DE60305696T2

DE60305696T2 - Verfahren und Vorrichtung zur Steuerung von einer Kontrollmitteilungszeitperiode in Kommunikationsnetzen

Info

Publication number: DE60305696T2
Application number: DE60305696T
Authority: DE
Inventors: Akio Yoshimoto; Masato Hayashi
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2003-08-25
Filing date: 2003-08-25
Publication date: 2006-10-12
Anticipated expiration: 2023-08-26
Also published as: FIU20060237U0; EP1511234B1; EP1511234A1; FI7326U1; DE60305696D1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Einstellen einer Steuernachricht-Zeitperiode, die zum Senden von Steuernachrichten zu anderen Netzknoten in Kommunikationsnetzen, die eine Vielzahl von Netzknoten umfassen, verwendet wird.
In einem Kommunikationsnetz werden Steuernachrichten zwischen Netzknoten ausgetauscht. In Router-Protokollen senden Netzknoten beispielsweise periodisch Steuernachrichten zu anderen Netzknoten, um ihre Nachbarn im Netz über ihre eigene Existenz zu informieren. "Hallo"-Nachrichten werden beispielsweise von Router-Protokollen verwendet, wie z. B. die Lenkung des ad-hoc-Distanzvektors auf Verlangen (AODV) oder die Lenkung mit optimiertem Verbindungszustand (OLSR). Diese Router-Protokolle verwenden Steuernachrichten, um Nachbarknoten im Kommunikationsnetz zu erfassen, mit denen ein Netzknoten eine direkte Netzverbindung hat. Übertragene "Hallo"-Nachrichten werden von allen Nachbarn in einem Abschnitt im Netz empfangen, werden jedoch nicht zu anderen Knoten weitergeleitet. Folglich ermöglichen "Hallo"-Nachrichten jedem Knoten, seine direkten Nachbarn zu entdecken. Jeder Knoten des Netzes wartet topologische Informationen über das Netz, die mittels der empfangenen Steuernachrichten erhalten werden. Auf der Basis der Netzinformationen kann ein Knoten Wege zu Zielknoten im Netz berechnen.
Beispiele sind in XP823968: "A Review of current Routing Protocols for Ad Hoc Mobile Wireless Networks" zu finden.
Mit der zunehmenden Popularität von drahtlosen Netzen besteht ein zunehmender Bedarf, die Beweglichkeit zu managen. Ein ad-hoc-Mobilnetz (MANET) ist eine Sammlung von beweglichen Knoten, die unter Verwendung eines drahtlosen Mediums kommunizieren, wo durch ein autonomes Netz gebildet wird. In einem MANET existiert kein zentralisierter Zugriffspunkt oder keine vorher existierende Infrastruktur. Um mit einem anderen Knoten zu kommunizieren, verwendet ein Netzknoten entweder eine direkte drahtlose Verbindung oder einen Weg mit mehreren Abschnitten, um den Zielort zu erreichen. Folglich beinhalten die Knoten gewöhnlich Lenkungsfähigkeiten. Das Netz kann dauerhaft oder zeitlich mit anderen Netzen, z. B. über Gateways, verbunden werden. Solche MANETs weisen dynamische, zufällige, sich manchmal schnell ändernde Topologien, eine begrenzte Bandbreite, Verbindungen mit variablem Durchsatz auf und die Knoten besitzen eine begrenzte Batterieleistung.
MANET-Knoten sind gewöhnlich mit drahtlosen Sendern und Empfängern ausgestattet. In Abhängigkeit von den Positionen der Knoten und ihren Sender- und Empfänger-Deckungsmustern entsteht eine drahtlose Konnektivität in Form eines zufälligen Graphen mit mehreren Abschnitten für das ad-hoc-Netz. Diese ad-hoc-Topologie kann mit der Zeit variieren, wenn die Knoten ihre Positionen ändern und/oder aktiviert oder deaktiviert werden. Aufgrund der sich potentiell schnell ändernden Netztopologie sollten Steuernachrichten für die Nachbarentdeckung zwischen Netzknoten auf der Basis einer kurzen Zeitperiode ausgetauscht werden. Aufgrund der begrenzten Bandbreite von Funkverbindungen beeinträchtigt jedoch die häufige Übertragung von Steuernachrichten die verfügbare Netzkapazität, verringert die Netzeffizienz und erfordert viel Batterieleistung.
