DE60222587T2

DE60222587T2 - Rettungsbake

Info

Publication number: DE60222587T2
Application number: DE60222587T
Authority: DE
Inventors: Christian Zechlin; Thomas Block
Original assignee: Nokia Oyj
Current assignee: Callahan Cellular LLC
Priority date: 2002-01-15
Filing date: 2002-01-15
Publication date: 2008-06-19
Anticipated expiration: 2022-01-16
Also published as: US20050118950A1; WO2003061215A1; CN100348002C; ATE373912T1; US7483677B2; EP1466447A1; KR20040071301A; DE60222587D1; CN1615616A; KR100862954B1; AU2002237286A1; EP1466447B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Funkfrequenzsendeempfänger niedriger Leistung, der ausgebildet ist, um ein Funknetz von kommunizierenden Funkfrequenzsendeempfängern auszubilden. Insbesondere bezieht sie sich auf einen Bluetooth-Master-Sendeempfänger, der ausgelegt ist, um zu verhindern, dass die verbundenen Slave-Sendeempfänger die Synchronisation verlieren, während der Master-Sendeempfänger ein Abfrageverfahren (inquiry) oder ein Funkrufverfahren (paging) ausführt.
Die WO 99/37106 offenbart ein System, das eine drahtlose Master-Einheit und ein oder mehrere drahtlose Slave-Einheiten, die jeweils eine eindeutige Kennung haben, umfasst. Wenn eine drahtlose Slave-Einheit aktiv ist, wird sie durch eine Adresse einer begrenzten Anzahl von temporären Adressen adressiert. Ein PARK-Modus erlaubt es einer drahtlosen Slave-Einheit, sich in einem Ruhezustand zu befinden, während dem ihre temporäre Adresse gelöst wird, was es ermöglicht, dass die Adresse einer anderen drahtlosen Slave-Einheit zugewiesen wird. Um einen geparkten Slave zu rufen, wird ein Funkrufleitstrahlpaket (polling beacon packet) zu jeder der drahtlosen Slave-Einheiten in festen Intervallen während eines Master-Slave-Zeitschlitzes rundgesendet und empfangen. Jede drahtlose Slave-Einheit bestimmt, ob das empfangene Funkrufleitstrahlpaket ihre eindeutige Kennung einschließt. Wenn dem so ist, so ruft die drahtlose Slave-Einheit eine temporäre Adresse vom Funkrufleitstrahlpaket ab. Die drahtlose Einheit sendet eine Antwort an die drahtlose Master-Einheit während eines folgenden Slave-zu-Master-Zeitschlitzes, wenn das empfangene Funkrufleitstrahlpaket die eindeutige Kennung einschließt, die zur drahtlosen Slave-Einheit gehört. Geparkten drahtlosen Slave-Einheiten wird auch eine eindeutige Antwortnummer vom Master zugewiesen. Der Master führt eine Rundsendung eines Funkrufleitstrahlpakets während eines Master-zu-Slave- Zeitschlitzes aus. Wenn die geparkte Slave-Einheit einen Zugang zum Kanal wünscht, sendet sie eine Antwort in einem N-ten Slave-zu-Master-Zeitschlitz, der dem Funkrufleitstrahlpaket folgt, wobei N eine Funktion der eindeutigen Antwortnummer des Slave ist.
1 zeigt ein Netz (Bluetooth-Pikonetz) 2 von Funksendeempfängereinheiten, das eine Mastereinheit 4 und Slave-Einheiten 6, 8 und 10 einschließt, die durch das Senden und Empfangen von Funkpaketen kommunizieren. Die Master-Einheit ist die Sendeempfängereinheit, die die Verbindung eines Slaves mit dem Netz initiiert. Es gibt nur einen Master in einem Netz. Das Netz arbeitet im Zeitduplex.
Die Sendeempfänger senden und empfangen, in diesem Beispiel in einem Mikrowellenfrequenzband, das mit 2,4 GHz gezeigt ist. Das Netz reduziert die Interferenz durch das Ändern der Frequenz, mit dem jedes Funkpaket übertragen wird. Eine Anzahl von getrennten Frequenzkanälen wird jeweils mit einer Bandbreite von 1 MHz zugeordnet, und die Frequenz kann mit einer Rate von 1600 Sprüngen/s springen.
Betrachtet man die 2, so ist ein Rahmen dargestellt. Dieser Rahmen 20 ist der Zeitrahmen, der von der Mastereinheit 4 verwendet wird. Der Rahmen weist in der Illustration Schlitze 22 bis 29 gleicher Länge auf. Die Schlitze, die mit geraden Zahlen bezeichnet sind, sind reserviert. Nur die Master-Einheit kann das Senden eines Funkpakets in Ausrichtung mit dem Start der gerade nummerierten Schlitze beginnen. Die Schlitze, die mit ungeraden Nummern bezeichnet sind, sind reserviert. Nur Funkpakete, die durch einen Slave gesendet werden, das heißt Funkpakete, die für einen Empfang durch die Master-Einheit adressiert sind, können ihren Start in Ausrichtung mit dem Start der ungerade nummerierten Schlitze haben. Jedem Schlitz wird eine andere Frequenz einer Sequenz von Sprungfrequenzen zugewiesen. Es ist jedoch für ein Funkpaket möglich, sich über eine Anzahl von Schlitzen zu erstrecken, und in diesem Fall bleibt die Frequenz, mit der das Paket gesendet wird, konstant auf der, die dem Schlitz am Start des Pakets zugewiesen wurde. Ein Schlitz hat eine konstante Zeitdauer und dauert typischerweise 625 Mikrosekunden.
