereich in den Sendebe reich des Piconetzes bewegt,
forderte an, dass die PNC-Vorrichtung 10 die eigene Vorrichtung mit
dem bereits bestehenden Piconetz verbindet. In Reaktion auf die
Anforderung weist die PNC-Vorrichtung 10 der die Anforderung
stellenden Vorrichtung eine einzelne in dem Piconetz verwendbare
Vorrichtungskennung (device ID) zu.
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Durch
die vorbeschriebene Prozedur wird das in 1 gezeigte
Piconetz gebildet. Wünschen die
Vorrichtungen 12, 14, 16 und 18 die
Sendung von Daten, so fordern die Vorrichtungen 12, 14, 16 und 18 an,
dass die PNC-Vorrichtung 10 ebenfalls Daten sendet. In
Reaktion auf die Datensendeanforderungen von den Vorrichtungen 12, 14, 16 und 18 weist die
PNC-Vorrichtung 10 den Vorrichtungen 12, 14, 16 und 18 unter
Verwendung des Orientierungsrahmens (beacon frame) Zeitschlitze
zur Ermöglichung
von Datenverbindungen zu. Infolgedessen erfolgt bei jeder der Vorrichtungen 12, 14, 16 und 18 ein
Datensendevorgang zu einer einem zugewiesenen Zeitschlitz entsprechenden
Zeit.
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Wünscht demgegenüber eine
beliebige Vorrichtung die Beendigung eines Verbindungsvorganges
innerhalb des Piconetzes, oder wünscht
die PNC-Vorrichtung 10 die Freigabe einer Kommunikationsverbindung
mit der beliebigen Vorrichtung, so wird zwischen der PNC-Vorrichtung 10 und
der beliebigen Vorrichtung eine Ausgliederungsprozedur vor- genommen.
Hierbei löscht
die PNC-Vorrichtung 10 Information der registrierten beliebigen
Vorrichtung mittels einer Piconetzausgliederungsprozedur.
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Üblicherweise
ist das Hochgeschwindigkeits-WPAN ein kleinformatiges Netzwerk zur
physischen Bereitstellung eines Verbindungsdienstes innerhalb eines
Radius von ungefähr
10 m. Mit der Entwicklung eines Hochgeschwindigkeits-WPAN, das in der
Lage ist, einen Drahtlosdienst von 100 Mbps oder mehr auf Basis
der Drahtlosverbindungstechnologie unter Verwendung von UWB-Frequenzen
bereitzustellen, besteht die Notwendigkeit, den Dienstbereich über den
gegenwärtig
die Grenze darstellenden Radius von ungefähr 10 m hinaus zu erweitern.
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Da
die Sendeausgänge
auf –41,3
dBm oder weniger (beispielsweise ein Frequenzband von 3,1 GHz bis
10,6 GHz) beschränkt
sind, damit Interferenzen mit einem bestehenden Frequenzband minimiert werden
können,
besteht ungeachtet der Tatsache, dass die Drahtlosverbindungen in
dem Hochgeschwindigkeits-WPAN UWB-Frequenzen für die Drahtlosverbindungen
verwenden, nach wie vor ein Problem dahingehend, dass der physische
Dienstbereich auf den Radius von etwa 10 m beschränkt ist.
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Verbindungen
zwischen voneinander getrennten Hochgeschwindigkeits-WPANs werden
vom Protokoll IEEE 802.15.3 nicht unterstützt. Mit anderen Worten, eine
PNC-Vorrichtung (piconet coordinator PNC, Piconetzkoordinator) ist
in einem Piconetz befindlich, wobei die PNC-Vorrichtung lediglich
für Verbindungen
zwischen Vorrichtungen innerhalb dieses Piconetzes verantwortlich
ist. Die PNC-Vorrichtung kann jedoch nicht mit einer in einem anderen
Piconetz befindlichen PNC-Vorrichtung in Verbindung treten.
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Das
zwischen der PNC-Vorrichtung 10 und den Vorrichtungen 12, 14, 16 und 18,
siehe 1, gebildete Piconetz ist in (1) ein unabhängiges Piconetz,
das in der Lage ist, Zeitschlitze unter den innerhalb des Piconetzes
befindlichen Vorrichtungen unabhängig
zuzuweisen, und (2) ein abhängiges
Piconetz, das in der Lage ist, Zeitschlitze, die von einer außerhalb
des Piconetzes befindlichen PNC-Vorrichtung bereitgestellt werden,
unter den in dem Piconetz befindlichen Vorrichtungen zu verteilen
und zuzuweisen, unterteilt. Wird wenigstens ein abhängiges Piconetz
in einem unabhängigen
Piconetz neuerzeugt, so bezeichnet man das unabhängige Piconetz als „Elternpiconetz" (parent piconet),
während
man das neuerzeugte Piconetz als „Kindpiconetz" (child piconet)
oder „Nachbarpiconetz" (neighbor piconet)
bezeichnet. Dies bedeutet, dass das unabhängige Piconetz zum Elternpiconetz
wird, während
das abhängige
Piconetz zum Kindpiconetz wird. In diesem Fall bedient sich das
Kindpiconetz (beziehungsweise das abhängige Piconetz) eines gemeinsamen
Kanals, der von der in dem Elternpiconetz befindlichen PNC-Vorrichtung
bereitgestellt wird.