Derzeit erzeugen Netzknoten in vielen Kommunikationsnetzen periodisch Steuerpakete wie z. B. "Hallo"- oder "Baken"-Pakete, um ihre Nachbarn über ihre eigene Existenz und aktive Kommunikationsverbindungen zu informieren. Gewöhnlich wartet die Lenkungssoftware periodisch Tabellen, um die Informationen aktuell zu halten. Kurze Steuerpaketintervalle ermöglichen eine schnelle Erfassung von Knotenbewegungen und Lenkungstabellen, die durch das Router-Protokoll erstellt werden, können schnell an die Netztopologie angepasst werden. Eine häufige Steuerpaketübertragung erfordert jedoch viel Netzbandbreite und Batterieleistung. Weniger Ressourcen werden bei langen Steuernachrichtenintervallen verbraucht, aber Änderungen in der Netztopologie, z. B. durch eine Umpositionierung von MANET-Knoten, kann nicht schnell genug erfasst werden.
Wenn sich beispielsweise ein Knoten in einem OLSR-ad-hoc-Netz schnell bewegt, ändert sich seine Nachbarschaft schnell und die Standard-"Hallo"-Frequenz in der OLSR reicht nicht aus, um die Knotenbewegung zu verfolgen. Daher werden Wege zu diesem Knoten inaktiv und Nachrichten, die auf einem dieser Wege zu diesem Knoten gesandt werden, können verloren gehen.
Daher ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum dynamischen Einstellen einer Steuernachricht-Zeitperiode, die zum Senden von Steuernachrichten zu Netzknoten im Kommunikationsnetz verwendet wird, zu schaffen.
Die obige Aufgabe wird durch die unabhängigen Ansprüche gelöst. Die abhängigen Ansprüche betreffen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung.
In einem Verfahren zum Einstellen einer Steuernachricht-Zeitperiode P gemäß der vorliegenden Erfindung werden Steuernachrichten zwischen Netzknoten ausgetauscht. Ein Netzknoten kann Informationen über andere Netzknoten im Netz und über die Netztopologie auf der Basis von empfangenen Steuernachrichten erhalten. Auf der Basis von empfangenen "Hallo"-Nachrichten kann ein Knoten beispielsweise seine derzeitigen Nachbarn in einem Abschnitt ableiten. Wenn die Steuernachrichten ferner Informationen über direkte Nachbarn des sendenden Knoten umfassen, kann der empfangende Knoten ferner die Netzknoten in seiner Nachbarschaft in zwei Abschnitten erfassen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner die Bestimmung eines Netzzustandes NC von zumindest einem Teil des Kommunikationsnetzes umfassen. Der Netzzustand NC kann Stabilitätskriterien hinsichtlich der Netztopologie angeben. Der Netzzustand NC ist vorzugsweise mit Änderungen im Kommunikationsnetz korreliert, die z. B. durch Netz-Mitgliedschaft-Änderungen oder die Bewegung von Netzknoten verursacht werden. Der Netzzustand NC kann die Netzstabilität des gesamten Kommunikationsnetzes oder eines Teils des Kommunikationsnetzes angeben. Dies ist besonders nützlich, um einen lokalen Netzzustand zu bestimmen, z. B. die Stabilität eines lokalisierten Bereichs des Kommunikationsnetzes. In einem großen Kommunikationsnetz können lokale Änderungen in der Netztopologie, z. B. wenn ein neuer Knoten in den Bereich eines ad-hoc-Mobilnetzes eintritt oder diesen verlässt, erfasst werden, um den Netzzustand NC zu bestimmen. Der Netzzustand NC kann ein Binärwert sein, der einen stabilen oder instabilen Netzzustand angibt. Alternativ kann der Netzzustand NC auch ein Zahlenwert sein, der einen Grad der Netzstabilität angibt. In diesem Fall kann die Netzstabilität z. B. einen sehr stabilen, einen teilweise stabilen, einen Zwischen-, einen teilweise instabilen oder einen instabilen Netzzustand angeben.