Das Netz ist ein Funkfrequenznetz, das für das Senden von Sprachinformation oder Dateninformation zwischen Sendeempfängern geeignet ist. Die Sendungen weisen eine niedrige Leistung auf, beispielsweise 0 bis 20 dBm, und die Sendeempfängereinheiten können über einen Bereich von einigen wenigen Zentimetern bis zu einen wenigen zehn oder hundert Metern wirksam kommunizieren. Die Master-Einheit hat die Last der Identifizierung der anderen Sendeempfängereinheiten in ihrem Sendebereich, was unter Verwendung eines Abfrageverfahrens erzielt wird, und die Last des Rufens einer Sendeempfängereinheit, um eine Kommunikationsverbindung zwischen der Master-Einheit und der Slave-Einheit aufzubauen, was unter Verwendung eines Zugangsverfahrens (Access Procedure) erreicht wird.
Betrachtet man die 3, so ist ein typisches Funkpaket 30 dargestellt. Das Funkpaket weist einen Start 32 auf und enthält drei verschiedene Teile: einen ersten Vorspannteil, der einen Zugangskode 34 enthält, einen zweiten Teil, der einen Kopfteil 36 enthält, und einen dritten Teil, der eine Nutzlast 38 enthält.
Der Zugangskode ist eine Serie von Bits, die im Netz verwendet werden, um den Start eines Funkpakets zu identifizieren und eine Synchronisation und DC-Schätzung zu bewirken. Er weist eine feste Länge auf. Im Empfänger führt ein gleitender Korrelator eine Korrelation gegen ein Synchronisationswort im Zugangskode aus und löst aus, wenn ein Schwellwert überschritten wird. Es gibt drei Typen von Zugangskodes. Der Kanalzugangskode wird aus der Bluetooth-Vorrichtungsadresse (BD_ADDR) der Master-Einheit abgeleitet und identifiziert ein Pikonetz. Er ist in allen Paketen, die im Pikonetzkanal übertragen werden, eingeschlossen. Der Vorrichtungszugangskode wird aus der Bluetooth-Vorrichtungsadresse (BD_ADDR) der Zieleinheit abgeleitet, und signalisiert die Zielvorrichtung beispielsweise während des Zugangsverfahrens. Der Abfragezugangskode wird verwendet, um zu entdecken, welche Bluetooth-Einheiten sich in Reichweite befinden.
Der Kopfteil kann vorhanden sein oder auch nicht. Wenn er vorhanden ist, so weist er eine feste Länge (beispielsweise 54 Bits) auf. Der Kopfteil enthält Steuerworte. Die Adresse des aktiven Elements (AM_ADDR) ist ein Wort, das einen Slave in einem Netz eindeutig identifiziert. Die Adresse des aktiven Elements wird einer Slave-Einheit durch eine Master-Einheit zugewiesen, wenn die Master-Einheit den Slave mit dem Netz verbindet. Die aus lauter Nullen bestehende AM_ADDR ist für Rundsendezwecke reserviert.
Die Nutzlast 38 trägt entweder Sendeempfänger-Steuerinformation oder Sprach-/Dateninformation. Die Nutzlast weist eine variable Länge auf und kann fehlen. Sie mag eine maximale Größe von beispielsweise 2745 Bits nicht übersteigen.
Das Abfrageverfahren ermöglicht es einer Einheit zu entdecken, welche Einheiten innerhalb der Reichweite liegen, und was ihre Vorrichtungsadressen (BD_ADDR) und ihre Taktwerte sind. Die Entdeckungseinheit sendet eine Abfragenachricht (ID-Paket) bei verschiedenen Sprungfrequenzen. Das Paket weist den Abfragezugangskode als seinen Zugangskode auf, und die verwendeten Sprungfrequenzen werden aus dem Abfragezugangskode bestimmt und sind für jedes gesendete Paket verschieden.
Das Zugangsverfahren ist ein Funkrufverfahren, das eine Verbindung aufbaut. Die Einheit, die dieses Verfahren ausführt, wird der Master des Pikonetzes. Der Master sendet wiederholt den Zugangskode der Slave-Vorrichtung in verschiedenen Sprungkanälen. Ein ID-Paket wird gesendet, das keinen Kopfteil und keine Nutzlast aufweist, und das die Ziel-DAC als seinen Zugangskode aufweist. Ein Zug identischer ID-Pakete (zwei pro Schlitz) wird jeweils bei verschiedenen Sprungfrequenzen gesendet (siehe 10.6 & 10.7 der Bluetooth-Basisband-Spezifikation v1.0B, 29. November 1999). Der Master lauscht auf eine Antwort nach jedem Sendeschlitz. Die Frequenzsprungsequenz wird aus der Bluetooth-Adresse des Slave (BD_ADDR) bestimmt. Der Master verwendet den Wert des Takts des Slaves, der während eines Abfrageverfahrens empfangen wird, um die korrekte Phase der Sequenz zu schätzen.
Im Verbindungszustand ist die Verbindung zwischen der Master-Einheit und der Slave-Einheit aufgebaut, und Pakete können vor und zurück gesandt werden. Die Pakete verwenden als Zugangskode denselben Kanalzugangskode (der von der Bluetooth-Vorrichtungsadresse BD_ADDR der Master-Einheit, die während des Zugangsverfahrens geliefert wird, abgeleitet wurde) und dieselbe Frequenzsprungsequenz, die Kanalsprungsequenz (abgeleitet von der Bluetooth-Vorrichtungsadresse BD_ADDR der Master-Einheit, die während des Zugangsverfahrens geliefert wird).
Die Sendeempfängereinheiten sind auf einen gemeinsamen Zeitrahmen synchronisiert, der von der Master-Einheit 4 bestimmt wird und der in Bezug zu 2 beschrieben wird. Der Takt der Master-Einheit und der Takt der Slave-Einheit werden in unterbrochener Weise temporär synchronisiert. Ein Versatz wird zum natürlichen Takt des Slave hinzugefügt, so dass er dem Master-Takt entspricht. Die Takte des Masters und des Slaves driften jedoch auseinander. Die Synchronisation zwischen den Takten des Masters und des Slaves wird beim Empfang jedes Pakets vom Slave aufrecht gehalten. Jeder Slave hat einen gleitenden Korrelator, der so eingestellt wird, dass er das Synchronisationswort im Kanalzugangskode identifiziert. Wenn der Korrelator einen Schwellwert erreicht, wird ein Auslösesignal erzeugt, was es erlaubt, den Versatz, der vom Slave-Takt verwendet wird, so einzustellen, dass die Synchronisation mit dem Master-Takt aufrecht gehalten wird. Eine periodische Master-Sendung ist erforderlich, um die Slaves in Synchronisation mit dem Master zu halten. Da die Slaves nur den Kanalzugangskode benötigen, um sich mit ihm zu synchronisieren, kann jedes geeignete Paket verwendet werden.