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Dienste
zwischen Eltern- und Kindpiconetzen werden unter Verwendung unterteilter
Bandbreiten bereitgestellt. Das Ergebnis der Verwendung unterteilter
Bandbreiten besteht darin, dass eine Datenübertragungsfunktion zwischen
den Eltern- und Kindpiconetzen nicht wahrgenommen werden kann. Damit
können
Verbindungen zwischen verschiedenen Piconetzen, das heißt Verbindungen
zwischen in verschiedenen Piconetzen befindlichen Vorrichtungen, nicht
unterstützt
werden. Zur Unterstützung
einer Verbindung zwischen in verschiedenen Piconetzen befindlichen
Vorrichtungen muss eine MAC-Brücke (media
access control MAC, Medienzugangssteuerung) nach IEEE 802.15.3 für alle Vorrichtungen
neu festgelegt und implementiert werden. Um darüber hinaus Verbindungen zwischen
in verschiedenen Piconetzen befindlichen Vorrichtungen zu unterstützen, ist
eine physisch verdrahtete Verbindungsstruktur, so beispielsweise
eine Lichtleitfaser oder ein UTP-Kabel (unshielded twisted pair
UTP, nichtentstörte
verdrillte Zweidrahtleitung), zu konfigurieren, und es muss ein AP
(access point AP, Zugangspunkt) in dem Hochgeschwindigkeits-WPAN
neu festgelegt werden.
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2 ist
eine Ansicht, die die Architektur eines als Beispiel angegebenen
Hochgeschwindigkeits-WPAN unter Verwendung einer Lichtleitfaser darstellt.
Man beachte, dass sich die in 2 gezeigten
Vorrichtungen desjenigen Verbindungsprotokolls in dem Hochgeschwindigkeits-WPAN
bedienen können,
das in der Norm IEEE 802.15.3 festgelegt ist.
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Wie
in 2 gezeigt ist, umfasst das herkömmliche
Hochgeschwindigkeits-WPAN eine zentrale Einheit 20, eine
Vielzahl optischer Koppler 22, 24 und 26,
eine Vielzahl von Signalwandlern 31, 41 und 51 sowie
eine Vielzahl von Piconetzen 30, 40 und 50.
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Die
zentrale Einheit 20 nimmt eine Pfadeinrichtungsfunktion
war, sodass Daten von den Piconetzen 30, 40 und 50 geschaltet
und an die Zielvorrichtungen gesendet werden können. Die Vielzahl optischer
Koppler 22, 24 und 26 sendet die Daten von
der zentralen Einheit 20 an einen angebundenen Pfad und
von den Piconetzen 30, 40 und 50 an die zentrale
Einheit 20.
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Die
Vielzahl von Signalwandlern 31, 41 und 51 wandelt
die von der zentralen Einheit 20 über die optischen Koppler 22, 24 und 26 empfangenen
optischen Signale um. Die optischen Koppler verbinden die elektrischen
Signale und nehmen eine Rundsendung der elektrischen Signale an
die entsprechenden Piconetze vor. Darüber hinaus wandeln die Signalwandler 31, 41 und 51 die
von den Vorrichtungen der Piconetze 30, 40 und 50 empfangenen
elektrischen Signale in optische Signale um und senden die optischen
Signale anschließend
an die zentrale Einheit 20.
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Die
Vielzahl von Piconetzen 30, 40 und 50 umfasst
eine Vielzahl von PNC-Vorrichtungen 32, 42 und 52 (eine
pro Piconetz) und eine Vielzahl von Vorrichtungen 33 bis 37, 43 bis 47 und 53 bis 57 zum Senden
von Daten auf Basis von Zeitschlitzen, die von den zu den Piconetzen 30, 40 und 50 gehörenden PNC-Vorrichtungen 32, 42 und 52 zugewiesen werden.
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Werden
Verbindungen zwischen in verschiedenen Piconetzen befindlichen Vorrichtungen
in der in 2 gezeigten Hochgeschwindigkeits-WPAN-Architektur
aufgebaut, so empfängt
die zentrale Einheit 20 Daten und sendet die empfangenen
Daten an Zielpiconetze, da die optischen Koppler 22, 24 und 26 die
Daten nicht direkt an die Zielpiconetze senden können. Die zentrale Einheit 20 muss
eine PNC-Funktion zur Verwaltung aller Vorrichtungen 33 bis 37, 43 bis 47 und 53 bis 57 aufweisen,
die in den jeweiligen über die
Lichtleitfaser damit verbundenen Piconetzen 30, 40 und 50 befindlich
sind. Darüber
hinaus besteht ein Problem dahingehend, dass die zentrale Einheit 20 eine
MAC-Brückenfunktion
aufweisen muss, die für
das Schalten und Senden von Daten von einem Quellenpiconetz an ein
Zielpiconetz erforderlich ist.