Gemäß der Erfindung wird die Steuernachricht-Zeitperiode P, die zum Senden von Steuernachrichten zu anderen Netzknoten verwen det wird, auf der Basis des bestimmten Netzzustandes NC eingestellt. Die Einstellung kann dem bestimmten Netzzustand NC entsprechen, z. B. indem eine Korrelation zwischen der bestimmten Netzstabilität und der Steuernachricht-Zeitperiode P ausgenutzt wird. Dies ermöglicht eine dynamische Anpassung der zum Senden von Steuernachrichten zu Netzknoten verwendeten Frequenz. Wenn die Netztopologie stabil ist und erfasste Netzverbindungen für eine längere Zeitperiode bewahrt werden (z. B. kein Netzknoten in einer mobilen Umgebung sich bewegt), gibt der bestimmte Netzzustand NC ein stabiles Netz an und folglich reicht es aus, Steuernachrichten wie "Hallo"-Pakete selten zu senden. Wenn sich jedoch das Netz schnell ändert (z. B. da sich Netzknoten schnell bewegen), erfordert dieser instabile Netzzustand einen häufigen Austausch von Steuernachrichten, um eine schnelle Aktualisierung der topologischen Netzinformationen wie z. B. Nachbartabellen von ad-hoc-Router-Protokollen zu ermöglichen.
Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht, dass ein Netzknoten seine Steuernachricht-Sendeperiode P in einer dynamischen Weise gemäß der aktuellen Netzsituation einstellt. Der durch die Steuernachrichten induzierte Verkehr wird auf die aktuelle Knotenbeweglichkeit abgestimmt, so dass schnelle Knotenbewegungen verfolgt werden können. Wenn keine Beweglichkeit besteht, ist der Steuerverkehrs-Overhead niedrig und die Steuernachrichtenfrequenz wird entsprechend erhöht, wenn sich die Knotenbeweglichkeit erhöht. Eine Steuernachricht im Sinne dieser Erfindung sind beliebige Informationen, die zwischen Netzknoten ausgetauscht werden und die von Knoten verwendet werden können, um Informationen über andere Netzknoten, Netzverbindungen und/oder die Netztopologie abzuleiten. In bevorzugten Ausführungsformen werden "Hallo"- oder "Baken"-Pakete als Steuernachrichten verwendet.
Der Netzzustand NC wird vorzugsweise auf der Basis von Steuernachrichten bestimmt, die von anderen Netzknoten im Kommunikationsnetz empfangen werden. Da Steuernachrichten von vielen Router-Protokollen verwendet werden, um Steuerinformationen zwischen Netzknoten auszutauschen, umfassen die empfangenen Steuernachrichten Informationen über die Struktur und/oder Situation des Netzes, insbesondere über Nachbarknoten (Knoten, die eine direkte Verbindung mit dem Empfangsknoten aufweisen) und/oder Nachbarn des sendenden Knotens. Folglich können Informationen über die Netztopologie, Netzmitglieder und/oder die Netzstabilität von Steuernachrichten abgeleitet werden. Auf der Basis von empfangenen Steuernachrichten kann ein Netzknoten die Stabilität des Netzes bestimmen und seine Steuernachricht-Zeitperiode P zum eigenen Senden von Steuernachrichten zu anderen Netzknoten einstellen.