Die Frequenz, mit der jedes Funkpaket gesendet wird, wird aus der Kanalsprungsequenz unter Verwendung der Sendezeit gemäß dem Master-Takt bestimmt. Die Sendefrequenz ändert sich (springt) alle 625 Mikrosekunden.
Wenn die Master-Einheit eine Punkt-zu-Punkt-Kommunikation ausführt (Verbindungszustand-Aktiver Modus), ist ein gesendetes Funkpaket an einen speziellen Sendeempfänger adressiert, der der Master-Einheit durch das Senden eines Funkpakets im nächst verfügbaren Zeitschlitz antwortet.
Betrachtet man die 4, so ist eine schematische Darstellung einer Sendeempfängereinheit gezeigt. Es sind nur so viele funktionale Blöcke und Verbindung in diesem Diagramm gezeigt, wie notwendig sind, um im Folgenden zu erläutern, wie eine Sendeempfängereinheit und das Kommunikationsnetz arbeitet. Die Sendeempfängereinheit 40 enthält eine Anzahl funktionaler Elemente, einschließlich: eine Antenne 46, einen Empfänger 50, einen Synchronisierer 52, einen Kopfteildekodierer 54, eine Steuerung 60, einen Speicher 56, der einen Speicherteil 58 aufweist, der die BD_ADDR der Sendeempfängereinheit speichert, einen Paketierer 42, einen Takt 68, eine Frequenzsprungsteuerung 48 und einen Sender 44. Obwohl diese Elemente als getrennte Elemente gezeigt sind, können sie tatsächlich zusammen integriert sein und in Software oder in Hardware ausgeführt werden.
Daten, die in der Nutzlast eines Pakets durch die Sendeempfängereinheit 40 übertragen werden sollen, werden als Datensignal 41 an den Paketierer 42 geliefert. Steuerinformation, die in der Nutzlast eines Pakets übertragen werden soll, wird in einem Nutzlaststeuersignal 89, das von der Steuerung 60 an den Paketierer 42 geliefert wird, geliefert. Der Paketierer 42 empfängt auch ein Zugangskodesteuersignal 69 und ein Kopfteilsteuersignal 71 von der Steuerung 60, die jeweils den Zugangskode 34 und den Kopfteil 36, der an die Nutzlast angefügt wird, um das Paket 30 zu bilden, steuern. Der Paketierer 42 platziert die Daten oder Steuerinformation in ein Paket 30, das als Signal 43 an den Sender 44 geliefert wird. Der Sender 44 moduliert eine Trägerwelle in Abhängigkeit vom Signal 43, um das gesendete Signal 45, das an die Antenne 46 für ein Senden geliefert wird, zu erzeugen. Die Frequenz der Trägerwelle wird durch ein Sendefrequenzsteuersignal 47, das von der Frequenzsprungsteuerung 48 an den Sender 44 geliefert wird, so gesteuert, dass sie eine Frequenz aus der Sequenz der Sprungfrequenzen ist.
Die Antenne 46 empfängt ein Funksignal 51 und liefert es an den Empfänger 50, der das Funksignal 51 unter der Steuerung eines Empfangsfrequenzsteuersignals 49, das von der Frequenzsprungsteuerung 48 geliefert wird, demoduliert, um ein digitales Signal 53 zu erzeugen. Das digitale Signal 53 wird an den Synchronisierer 52 geliefert, der die Sendeempfängereinheit 40 auf den Zeitrahmen des Netzes synchronisiert. Dem Synchronisierer wird ein Zugangskodesignal 81 geliefert, das den Zugangskode des Pakets spezifiziert, das die Sendeempfängereinheit erwartet zu empfangen. Der Synchronisierer akzeptiert solche empfangene Funkpakete mit Zugangskodes, die den erwarteten Zugangskodes entsprechen, und weist solche empfangene Funkpakete mit Zugangskodes, die nicht dem erwarteten Zugangskode entsprechen, zurück. Eine gleitende Korrelation wird identifiziert, um das Vorhandensein und den Start des erwarteten Zugangskode in einem Funkpaket zu identifizieren. Wenn das Funkpaket akzeptiert wird, dann wird das Funkpaket an den Kopfteildekodierer 54 als Signal 55 geliefert, und ein Triggersignal 79 wird an die Steuerung 60 zurückgegeben, das anzeigt, dass das Paket durch den Synchronisierer 52 akzeptiert worden ist. Das Triggersignal 79 wird durch die Steuerung in einer Slave-Einheit verwendet, um den Master-Takt zu synchronisieren. Die Steuerung vergleich die Zeit, zu der ein Funkpaket empfangen wurde, mit der Zeit, zu der der Empfang des Funkpakets erwartet wird, und verschiebt ihre Zeitsteuerung, um die Differenz zu kompensieren. Eine solche Kompensation kann durch das Variieren des Werts eines Versatzes, der in einem Speicher 56 gespeichert ist, durch den Wert der Differenz erzielt werden. Der Kopfteildekodierer 54 dekodiert den Kopfteil im empfangenen Paket und liefert ihn an die Steuerung 60 als ein Kopfteilsignal 75. Der Kopfteildekodierer 54 erzeugt, wenn er durch ein Nutzlastakzeptanzsignal 77, das von der Steuerung 60 geliefert wurde, aktiviert wird, ein Datenausgabesignal 57, das den Rest des Funkpakets enthält, die Nutzlast 38.