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3 ist
eine Tabelle, die Dateneingangs- und -ausgangszustände zwischen
der zentralen Einheit 20 und dem A-Piconetz 30 bezüglich des
optischen A-Kopplers 22 von 2 darstellt.
Wie in 3 gezeigt ist, wird davon ausgegangen, dass „1", „2" und „3" einen Pfad der zentralen
Einheit 20, einen Pfad des optischen B-Kopplers 24 beziehungsweise einen
Pfad des A-Piconetzes 30 bezüglich des optischen A-Kopplers 22 darstellen.
Daten, die von dem Pfad der zentralen Einheit 20, das heißt dem Pfad „1", in den optischen
A-Koppler 22 eingegeben werden, werden an die Pfade „2" und „3" ausgegeben. Daten,
die von dem Pfad „2" eingegeben werden, werden über den
optischen A-Koppler 22 in den Pfad „1" ausgegeben, während Daten, die von dem Pfad „3" eingegeben werden, über den
optischen A-Koppler 22 an den Pfad „1" ausgegeben werden.
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Werden
beispielsweise Daten von dem C-Piconetz 50 an eine beliebige
in dem B-Piconetz 40 befindliche Vorrichtung gesendet,
so wird ein Signal, an dem von dem C-Signalwandler 51 eine
optoelektrische Wandlung vorgenommen wurde, nicht direkt über den
optischen C-Koppler 26 an das B-Piconetz 40, sondern
an die zentrale Einheit 20 gesendet. Die zentrale Einheit 20 nimmt
vermöge
der MAC-Brückenfunktion
eine Rundsendung des empfangenen Signals an die Piconetze 30, 40 und 50 vor.
Nunmehr analysieren die in den Piconetzen 30, 40 und 50 befindlichen
Vorrichtungen 33 bis 37, 43 bis 47 sowie 53 bis 57 die
ID-Information (identifier oder identity ID, Kennung) der Daten,
die von der zentralen Einheit 20 rundgesendet und anschließend von
den Signalwandlern 31, 41 und 51 empfangen
worden ist, und bestimmen, ob die empfangenen Daten jeweils den eigenen
Vorrichtungen entsprechen. Damit eine Sendung der Daten zwischen
verschiedenen Piconetzen, wie vorstehend beschrieben, erfolgen kann,
müssen die
Daten an die zentrale Einheit 20 und anschließend an
das Zielpiconetz gesendet werden. Es besteht damit ein Nachteil
dahingehend, dass bei dem herkömmlichen
Hochgeschwindigkeits-WPAN zusätzliche
Operationen, an denen die zentrale Einheit mitwirkt, vorgenommen
werden müssen.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Eingedenk
der vorstehend aufgeführten
Probleme des Standes der Technik stellt die vorliegende Erfindung
daher ein Hochgeschwindigkeits-WPAN (wireless personal area network
WPAN, Drahtlosnetzwerk für
den persönlichen
Bereich) bereit, das in der Lage ist, Daten zwischen in verschiedenen
Piconetzen befindlichen Vorrichtungen einfach und schnell zu senden.
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Die
vorliegende Erfindung stellt darüber
hinaus ein Hochgeschwindigkeits-WPAN (wireless personal area network
WPAN, Drahtlosnetzwerk für
den persönlichen
Bereich) bereit, das in der Lage ist, Daten zwischen in verschiedenen
Piconetzen befindlichen Vorrichtungen direkt zu senden, ohne dass
eine zentrale Einheit mitwirkt.
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Die
vorliegende Erfindung stellt darüber
hinaus ein Hochgeschwindigkeits-WPAN (wireless personal area network
WPAN, Drahtlosnetzwerk für
den persönlichen
Bereich) bereit, das Zweiwegeverbindungen zwischen in verschiedenen
Piconetzen befindlichen Vorrichtungen ermöglicht.
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Entsprechend
der vorliegenden Erfindung werden die vorgenannten und weitere Funktionen durch
Bereitstellung eines Hochgeschwindigkeits-WPAN-Systems (wireless
personal area network WPAN, Drahtlosnetzwerk für den persönlichen Bereich) erfüllt, das
umfasst: eine Lichtleitfaser, die als Medium zum Senden von Daten
dient; eine Vielzahl von Piconetzen, von denen jedes eine Vielzahl von
Vorrichtungen und eine PNC-Vorrichtung (piconet coordinator PNC,
Piconetzkoordinator) zum Verwalten der Vorrichtungen umfasst; eine
Vielzahl von Signalwandlern entsprechend den Piconetzen, von denen
jeder ein von der Lichtleitfaser empfangenes optisches Signal in
ein elektrisches Signal umwandelt und das elektrische Signal an
die Piconetze sendet sowie ein von jedem der Piconetze empfangenes elektrisches
Signal in ein optisches Signal umwandelt und das optische Signal
an die optische Faser sendet. Eine Vielzahl von Verbindern, die
an der optischen Faser und den Signalwandlern angebracht ist, sendet
von der Lichtleitfaser und den Signalwandlern eingegebene Signale
bidirektional, wobei eine der in den Piconetzen vorgesehenen PNC-Vorrichtungen
Zeitschlitze für
die in den Piconetzen befindlichen Vorrichtungen zuweist und verwaltet.