Die Bestimmung des Netzzustandes NC kann die Erfassung einer Änderung der Netz-Mitgliedschaft umfassen. Insbesondere geben die Erfassung eines neuen Netzknotens und/oder das Wegfallen eines Netzknotens eine Änderung in der Netz-Mitgliedschaft an. Dies ist für ad-hoc-Netze besonders nützlich, in denen die Netztopologie dynamisch aus der Sammlung von teilnehmenden beweglichen Knoten entsteht. Die Netz-Mitgliedschaft-Änderungen können sich beispielsweise durch eine Knotenbewegung ergeben und die Netztopologie beeinflussen. Dies führt zu einem Netzzustand, der nicht stabil ist und häufige Lenkungsinformationsaktualisierungen erfordert. Wenn eine Netz-Mitgliedschaft-Änderung erfasst wird, kann die Steuernachricht-Zeitperiode P eines Netzknotens jeweils eingestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der Netzzustand NC vorzugsweise auf der Basis von empfangenen Steuernachricht- Zeitperioden P_i anderer Netzknoten bestimmt werden. Auf der Basis eines in dieser Weise bestimmten Netzzustandes kann die Steuernachricht-Sendeperiode P eines Netzknotens eingestellt werden. Dies hat den Vorteil, dass ein Netzknoten seine eigene Sendezeitperiode P gemäß den Sendezeitperioden P_i anderer Knoten im Netz einstellen kann. Wenn ein Netzknoten beispielsweise einen instabilen Netzzustand NC erfasst, stellt er seine Sendezeitperiode P_i gemäß dem erfassten Netzzustand ein. Durch Übertragen seiner Zeitperiode P_i zu anderen Netzknoten können mehr Netzknoten ihre jeweiligen Sendezeitperioden einstellen, obwohl sie nicht selbst den Grund für die Netzzustandsänderung erfasst haben. Dies ist in großen Kommunikationsnetzen besonders nützlich, wenn ein Netzknoten in einem Teil des Netzes eine Netz-Mitgliedschaft-Änderung erfasst, indem z. B. ein neuer Knoten in seinem Funkübertragungsgebiet erfasst wird, und seine Sendezeitperiode entsprechend eingestellt wird. Da der neue Netzknoten, der in den Deckungsbereich des ad-hoc-Mobilnetzes eingetreten ist und dadurch verursacht hat, dass ein instabiler Netzzustand in einem Netzknoten festgestellt wird, sich wahrscheinlich weiter umherbewegt und folglich die Netztopologie weiter beeinflusst, ist es auch geeignet, dass andere Netzknoten ihre jeweiligen Steuernachricht-Sendeperioden einstellen. Dies liegt daran, dass, wenn der neue Knoten seine Bewegung fortsetzt, er wahrscheinlich auch in die Funkabdeckung anderer Netzknoten eintritt. Wenn diese Knoten den instabilen Netzzustand durch Erfassen, dass andere Netzknoten bereits ihre Steuernachricht-Sendezeitperioden geändert haben, übernehmen, können andere Netzknoten auch ihre Steuernachricht-Zeitperioden entsprechend anpassen. Folglich wird die Empfindlichkeit für Änderungen im Kommunikationsnetz erhöht und die Steuernachricht-Sendezeitperioden anderer Knoten im Netz können gemäß einem erfassten lokalen Netzzustand eingestellt werden.