Die Frequenzsprungsteuerung 48 läuft zyklisch durch eine Sequenz von Frequenzen. Das Sendefrequenzsteuersignal 47 und das Empfangsfrequenzsteuersignal 49 steuern normalerweise wechselnd den Sender 44 und den Empfänger 50. Wenn der Sendeempfänger 40 als ein Master agiert, kann der Empfänger 50 normalerweise bei Frequenzen empfangen, die durch die ungeraden Werte der Sequenz bestimmt werden, und der Sender kann normalerweise bei Frequenzen senden, die durch die geraden Werte der Sequenz bestimmt werden. Wenn der Sendeempfänger als eine Slave-Einheit agiert, ist das Umgekehrte wahr. Die Frequenzsprungsteuerung 48 empfängt das Zugangskodesteuersignal 69 (das auch an den Paketierer 42 geliefert wird) und ein Versatzsignal 67 von der Steuerung 60 und ein Taktsignal 59, das die Zeit, die in der Uhr gehalten wird, darstellt, von der Uhr 68. Das Versatzsignal 67 definiert den Wert eines Versatzes von der Zeit, die in der Uhr 68 existiert. Dieser Wert kann null sein. Die Frequenzsprungsteuerung kombiniert das Taktsignal 59 und das Versatzsignal 67, um die Zeit zu emulieren, die in einer Uhr existiert, versetzt um den Wert des Versatzsignals 67 von der Uhr 68. Die Sequenz von Frequenzen, durch die die Sprungsteuerung 48 zyklisch hindurch läuft, hängt vom Zugangskodesteuersignal 69 ab. Die Position im Zyklus hängt von der emulierten Zeit ab. Wenn das Zugangskodesteuersignal 69 den Kanalzugangskode liefert, ist die Kanalsprungsequenz definiert. Wenn das Zugangskodesteuersignal 69 den Vorrichtungszugangskode oder den Abfragezugangskode liefert, werden andere Sprungsequenzen definiert.
Der Speicher 56 besitzt einen Teil 58, der permanent die BD_ADDR der Sendeempfängereinheit 40 speichert. In den verbleibenden Teil des Speichers 56 kann durch die Steuerung 60 geschrieben werden. Wenn die Sendeempfängereinheit 40 als eine Slave-Einheit funktioniert, wird der Speicher 56 zusätzlich die BD_ADDR der Master-Einheit, einen Versatzwert, der die Differenz zwischen der Uhr der Slave-Einheit und der Uhr der Master-Einheit darstellt, und die Adresse des Slave im Netz AM_ADDR speichern. Wenn die Sendeempfängereinheit 40 als eine Master-Einheit funktioniert, wird der Speicher 56 zusätzlich für jede Slave-Einheit, die am Netz teilnimmt, speichern: die BD_ADDR; einen Versatzwert, der die Differenz zwischen der Uhr der Master-Einheit und der Uhr der speziellen Slave-Einheit darstellt, und AM_ADDR, die eindeutig die spezielle Slave-Einheit im Netz identifiziert.
Die Bluetooth-Spezifikation Revision 1.1 gibt das Folgende über die Bluetooth-Slave-Synchronisation an: "Die Slave-RX-Zeitsteuerung basiert auf dem letzten erfolgreichen Auslöser, während eines Master-zu-Slave-Schlitzes. [...]Der Slave sollte fähig sein, die Pakete zu empfangen, und die RX-Zeitsteuerung einzustellen, so lange wie die Zeitsteuerungsfehlanpassung in einem Unsicherheitsfenster von ± 10 μs bleibt."
Folglich haben die Hersteller eines Bluetooth-Moduls ihre Bluetooth-Vorrichtungen so konstruiert, dass sie ein statisches Unsicherheitsfenster von ± 10 μs für jeden Empfang verwenden. Das bedeutet, dass wenn ein Master mehr als 10 μs früher oder mehr als 10 μs später sendet, als dies der Slave erwartet, wird der Slave nicht fähig sein, dieses Paket zu empfangen, und wird nicht fähig sein, seine Uhr (seinen Takt)/seine Zeitsteuerung auf das empfangene Paket einzustellen. Da die Master- und Slave-Sendeempfänger verschiedene systemeigene Uhren verwenden, bei denen es gestattet ist, dass sie um ungefähr ± 20 ppm abweichen, so kann ein Bluetooth-Slave (im schlimmsten Fall) seine Verbindung verlieren, wenn er nicht innerhalb einer Zeit t_conloss ein Paket empfangen hat, wobei diese Zeit folgendermaßen berechnet wird:
Während der normalen aktiven Verbindung zwischen Master und Slave wird diese Zeit niemals erreicht, da der Master den Slave standardmäßig innerhalb von T_Poll, das sind 25 ms, abzufragen hat. Wenn jedoch der Master mit einem oder mehreren Slaves verbunden ist und versucht andere Bluetooth-Vorrichtungen durch das Ausführen einer Abfrage oder eines Funkrufs zu entdecken/sich mit ihnen zu verbinden, wird dieses kontinuierliche Abfragen für die Zeit, zu der eine Abfrage oder ein Funkruf ausgeführt wird, typischerweise für 5 bis 10 s unterbrochen. Als ein Konsequenz ist es sehr wahrscheinlich, dass alle Slaves, die mit einem Pikonetz verbunden sind, ihre Verbindung verlieren, sobald der Master eine Abfrage oder einen Funkruf startet.
Eine mögliche Lösung, um den Verbindungsverlust zu verhindern, besteht darin, alle aktiven Verbindungen vor dem Funkruf oder der Abfrage in den Bluetooth-Haltemodus zu setzen. Der Haltemodus bedeutet, dass der Master jedem Slave mitteilt, dass er das Abfragen für eine feste Zeit (bis zu 40 s) stoppen wird. Während dieser Zeit kann der Master die erforderliche Abfrage oder den Funkruf ausführen. Nach dem Ablauf der festen Zeit wird der Master das Abfragen aller Slaves wieder starten. Im Gegensatz zum normal verbundenen Modus definiert der Haltemodus, dass ein Slave am Ende des Haltemodus seinen Empfang mit einem viel größeren Unsicherheitsfenster wieder startet, das sogar mehrere Millisekunden betragen kann, wenn das notwendig ist. So ist der Haltemodus fähig, den Verbindungsverlust zu vermeiden.