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Vorzugsweise
kann jeder der Verbinder umfassen: einen ersten Koppler, der mit
der einen Seite der Lichtleitfaser verbunden ist; einen zweiten
Koppler, der mit der anderen Seite der Lichtleitfaser verbunden
ist; und einen dritten Koppler, der mit dem Signalwandler verbunden
ist, wobei die ersten, zweiten und dritten Koppler eingegebene Signale
ausfallen lassen (drop) oder hinzufügen (add).
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Vorzugsweise
kann jeder der ersten, zweiten und dritten Koppler umfassen: einen
ersten Anschluss an seiner einen Seite; und zweite Anschlüsse an seiner
anderen Seite. Jeder der ersten, zweiten und dritten Koppler kann
ein Fallenlassen und Senden eines Signals gemäß Eingabe von dem ersten Anschluss
an die zweiten Anschlüsse
und ein Hinzufügen
und Senden von Signalen gemäß Eingabe
von den zweiten Anschlüssen
an den ersten Anschluss vornehmen.
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Vorzugsweise
können
die ersten Anschlüsse der
ersten und zweiten Koppler mit der Lichtleitfaser verbunden sein,
während
der erste Anschluss des dritten Kopplers mit dem Signalwandler verbunden ist.
Vorzugsweise sind die zweiten Anschlüsse von jedem der ersten, zweiten
und dritten Koppler jeweils mit den zweiten Anschlüssen benachbarter
Koppler über
gemeinsame Leitungen verbunden. Vorzugsweise kann eine PNC-Vorrichtung,
die die in den Piconetzen befindlichen Vorrichtungen verwaltet,
die Piconetze als einzelnes beziehungsweise einheitliches logisches
Piconetz verwalten.
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Vorzugsweise
kann eine Vorrichtung höherer Ordnung
PNC-fähiger
Vorrichtungen als PNC-Vorrichtung eingesetzt werden, wenn die eine
PNC-Vorrichtung, die die in den Piconetzen befindlichen Vorrichtungen
verwaltet, außerhalb
des einzelnen logischen Piconetzes befindlich ist.
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Da
die Piconetze und die Lichtleitfaser miteinander verbunden sind,
um erfindungsgemäß Zweiwegeverbindungen
zu bilden, erfolgen ein bidirektionales Ausfallenlassen und Senden
von Daten von den Piconetzen, sodass Verbindungen zwischen in verschiedenen
Piconetzen befindlichen Vorrichtungen aufgebaut werden können. Da
darüber
hinaus die Verbindungen zwischen den in verschiedenen Piconetzen
befindlichen Vorrichtungen aufgebaut werden können, kann der physische Dienstbereich
in einem Hochgeschwindigkeits-WPAN (wireless personal area network
WPAN, Drahtlosnetzwerk für
den persönlichen
Bereich) erweitert werden. Da darüber hinaus von einer beliebigen
Vorrichtung stammende Daten an in verschiedenen Piconetzen befindliche Vorrichtungen
gesendet werden können,
können physisch
verschiedene Piconetze zu einem einheitlichen Piconetz integriert
werden, das dann derart betrachtet werden kann, als wäre das Hochgeschwindigkeits-WPAN
als einheitliches Piconetz konfiguriert.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnung
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Die
vorgenannten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung erschließen
sich besser aus der nachfolgenden Detailbeschreibung in Zusammenschau
mit der begleitenden Zeichnung, die sich wie folgt zusammensetzt.
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1 ist
eine Ansicht, die ein als Beispiel angegebenes Piconetz darstellt,
das zwischen in einem Hochgeschwindigkeits-WPAN (wireless personal area
network WPAN, Drahtlosnetzwerk für
den persönlichen
Bereich) nach IEEE 802.15.3 befindlichen Vorrichtungen ausgebildet
ist.
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2 ist
eine Ansicht, die die Architektur eines als Beispiel angegebenen
Hochgeschwindigkeits-WPAN unter Verwendung einer Lichtleitfaser darstellt.
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3 ist
eine Tabelle, die Dateneingangs- und -ausgangszustände zwischen
einer zentralen Einheit und einem A-Piconetz bezüglich des optischen A-Kopplers
von 2 darstellt.