Um sicherzustellen, dass die eingestellte Steuernachricht-Zeitperiode P bestimmte Bedingungen benötigt, ist es geeignet, die Einstellung so zu begrenzen, dass die eingestellte Sendezeitperiode P in einen vorbestimmten Bereich fällt. Dies ermöglicht die Festlegung einer oberen Grenze und einer unteren Grenze für die Zeitperiode, so dass gegebene Bedingungen erfüllt sind. Die untere Grenze P_min für die Sendezeitperiode P bestimmt die häufigste Übertragung von Steuernachrichten über das Kommunikationsnetz und daher den Maximalwert des Steuerverkehr-Overheads. Die obere Grenze P_max der Sendezeitperiode P bestimmt die größten Zeitintervalle zum Senden von Steuernachrichten und folglich die zum Erfassen eines neuen Netzknotens erforderliche Zeit. Die obere Grenze P_max bestimmt auch die von Steuerpaketen verbrauchte Bandbreite unter der Bedingung, dass keine Änderungen in der Netztopologie geschehen. Ferner wird die Empfindlichkeit gegen Nachbaränderungen für größeres P_max verringert. In Anbetracht der Größe des ad-hoc-Netzes und der Funkdeckungsmuster bestimmt die untere Grenze P_min bzw. das kleinste Steuernachrichtenintervall auch die maximale Geschwindigkeit von Netzknoten, die sich im ad-hoc-Netz bewegen und die erfasst und verfolgt werden können.
Wenn eine Änderung des Netzzustandes NC erfasst wird, was folglich auf einige Änderungen im Netz hinweist, kann die Steuernachricht-Zeitperiode P auf einen vorbestimmten Wert zurückgesetzt werden. Wenn sich beispielsweise der Netzzustand in Richtung eines Werts ändert, der auf ein stabileres Netz hinweist, kann die Sendezeitperiode für Steuernachrichten verlängert werden, z. B. durch Setzen auf den Maximalwert P_max. Wenn sich der Netzzustand in Richtung eines Werts ändert, der auf ein instabileres Netz hinweist, ist es bevorzugt, die Sendezeitperiode P für Steuernachrichten zu verkürzen, um eine schnelle Bestimmung von Netznachbarn und/oder der Netztopologie zu ermöglichen. Dies kann z. B. durch Setzen der Zeitperiode P auf ihren Minimalwert P_min erreicht werden.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Steuernachricht-Zeitperiode P verlängert werden, solange der Netzzustand NC stabil ist. In diesem Fall gibt der Netzzustand NC an, dass keine Änderungen im Netz, d. h. der Netz-Mitgliedschaft und/oder Netztopologie, aufgetreten sind, so dass es sicher ist anzunehmen, dass die verfügbaren Netzverbindungen bewahrt und weiter aktiv sind. Dies bedeutet, dass keine Angabe von Beweglichkeit besteht und kein Bedarf für eine häufige Übertragung von Steuernachrichten besteht, um die stabile Netztopologie erneut zu identifizieren. Folglich kann die Sendezeitperiode P verlängert werden, um den Steuerverkehr-Overhead zu verringern. Dies verringert die Steuerverkehrsbandbreite und verbessert die Netzeffizienz. Die Rechenlast und der Batterieverbrauch von Netzknoten werden auch verringert.
Vorzugsweise kann die Steuernachricht-Zeitperiode P durch anschließendes Multiplizieren der aktuellen Zeitperiode P mit einem Koeffizienten C verlängert werden, um die eingestellte Zeitperiode zu erhalten. Der Koeffizient C kann eine Konstante, vorzugsweise größer als Eins, sein, um eine zunehmende Folge von Zeitintervallen zu empfangen. Der Koeffizient C kann auch variabel sein und sich während des Einstellprozesses z. B. in Abhängigkeit vom Netzzustand NC ändern. Dies ermöglicht schnelle Änderungen der Sendezeitperiode P, wenn ein sehr stabiler Netzzustand NC bestimmt wird, und eine mäßige Steigerung, wenn ein mittlerer stabiler Grad der Netzstabilität erfasst wird.
In gewöhnlichen Router-Protokollen wie z. B. OLSR wird der Empfang einer neuen Steuernachricht von einem Netzknoten innerhalb eines durch die Sendezeitperiode P_i des sendenden Knotens mal einer Pakethaltekonstante K bestimmten Zeitintervalls erwartet. Um eine Sendeverzögerung, eine Verarbeitungsverzögerung und/oder einen Steuerpaketverlust zuzulassen, bevor der jeweilige Tabelleneintrag für den sendenden Knoten in der Lenkungstabelle gelöscht wird, wird eine Pakethaltekonstante K = 3 gewöhnlich für "Hallo"-Pakete von der OLSR empfohlen.