Es gibt mehrere Nachteile, wenn man den Bluetooth-Haltemodus auf der Master-Seite für das Vermeiden des Problems des Verbindungsverlustes verwendet:

1) Die Bluetooth-Spezifikation gibt nicht verbindlich den Haltemodus an, so dass er nur ein optionales Merkmal ist. Dies bedeutet, dass ein Verbindungsverlust nicht in jedem Fall vermieden werden kann, da jeder Slave, der mit dem Master verbunden ist und nicht den Haltemodus unterstützt, die Verbindung verlieren wird.
2) Wenn es mehrere Slaves gibt, die mit dem Master verbunden sind, ist das Verfahren, um alle Verbindungen zu allen Slaves in den Haltemodus zu setzen, ziemlich kompliziert, da das Versetzen in den Haltemodus für jeden Slave sukzessiv zu erfolgen hat. Dies führt zu einer Verschwendung der Funkkapazität.
3) Sowohl die Abfrage als auch der Funkruf sind Verfahren, die nicht notwendigerweise in der Länge fest sind. Die Länge des Abfrageverfahrens weist einen feste maximalen Wert auf, aber sie kann
4) abhängen von der Anzahl der Antworten, die von den gefundenen Vorrichtungen zurückgegeben werden (so dass die Abfrage viel kürzer als die maximale Länge dauern kann). Die Länge des Funkrufverfahrens hat einen festen maximalen Wert, aber sie hängt vom Bluetooth-Taktwert, der zu rufenden Vorrichtung ab, und sie hängt von der Störung auf der Funkschnittstelle ab (je schlimmer die Störungen sind, desto länger kann der Funkruf dauern). Als eine Konsequenz muss die Länge des Haltemodus so gewählt werden, dass sie mehr als die maximale Länge der Abfrage/des Funkrufs beträgt. In den Fällen, bei denen die Abfrage/der Funkruf weniger lang als diese maximale Zeit dauert, muss der Master dennoch bis zum Ende des Haltemodus warten, bevor er wieder startet, die verbundenen Slaves abzufragen. Dies führt zu einer Verschwendung der Funkkapazität.

Es würde deswegen wünschenswert sein, das Abfrage/Funkrufverfahren einer Bluetooth-Vorrichtung zu verbessern, durch das Verhindern, dass verbundene Slaves die Synchronisation verlieren, ohne an den Nachteilen, die mit dem Haltemodus verbunden sind, zu leiden.
Ausführungsformen der Erfindung vermeiden die Verwendung des Haltemodus (und alle oben beschriebenen Nachteile), indem sie weiter alle Slaves abfragen, sogar während sie eine Abfrage oder einen Funkruf ausführen. Man kann die Erfindung als nachteilig ansehen, da das Abfragen während des Funkruf oder der Abfrage die Abfrage und den Funkruf stört, und somit zu einer längeren Zeit führt, bis eine Vorrichtung während der Abfrage gefunden wird/eine längere Zeit, bis eine Vorrichtung beim Funkruf verbunden wird. Die Erfinder haben jedoch erkannt, dass sogar wenn dieser negative Effekt in der Theorie existiert, er keine realen Konsequenzen für die Benutzer hat, da die Differenzen zwischen der Abfrage/dem Funkruf unter Verwendung der Erfindung oder ohne Verwendung der Erfindung statistischer Natur sind (ein Prozent aller Abfragen/Funkrufe dauert länger) und für einen Benutzer überhaupt nicht sichtbar werden.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Funkfrequenz-Sendeempfänger niedriger Leistung, wie er in Anspruch 1 beansprucht ist, geliefert.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren des Aufrechthaltens der Synchronisation in einem Netz kommunizierender Funkfrequenz-Sendeempfänger niedriger Leistung, wie es in Anspruch 10 beansprucht ist, geliefert.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Speichermedium für Daten, wie es in Anspruch 11 beansprucht ist, geliefert. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf die Anpassung der existierenden Abfrage- und Funkrufverfahren, wie sie in der Bluetooth-Spezifikation 1.1B definiert sind und können somit durch die Adaption der existierenden Funkfrequenz-Sendeempfänger niedriger Leistung implementiert werden. Da die existierenden Funkfrequenz-Sendeempfänger niedriger Leistung primär durch Software gesteuert sind, können sie durch das Aktualisieren der Steuersoftware unter Verwendung von Computerkode, der auf einem Speichermedium gespeichert ist, wie es in Anspruch 11 beansprucht ist, adaptiert werden. Das Speichermedium könnte beispielsweise eine Diskette, eine CD-ROM, eine DVD, ein Halbleiterspeicher oder irgend ein Computerprogrammprodukt, das Daten permanent oder vorübergehend speichert, sein.
Für ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung, und um zu verstehen, wie dieselbe zur Wirkung gebracht werden kann, wird nur beispielhaft auf die folgenden Figuren Bezug genommen:
1 zeigt ein Funknetz;
2 zeigt die Zeitsteuerung einer Paketsendung und eines Paketempfangs im Netz;
3 zeigt ein Paket, das im Netz übertragen wird;
4 zeigt eine Sendeempfängereinheit detaillierter;
5a und 5b zeigen die Modifikation, die am Funkrufverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung vorgenommen wird; und
6a und 6b zeigen eine Modifikation des Abfrageverfahrens gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung eines Bluetooth-Sendeempfängers, wenn dieser als Master arbeitet. Der Master setzt weiter das zyklische Abfragen aller verbundenen Slaves fort, sogar wenn er eine Abfrage oder einen Funkruf ausführt.