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4 ist
eine Ansicht, die die Architektur eines Hochgeschwindigkeits-WPAN-Systems
(wireless personal area network WPAN, Drahtlosnetzwerk für den persönlichen
Bereich) entsprechend einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung
darstellt.
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5 ist
eine Tabelle, die Dateneingangs- und -ausgangszustände bezüglich des
in 4 gezeigten Verbinders darstellt.
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6 ist
eine Ansicht, die eine als Beispiel angegebene Architektur zur logischen
Rekonfigurierung der Beziehungen zwischen den in 4 gezeigten
Piconetzen darstellt.
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Detailbeschreibung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Nachstehend
werden bevorzugte Aspekte der vorliegenden Erfindung detailliert
unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung beschrieben. In der
Zeichnung sind gleiche oder ähnliche
Elemente mit denselben Bezugszeichen bezeichnet, auch wenn sie in
verschiedenen Figuren auftreten. In der nachfolgenden Beschreibung,
die in Verbindung mit bevorzugten Aspekten der vorliegenden Erfindung erfolgt,
ist eine Vielzahl spezifischer Elemente gezeigt. Die Beschreibung
derartiger Elemente erfolgt lediglich zu dem Zweck, ein besseres
Verständnis der
vorliegenden Erfindung zu ermöglichen.
Einem Fachmann auf dem einschlägigen
Gebiet erschließt sich
unmittelbar, dass die vorliegende Erfindung auch ohne Verwendung
der vorgenannten spezifischen Elemente in der Praxis realisiert
werden kann, so diese dem Geist der Erfindung entsprechen und innerhalb
des Bereiches der beigefügten
Ansprüche liegen.
Schließlich
wird in der nachfolgenden Beschreibung auf eine detaillierte Beschreibung
bekannter auftretender Funktionen und Konfigurationen verzichtet,
da sie den Gegenstand der vorliegenden Erfindung unklar machen könnten.
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4 zeigt
die Architektur eines Hochgeschwindigkeits-WPAN (wireless personal
area network WPAN, Drahtlosnetzwerk für den persönlichen Bereich) entsprechend
einem bevorzugten Aspekt der vorliegenden Erfindung. Wie in 4 gezeigt
ist, umfasst das Hochgeschwindigkeits-WPAN eine Lichtleitfaser,
die als Übertragungsmedium
dient, eine Vielzahl von Piconetzen 300, 400 und 500 mit
jeweiligen Signalwandlern 310, 410 und 510 sowie eine
Vielzahl von Verbindern 220, 240 und 260.
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Die
Vielzahl von Piconetzen 300, 400 und 500 umfasst
eine Vielzahl jeweiliger PNC-Vorrichtungen 320, 420 und 520 sowie
eine Vielzahl jeweiliger Vorrichtungen 330 bis 370, 430 bis 470 sowie 530 bis 570 pro
Piconetz. Hierbei verwalten die PNC-Vorrichtungen 320, 420 und 520 diejenigen
Vorrichtungen, die in den dadurch gebildeten Piconetzen befindlich sind.
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Die
Vielzahl von Signalwandlern 310, 410 und 510 wandelt
von der Lichtleitfaser 100 empfangene optische Signale
in elektrische Signale um und nimmt eine Rundsendung der elektrischen
Signale an die Piconetze 300, 400 beziehungsweise 500 vor. Darüber hinaus
wandeln die Signalwandler 310, 410 und 510 die
von den Vorrichtungen der Piconetze 300, 400 und 500 empfangenen
elektrischen Signale in optische Signale um und sendet die optischen
Signale anschließend
an die Lichtleitfaser 100.
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Die
Verbinder 220, 240 und 260 verbinden die
Piconetze 300, 400 und 500 mit der Lichtleitfaser 100 und
senden Daten jeweils in beiden Richtungen. Damit lassen die Verbinder 220, 240 und 260 beim Empfangen
von Daten von der einen Seite der Lichtleitfaser 100 die
empfangenen Daten fallen und senden sie an die andere Seite der
optischen Faser 100 und die Piconetze 300, 400 und 500.
Darüber
hinaus lassen die Verbinder 220, 240 und 260 beim
Empfangen von Daten von der anderen Seite der optischen Faser 100 die empfangenen
Daten fallen und senden sie an die eine Seite der optischen Faser 100 und
die Piconetze 300, 400 und 500. Darüber hinaus
lassen die Verbinder 220, 240 und 260 beim
Empfangen von Daten von den Piconetzen 300, 400 und 500 die empfangenen
Daten fallen und senden sie jeweils an die eine oder andere Seite
der Lichtleitfaser 100.
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Wie
vorstehend beschrieben worden ist, werden die Daten bidirektional über die
Lichtleitfaser 100 fallengelassen und gesendet, wenn Daten
von den Piconetzen gesendet werden, sodass eine Verbindung zwischen
in verschiedenen Piconetzen befindlichen Vorrichtungen ermöglicht wird.