Um die Abfrage/den Funkruf nicht zu stark zu stören, wird ein spezieller Typ einer zyklischen Abfrage verwendet, der

1) nicht von T_Poll abhängt (das zyklische Abfragen soll so selten wie möglichen, nur um die Slaves zu halten, ausgeführt werden)
2) nur kurze Einschlitzpakete verwendet
3) alle verbundenen Slaves mit nur einem Paket erreicht
4) es einem zyklisch abgefragten Slave nicht erlaubt, ein Paket im folgenden Slave-zu-Master-Schlitz zurückzugeben.

Wenn man dies tut, so verbraucht dieses spezielle zyklische Abfragen (das als "Rettungsfunkleitstrahl (Rescue Beacon" bezeichnet wird) so wenig Funkkapazität wie möglich.
Für den Rettungsfunkleitstrahl wurde das folgende ausgewählt:

1) Die zyklische Abfrage wird alle 125 ms (nicht abhängig von T_Poll) ausgeführt
2) Bluetooth-NULL-Pakete werden verwendet. Sie verbrauchen nur einen Bluetooth-Zeitschlitz (62,5 μs). Es ist auch möglich, ID-Pakete zu verwenden (die nur einen halben Schlitz von 312,5 μs verbrauchen), wobei jedoch manche Hersteller ihre Slaves nicht nur auf einem empfangenen Bluetooth-Zugangskode synchronisieren, sondern auch einen gültigen Paketkopfteil fordern. Nur wenn ein gültiger Paketkopfteil empfangen wird, können sie ihren Slave-Takt auf das empfangene Paket synchronisieren. So ist ein NULL-Paket die bessere Lösung.
3) Zusätzlich wird das AM_ADDR-Feld im Paketkopfteil auf binär 000 gesetzt, was bedeutet, dass dieses Paket ein Rundsendepaket ist, das alle Slaves auf einmal adressiert.
4) Die Bluetooth-Spezifikation verbietet es Slaves, auf ein Bluetooth-Null-Paket zu antworten.

Ein NULL-Paket, wie es in der Bluetooth-Spezifikation Version 1,0B definiert ist, ist ein Paket, das keine Nutzlast aufweist und somit nur aus dem Kanalzugangskode und dem Paketkopfteil besteht, wobei seine gesamte (feste) Länge 126 Bits beträgt und das NULL-Paket selbst nicht bestätigt werden muss.
IMPLEMENTIERUNG DES RETTUNGSFUNKLEITSTRAHLS FÜR FUNKRUF
5a zeigt den Betrieb der Bluetooth-Vorrichtung, die als Master eines Pikonetzes arbeitet, während sie ein Funkrufverfahren ausführt. Der Master sendet und empfängt in wechselnden Zeitschlitzen. Er sendet in den Schlitzen N, N+2, N+4... und empfängt in den Schlitzen N+1, N+3, N+5... Im Funkrufverfahren sendet der Master zwei ID-Pakete pro Schlitz. Das ID-Paket weist seinen Zugangskode und den Zugangskode (DAC) der gerufenen Slave-Vorrichtung auf und besitzt keinen Kopfteil oder Nutzlast. Die Frequenzen, bei denen ein ID-Paket gesendet wird, hängen von der Frequenzsprungsequenz ab, die von der Bluetooth-Adresse (BD_ADDR) des gerufenen Slaves bestimmt wird. Diese Frequenzsprungsequenz ist f(k), f(k+1), f(k+2), f(k+3), f(k+4), f(k+5)... Im Schlitz N wird das erste ID-Paket bei einer Frequenz f(k) gesendet, und das zweite ID-Paket im Schlitz N wird bei einer Frequenz f(k+1) gesendet.
5b zeigt, wie das Funkrufverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung angepasst wird. Der Schlitz N+2 wird nun von einem Rettungsfunkleitstrahl belegt. Der Rettungsfunkleitstrahl ersetzt die zwei ID-Pakete, die im Schlitz N+2 beim Fehler der vorliegenden Erfindung gesendet worden sein würden. Die Funkrufsequenz wird ansonsten nicht beeinflusst. Der Rettungsfunkleitstrahl ist ein NULL-Paket gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (eine weniger wünschenswerte Alternative würde ein ID-Paket sein). Die Frequenz, bei der der Rettungsfunkleitstrahl gesendet wird, wird gemäß der Kanalsprungsequenz bestimmt, die von der Adresse (BR_ADDR) der Bluetooth-Vorrichtung des Master-Sendeempfängers und der Phase in der Sequenz, die vom Master-Takt bestimmt wird, abhängt. Die Kanalfrequenzsprungsequenz kann definiert werden als g(i), wobei i eine ganze Zahl ist. Im Beispiel der 5b ist im Schlitz N+2 die Phase des Bluetooth-Taktes durch m gegeben, und somit wird die Frequenz, bei der der Rettungsfunkleitstrahl gesendet wird, durch g(m) dargestellt. Das NULL-Paket hat seinen Zugangskode, den Kanalzugangskode, der von der Adresse der Bluetooth-Vorrichtung der Master-Einheit abgeleitet wird, und weist einen Paketkopfteil auf, der anzeigt, dass das Paket ein Rundsendefunkleitstrahl ist (das heißt AM_ADDR wird auf binär 000 gesetzt).
Im Beispiel der 5b enthält der n+2-te Schlitz einen Rettungsfunkleitstrahl, da 125 ms seit dem Beginn des Funkrufverfahrens oder 125 ms seit der letzten Übertragung eines Rettungsfunkleitstrahls vergangen sind. Es sollte somit erkannt werden, dass im Schlitz N+X, der 125 ms nach dem Schlitz N+2 auftritt, ein anderer Rettungsfunkleitstrahl gesendet werden wird. Dieser Rettungsfunkleitstrahl wird ein NULL-Paket sein, das identisch zum vorhergehenden Rettungsfunkleitstrahl ist, aber das eine andere Sendefrequenz aufweist, die aus derselben Kanalsprungsequenz ausgewählt wurde, aber durch die Phase des Bluetooth-Master-Taktes zur Zeit der Sendung bestimmt wird. Abgesehen von der Punktierung des Zugs von Funkrufnachrichten durch das Ersetzen eines Paars von ID-Paketen durch einen Rettungsfunkleitstrahl alle 125 ms wird das Funkrufverfahren sonst nicht beeinflusst.
Betrachtet man die 4, ist gemäß einer Ausführungsform der Erfindung die Steuerung 60 ausgelegt, um den Rettungsfunkleitstrahl (NULL-Paket mit Kanalzugangskode an der korrekten Kanalsprungfrequenz) zur korrekten Zeit einzuschieben. Die Steuerung verwendet das Kopfteilsteuersignal 71, um die korrekte Rundsendeadresse in den Kopfteil des NULL-Pakets einzuschieben, und das Zugangskodesteuersignal 69 liefert den Kanalzugangskode als den Zugangskode des NULL-Pakets. Das Zugangskodesteuersignal 69 wird somit vom Vorrichtungszugangskode des gerufenen Slave in den Kanalzugangskode geändert, wenn der Zug der Funkrufnachrichten durch einen Rettungsfunkleitstrahl zu punktieren ist. Diese Änderung im Zugangskodesteuersignal 69 beeinflusst auch eine Änderung in der verwendeten Sprungfrequenzsequenz. Die Frequenzsteuerung 48 wird somit umgeschaltet, um die Kanalsprungsequenz zu verwenden. Die Phase in der Sequenz wird durch das Taktsignal 59 von der Uhr 68 bestimmt, ohne dass ein Versatz verwendet wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird ein Rettungsfunkleitstrahl 125 ms nach dem Start des Funkrufverfahrens gesendet, und dann danach einmal alle 125 ms während des Funkrufverfahrens.
Wenn eine Bluetooth-Vorrichtung kein Master eines Netzes ist, das heißt, wenn es nicht schon existierende Slave-Sendeempfänger gibt, wird die Vorrichtung die vorliegende Erfindung nicht implementieren, wenn sie das Funkrufverfahren ausführt, da es keine verbundenen Slaves gibt.
IMPLEMENTIERUNG DES RETTUNGSFUNKLEITSTRAHLS FÜR DIE ABFRAGE
6a zeigt den Betrieb eines Master-Sendeempfängers, wenn dieser ein Abfrageverfahren ausführt. Man wird beobachten können, dass das Verfahren dem Funkrufverfahren sehr ähnlich ist. Eine Unterschied besteht darin, dass die verwendeten ID-Pakete andere Zugangskodes aufweisen, und dass die verwendete Kanalsprungsequenz sich unterscheidet, wie das durch die Sprungsequenz f'(k), f'(k+1) dargestellt ist. Ein anderer Unterschied besteht darin, dass die Vorrichtung erwartet, FHS-Pakete statt ID-Pakete zu empfangen. Die folgende Beschreibung des Bluetooth-FHS-Pakets ist genommen aus "Specification of the Bluetooth system, Version 1.1; 22. Feb. 2001, Abschnitt 4.4.1.4." Das FHS-Paket ist ein spezielles Steuerpaket, das unter anderen Dingen die Adresse der Bluetooth-Vorrichtung und den Takt des Senders zeigt. Die Nutzlast enthält 144 Informationsbits plus einen 16-Bit CRC-Kode. Die Nutzlast ist mit einer Rate 2/3 FEC kodiert, was die gesamte Nutzlastlänge auf 240 Bits bringt. Das FHS-Paket überdeckt einen einzelnen Zeitschlitz.
Das FHS-Paket wird gewöhnlicherweise in einer Funkruf-Master-Antwort, einer Abfrage-Antwort und in einem Master-Slave-Umschalten (master slave switch) verwendet. Bei der Funkruf-Master-Antwort oder dem Master-Slave-Umschalten wird es erneut übertragen, bis sein Empfang bestätigt ist oder ein Zeitablauf überschritten wurde. Bei der Abfrage-Antwort wird das FHS-Paket nicht bestätigt. Das FHS-Paket enthält Echtzeit-Taktinformation. Diese Taktinformation wird vor jeder erneuten Übertragung aktualisiert. Die erneute Übertragung der FHS-Nutzlast unterscheidet sich somit etwas von der erneuten Übertragung normaler Datennutzlasten, wo dieselbe Nutzlast für jede erneute Übertragung verwendet wird. Das FHS-Paket wird für eine Frequenzsprungsynchronisation verwendet, bevor der Pikonetzkanal aufgebaut worden ist, oder wenn sich ein existierendes Pikonetz in eine neues Pikonetz ändert. Im ersten Fall wurde dem Empfänger noch keine aktive Mitgliederadresse zugewiesen, wobei in diesem Fall das Feld AM_ADDR im FHS-Paketkopfteil ganz auf null gesetzt wird, wobei das FHS-Paket jedoch nicht als Rundsendepaket betrachtet werden sollte. Im letzteren Fall hat der Slave schon eine AM_ADDR im existierenden Pikonetz, die dann im FHS-Paketkopfteil verwendet wird.
6b zeigt, wie eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung während des Abfrage-Modus implementiert werden kann.
Der Zug der ID-Pakete, der im Abfrage-Verfahren übertragen wird, wird in derselben Weise wie im Funkrufverfahren punktiert, wie das in 6b dargestellt ist. Das Verfahren für die Punktierung ist identisch zu dem, das in Bezug auf die 5b beschrieben wurde. Der Schlitz N+2 wird nun von einem Rettungsfunkleitstrahl belegt. Dieser Rettungsfunkleitstrahl ersetzt die zwei ID-Pakete, die im Schlitz N+2 beim Fehlen der vorliegenden Erfindung übertragen worden wären. Die Abfragesequenz ist sonst unbeeinflusst. Der Rettungsfunkleitstrahl ist ein NULL-Paket gemäß der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung (eine weniger wünschenswerte Alternative würde ein ID-Paket sein). Die Frequenz, mit der der Rettungsfunkleitstrahl übertragen wird, wird gemäß der Kanalsprungsequenz bestimmt, die von der Adresse (BD_ADDR) der Bluetooth-Vorrichtung des Master-Sendeempfängers und der Phase innerhalb der Sequenz, die durch den Master-Takt bestimmt wird, abhängt.