Da die Verbindung zwischen in verschiedenen Piconetzen befindlichen
Vorrichtungen ermöglicht
wird, kann der physische Dienstbereich in dem Hochgeschwindigkeits-WPAN
erweitert werden.
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Demgegenüber weist
eine der die Piconetze 300, 400 und 500 dieses
Aspektes der Erfindung bildenden PNC-Vorrichtungen 320, 420 und 520 Zeitschlitze
nicht nur für
Vorrichtungen, die das eigene Piconetz bilden, zu und verwaltet
diese, sondern auch für
Vorrichtungen, die andere PNC-Vorrichtungen enthalten, die andere
mit der Lichtleitfaser verbundene Piconetze bilden. Entsprechend
diesem Aspekt der Erfindung wird die A-PNC-Vorrichtung 320 unter den
PNC-Vorrichtungen 320, 420 und 520 als Vorrichtung
gewählt,
die dafür
ausgelegt ist, eine PNC-Funktion nicht nur für das eigene Piconetz, sondern
auch für
andere Piconetze wahrzunehmen.
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5 ist
eine Tabelle, die Dateneingangs- und -ausgangszustände bezüglich des
A-Verbinders 220 von 4 darstellt.
Verglichen mit der dem Stand der Technik entstammenden Tabelle von 3 liegt
ein merklicher Vorteil mit Blick auf die möglichen Ausgänge bei
einem gegebenen Eingang vor. Wie in 5 gezeigt
ist, werden, wenn Daten von der einen Seite 1 der Lichtleitfaser 100 eingegeben
werden, die Daten an die andere Seite 2 der Lichtleitfaser 100 und
des A-Piconetzes 300 über
den A-Verbinder 220 gesendet. Darüber hinaus werden die eingegebenen
Daten, wenn die Daten von der anderen Seite 2 der Lichtleitfaser 100 eingegeben
werden, an die eine Seite 1 der Lichtleitfaser 100 und
das optische A-Netz 300 über den A-Verbinder 220 gesendet.
Darüber
hinaus werden Daten von dem A-Piconetz 300 eingegeben,
und es werden die eingegebenen Daten an die eine Seite 1 oder die
andere Seite 2 der Lichtleitfaser 100 über den A-Verbinder 220 gesendet.
Wenn also Daten aus irgendeiner Richtung eingegeben werden, werden
die eingegebenen Daten bidirektional gesendet. Der vorbeschriebene Aufbau
kann identisch bei den anderen Verbindern 240 und 260 zur
Anwendung kommen.
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Der
in 4 gezeigte A-Verbinder 220 enthält den ersten
Koppler 222, den zweiten Koppler 224 und den dritten
Koppler 226. Darüber
hinaus enthält
der B-Verbinder 240 den ersten Koppler 242, den zweiten
Koppler 244 und den dritten Koppler 246. Der C-Verbinder 260 umfasst
wiederum den ersten Koppler 262, den zweiten Koppler 264 und
den dritten Koppler 266. Die in den Verbindern 220, 240 und 260 ausgebildeten
Koppler nehmen alle dieselbe Funktion wahr. Daher werden im Zusammenhang
mit diesem als Beispiel angegebenen Ausführungsbeispiel nur die den
A-Verbinder 220 bildenden Koppler 222, 224 und 226 beschrieben.
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Der
erste Koppler 222, der mit der einen Seite der Lichtleitfaser 100 verbunden
ist, lässt
die eingegebenen Daten fallen und sendet diese an die zweiten und
dritten Koppler 224 und 226. Der zweite Koppler 224,
der mit der anderen Seite der Lichtleitfaser 100 verbunden
ist, lässt
die eingegebenen Daten fallen und sendet diese an die ersten und
dritten Koppler 222 und 226. Der dritte Koppler 226,
der mit den Vorrichtungen des A-Piconetzes 300 und
dem A-Signalwandler 310 zum Zwecke der Durchführung einer
Datensende- und -empfangsoperation gekoppelt ist, lässt die
von dem A-Piconetz 300 eingegebenen Daten fallen und sendet
diese an die ersten und zweiten Koppler 222 und 224.
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Jeder
der ersten, zweiten und dritten Koppler 222, 224 und 226 enthält einen
ersten Anschluss an seiner einen Seite und ein Paar zweiter Anschlüsse an seiner
anderen Seite. Damit lässt
jeder der ersten, zweiten und dritten Koppler 222, 224 und 226 die
von dem ersten Anschluss eingegebenen Daten fallen und sendet sie
an das Paar zweiter Anschlüsse
und fügt
von den zweiten Anschlüssen
eingegebene Daten hinzu und sendet diese an den ersten Anschluss.