Claims

Funkfrequenz-Sendeempfänger mit niedriger Leistung (40), der eingerichtet ist, um ein Netzwerk (2) von kommunizierenden Funkfrequenz Sendeempfängern mit niedriger Leistung zu bilden, umfassend: – einen Sender (44) zum Senden von Datenpaketen (30); und – Mittel (60) zum Steuern des Senders (44), um eine Folge von Meldungen eines ersten Typs außerhalb des Netzwerks (2) von Funkfrequenz-Sendeempfängern mit niedriger Leistung zu senden, gekennzeichnet, durch Mittel (60) zum Punktieren der Folge von Meldungen eines ersten Typs mit Meldungen eines zweiten Typs, welcher innerhalb des Netzwerks (2) von Funkfrequenz-Sendeempfängern mit niedriger Leistung übertragen werden, um eine Synchronisation aufrecht zu halten.
Funkfrequenz-Sendeempfänger mit niedriger Leistung (40) nach Anspruch 1, der eingerichtet ist, als Master (4) des Funknetzwerks von Slave-Sendeempfängern zu arbeiten.
Funkfrequenz-Sendeempfänger mit niedriger Leistung (40) nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei das Netzwerk (2) der Sendeempfänger eine erste Frequenzsprungsequenz verwendet.
Funkfrequenz-Sendeempfänger mit niedriger Leistung (40) nach Anspruch 3, wobei die Meldungen des ersten Typs, welche außerhalb des Netzwerks (2) von Sendeempfängern gesendet werden, unter Verwendung einer zweiten Frequenzsprungsequenz gesendet werden.
Funkfrequenz-Sendeempfänger mit niedriger Leistung (40) nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Meldungen des zweiten Typs sammelgesendet werden.
Funkfrequenz-Sendeempfänger mit niedriger Leistung (40) nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Mittel (60) zum Punktieren die Folge von Meldungen des ersten Typs periodisch mit einer Meldung eines zweiten Typs punktieren.
Funkfrequenz-Sendeempfänger mit niedriger Leistung (40) nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Meldungen des zweiten Typs keine Antwort von irgendeinem der Sendeempfänger in dem Netzwerk (2) auslösen.
Funkfrequenz-Sendeempfänger mit niedriger Leistung (40) nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei die Meldungen des zweiten Typs ein Synchronisationswort umfassen, welches von der Identität des sendenden Funkfrequenz Sendeempfängers mit niedriger Leistung (40) abhängig ist.
Funkfrequenz-Sendeempfänger mit niedriger Leistung (40) nach einem vorhergehenden Anspruch, wobei Meldungen des zweiten Typs bei einer Frequenz gesendet werden, welche von der Identität des sendenden Funkfrequenz-Sendeempfängers mit niedriger Leistung (40) abhängig ist.
Verfahren zum Erhalten der Synchronisation in einem Netzwerk (2) von kommunizierenden Funkfrequenz-Sendeempfängern mit niederer Leistung, umfassend einen Master-Sendeempfänger (4) und mindestens einen Slave-Sendeempfänger (6, 8, 10), gekennzeichnet durch: – Punktieren einer Folge von Meldungen eines ersten Typs, welche durch den Master (4) Sendeempfänger außerhalb des Netzwerks (2) von Funkfrequenz-Sendeempfängern mit niedriger Leistung gesendet werden, mit Meldungen eines zweiten Typs, welcher innerhalb des Netzwerks (2) von kommunizierenden Funkfrequenz Sendeempfängern mit Niedriger Leistung gesendet werden, um eine Synchronisation aufrecht zu halten.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Netzwerk (2) der Sendeempfänger eine erste Frequenzsprungsequenz verwendet.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei die Meldungen eines ersten Typs, welche außerhalb des Netzwerks (2) von Sendeempfängern gesendet werden, unter Verwendung einer zweiten Frequenzsprungsequenz gesendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Meldungen eines zweiten Typs sammelgesendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Punktieren der Folge von Meldungen eines ersten Typs periodisch mit einer Meldung eines zweiten Typs punktiert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Meldungen des zweiten Typs keine Antwort von irgendeinem der Sendeempfänger in dem Netzwerk (2) auslösen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 15, wobei die Meldungen des zweiten Typs ein Synchronisationswort umfassen, welches von der Identität des sendenden Funkfrequenz-Sendeempfängers mit Niedriger Leistung (40) abhängig ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 16, wobei Meldungen des zweiten Typs bei einer Frequenz gesendet werden, welche von der Identität des sendenden Funkfrequenz-Sendeempfängers mit niedriger Leistung (40) abhängig ist.
Speichermedium für Daten, dadurch gekennzeichnet dass es Computercode umfasst, zum Bereitstellen, in einem Funkfrequenz-Sendeempfängern mit niedriger Leistung (40), Mittel (60) zum Punktieren der Sendung einer Folge von Meldungen eines ersten Typs, umfassend ein erstes Synchronisationswort, welches von der Identität des Funkfrequenz-Sendeempfängers mit niedriger Leistung (40) unabhängig ist, mit Meldungen eines zweiten Typs, umfassend ein Synchronisationswort, welches von der Identität des Funkfrequenz-Sendeempfängers mit niedriger Leistung (40) abhängig ist.
Computerprogrammprodukt, umfassend Programmanweisungen, um einen Computer dazu zu veranlassen, das Verfahren nach irgendeinem der Ansprüche 10 bis 17 auszuführen.