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Hierbei
sind die ersten Anschlüsse
der ersten und zweiten Koppler 222 und 224 mit
der Lichtleitfaser 100 verbunden. Darüber hinaus ist der erste Anschluss
des dritten Kopplers 222 mit dem A-Signalwandler 310 zur
Errichtung einer Verbindung mit den Vorrichtungen des A-Piconetzes 300 verbunden. Darüber hinaus
sind die zweiten Anschlüsse
an jedem der ersten, zweiten und dritten Koppler 222, 224 und 226 jeweils
mit den zweiten Anschlüssen
benachbarter Koppler über
gemeinsame Leitungen verbunden. Mit anderen Worten, eine Leitung,
die mit einem der zweiten Anschlüsse
des ersten Kopplers 222 verbunden ist, ist gemeinsam mit
einem der zweiten Anschlüsse
des zweiten Kopplers 224 verbunden. Die andere Leitung,
die mit dem anderen der zweiten Anschlüsse des ersten Kopplers 222 verbunden
ist, ist gemeinsam mit einem der zweiten An schlüsse des dritten Kopplers 226 verbunden.
Eine Leitung, die mit dem anderen der zweiten Anschlüsse des
zweiten Kopplers 224 verbunden ist, ist gemeinsam mit dem
anderen der zweiten Anschlüsse
des dritten Kopplers 226 verbunden.
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Eine
Prozedur zum Senden von Daten von der A1-Vorrichtung 330 an
die B1-Vorrichtung 430 wird nachstehend kurz unter Bezugnahme
auf 4 beschrieben. Entsprechend diesem Aspekt der
vorliegenden Erfindung erzeugt die A1-Vorrichtung 330 Daten,
die an die B1-Vorrichtung 430 gesendet werden sollen, da
diese das Ziel auf Basis der Vorrichtungs-ID-Information von der
die PNC-Funktion wahrnehmenden A-PNC-Vorrichtung 320 darstellt, und
sendet die erzeugten Daten sodann an den A-Signalwandler 310.
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Der
A-Signalwandler 310 wandelt die von der A1-Vorrichtung 330 empfangenen
Daten in ein optisches Signal um und überträgt das optische Signal anschließend an
den dritten Koppler 226 des A-Verbinders 220.
Der dritte Koppler 226 lässt das optische Signal fallen
und sendet es an die ersten und zweiten Koppler 222 und 224.
Die ersten und zweiten Koppler 222 und 224 senden
das optische Signal jeweils an die eine und andere Seite der Lichtleitfaser 100.
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Der
erste Koppler 242 des B-Verbinders 240 lässt die
von dem A-Verbinder 220 eingegebenen Daten fallen und sendet
diese an die zweiten und dritten Koppler 244 und 246.
Der zweite Koppler 244 des B-Verbinders 240 sendet
die Daten von dem ersten Koppler 242 an den C-Verbinder 260 der
Lichtleitfaser 100. Der dritte Koppler 246 des
B-Verbinders 240 sendet die Daten von dem ersten Koppler 242 an
den B-Signalwandler 410. Der B-Signalwandler 410 wandelt
die von dem dritten Koppler 246 empfangenen Daten in ein
elektrisches Signal um und nimmt anschließend eine Rundsendung des elektrischen
Signals an die in dem B-Piconetz 400 befindlichen Vorrichtungen 420 bis 470 vor.
Die Vorrichtungen 420 bis 470 analysieren die
Kennungs- und Adressinformation, die in dem von dem B-Signalwandler 410 rundgesendeten
elektrischen Signal enthalten ist, und bestimmen anschließend, ob
die Kennungs- und Adressinformation jeweils ihren eigenen Vorrichtungen
entspricht. Stellt die B1-Vorrichtung 430 fest, dass das empfangene
elektrische Signal ihrer eigenen Vorrichtung entspricht, so führt sie
nachfolgend einen Signalverarbeitungsvorgang durch. Andernfalls
sondern die anderen Vorrichtungen 420, 440, 450, 460 und 470 das
von dem Wandler 410 empfangene elektrische Signal aus,
da das Datensignal nicht ihren eigenen Vorrichtungen entspricht.
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6 zeigt
eine als Beispiel angegebene Architektur zur logischen Konfigurierung
der Beziehung zwischen den Piconetzen 300, 400 und 500 von 4.
In 6 wird die A-PNC-Vorrichtung 320 des A-Piconetzes 300 zum
Zuweisen und Verwalten von Zeitschlitzen für die Vorrichtungen aller Piconetze 300, 400 und 500 zur
PNC-Vorrichtung aller in den Piconetzen 300, 400 und 500 befindlichen
Vorrichtungen.
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In
diesem Fall weisen die B-PNC-Vorrichtung 420 des B-Piconetzes 400 und
die C-PNC-Vorrichtung 520 des
C-Piconetzes 500 eine PNC-Funktion auf, nehmen die PNC-Funktion
jedoch nicht in der Praxis wahr. Da die B-PNC-Vorrichtung 420 und die
C-PNC-Vorrichtung 520 Verbindungen unter Verwendung von
Zeitschlitzen gemäß Zuweisung
durch die A-PNC-Vorrichtung 320 aufbauen, werden sie auch
als „PNC-fähige Vorrichtungen" bezeichnet. Darüber hinaus
kann aufgrund der Tatsache, dass die Piconetze 300, 400 und 500 von
der A-PNC-Vorrichtung 320 integriert und verwaltet werden,
das Hochgeschwindigkeits-WPAN dieses Ausführungsbeispieles als Piconetz 600 beschrieben
werden, in das die Piconetze 300, 400 und 500 integriert
und eingebaut sind.
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Daten
von einer beliebigen Vorrichtung können an eine Zielvorrichtung
gesendet werden, die in einem anderen Piconetz befindlich ist, sodass
man die Angelegenheit so betrachten kann, als ob die in physisch
verschiedenen Piconetzen befindlichen Vorrichtungen innerhalb eines
einheitlichen logischen Piconetzes arbeiten können. Darüber hinaus kann aufgrund der
Tatsache, dass Pfade derart errichtet werden, dass Zweiwegeverbindungen
zwischen den in verschiedenen Piconetzen befindlichen Vorrichtungen
unter Verwendung von Kopplern ermöglicht werden, der Verbindungsdienstbereich
erweitert werden, ohne dass die MAC-Schicht zum Senden von Daten
zwischen den in verschiedenen Piconetzen befindlichen Vorrichtungen
erweitert und eine MAC-Brückenfunktion
hinzugefügt
werden müsste.
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Die
PNC-Vorrichtungen 320, 420 und 520 sind
entsprechend dem in 4 gezeigten Hochgeschwindigkeits-WPAN
physisch in den Piconetzen 300, 400 und 500 befindlich.
Entsprechend diesem Ausführungsbeispiel
kann man die Angelegenheit so betrachten, als ob die Vorrichtungen
logisch innerhalb eines einheitlichen Piconetzes arbeiten würden. Befindet
sich also die A-PNC-Vorrichtung 320 außerhalb des Piconetzes 600,
so wird eine Vorrichtung höherer
Ordnung der B-PNC-Vorrichtung 420 und der C-PNC-Vorrichtung 520 automatisch
als PNC-Vorrichtung des Piconetzes 600 gewählt. Dieser
Vorgang ist in der Norm IEEE 802.15.3 festgelegt.
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Da
Piconetze und eine optische Faser miteinander verbunden sind, um
Zweiwegeverbindungen zu ermöglichen,
werden Daten aus den Piconetzen fallen gelassen und bidirektional
gesendet, weshalb Verbindungen zwischen in verschiedenen Piconetzen
befindlichen Vorrichtungen aufgebaut werden können.
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Da
darüber
hinaus die Verbindungen zwischen den in verschiedenen Piconetzen
befindlichen Vorrichtungen aufgebaut werden können, kann der physische Dienstbereich
in einem Hochgeschwindigkeits-WPAN (wireless personal area network
WPAN, Drahtlosnetzwerk für
den persönlichen
Bereich) erweitert werden.
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Schließlich sollte
einsichtig sein, dass Daten von einer beliebigen Vorrichtung an
in verschiedenen Piconetzen befindliche Vorrichtungen gesendet werden
können,
und die physisch verschiedenen Piconetze zu einem einheitlichen
logischen Piconetz integriert werden können, da man die Angelegenheit
so betrachten kann, als ob das Hochgeschwindigkeits-WPAN als einheitliches
Piconetz konfiguriert wäre.
Obwohl vorgezogen wird, dass eine bestimmte PNC-Vorrichtung die
Zeitschlitze und dergleichen aller Vorrichtungen aus der Vielzahl
von Piconetzen als einheitliche logische Einheit verwaltet, entspricht
es dem Geist der beanspruchten Erfindung und liegt innerhalb des
Bereiches derselben, wenn eine Vorrichtung vorhanden ist, die innerhalb
eines Piconetzes liegt, das nicht von der bestimmten PNC-Vorrichtung verwaltet
wird.
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Obwohl
bevorzugte Ausführungsbeispiele der
vorliegenden Erfindung zu illustrativen Zwecken offenbart worden
sind, erschließt
sich einem Fachmann auf dem einschlägigen Gebiet unmittelbar, dass
verschiedenartige Abwandlungen, Hinzufügungen und Ersetzungen möglich sind,
ohne den Bereich der Erfindung beziehungsweise der beigefügten Ansprüche zu verlassen.
Obwohl beispielsweise dargelegt ist, dass UWB-Frequenzen aufgrund
der IEEE-Standardisierungsverfahren bevorzugt sind, kann die vorliegend
beanspruchte Erfindung auch bei Frequenzen Anwendung finden, die
beträchtlich
höher oder
niedriger als UWB-Frequenzen (2 bis 200 Mal pro Abschnitt) sind,
da eine beliebige Frequenz bei Verwendung des vorliegenden Systems
in den Bereich der beigefügten
Ansprüche
fällt.
Aus diesem Grunde ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorbeschriebenen
Ausführungsbeispiele
und das in der Zeichnung Dargestellte beschränkt.