Um die Zuverlässigkeit von Steuernachrichtenübertragungen unverändert zu halten, sollte eine maximale Anzahl von Steuerpaketverlusten nicht überschritten werden. Folglich ist es bevorzugt, die Steuernachricht-Zeitperiode P gemäß der Bedingung, dass die maximale zulässige Anzahl von Steuerpaketverlusten erfüllt ist, graduell einzustellen.
Da gemäß bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung die Sendezeitperiode P schrittweise vergrößert wird, wird die Zuverlässigkeit von Steuerpaketübertragungen aufrechterhalten, wenn K – 1 Steuerpakete während des Intervalls K·P erzeugt und übertragen werden. Folglich sollte der Koeffizient C die folgende Bedingung erfüllen:
Das Verlängern der Sendezeitperiode P durch wiederholtes Multiplizieren ihres vorherigen Werts mit der Konstante C, so dass die obige Gleichung erfüllt ist, hat den Vorteil, dass, obwohl die Sendeperiode P verlängert wird, solange der Netzzustand NC stabil ist, die Anzahl von innerhalb des Zeitintervalls K·P gesandten Steuerpaketen aufrechterhalten wird, so dass unter der Annahme einer festen Paketverlustrate im Netz erwartet wird, dass dieselbe Anzahl von Steuerpaketen von anderen Knoten empfangen wird. Folglich wird die Zuverlässigkeit der Steuerpaketübertragung nicht geändert.
Wenn sich der Netzzustand NC verschlechtert, was auf eine gewisse Instabilität im Netz, z. B. Netz-Mitgliedschaft- oder -Topologie-Änderungen, hinweist, kann die Steuernachricht-Zeitperiode P verringert werden, um Steuernachrichten häufiger zu senden. Aufgrund des verringerten Sendezeitintervalls P hat ein neuer Knoten, der in den Bereich des ad-hoc-Netzes eintritt, eine erhöhte Gelegenheit, Steuernachrichten aufzunehmen und daher Netznachbarn und die Netztopologie schneller zu erfassen. Dies verkürzt die zum Verbinden des neuen Knotens mit dem ad-hoc-Netz und zum Herstellen einer Kommunikation mit anderen Netzelementen erforderliche Zeit. Die Netzzustandsverschlechterung kann bestimmt werden, wenn eine Steuernachricht von einem neuen Netzknoten empfangen wird, für den vorher keine Steuernachricht empfangen wurde. In diesem Fall ist es sehr wahrscheinlich, dass ein beweglicher Knoten in die Empfangsfunkabdeckung des empfangenden Knotens eingetreten ist, welcher wiederum nun Steuernachrichten vom neuen Knoten empfängt. Eine Verschlechterung des Netzzustandes kann auch bestimmt werden, wenn keine Steuernachricht von einem speziellen Knoten für eine bestimmte Zeitdauer empfangen wurde. In diesem Fall ist es sehr wahrscheinlich, dass der andere Knoten den Funkabdeckungsbereich des empfangenden Knotens verlassen hat oder abgeschaltet wurde. In beiden Fällen hat sich die Netztopologie geändert und die Netz stabilität wird gestört. Der jeweilige Eintrag für den verschwindenden Knoten in der Lenkungstabelle wird in bekannten Router-Protokollen gelöscht. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Erfassung eines verschwindenden Knotens auch als Angabe der Netzstabilität verwendet werden und daher kann die Steuernachricht-Sendezeitperiode P entsprechend verringert werden.
Um die Sendezeitperiode P für Steuernachrichten eines Knotens gemäß Steuernachricht-Zeitperioden P_i anderer Netzknoten einzustellen, kann der Knoten seine eigene Zeitperiode P mit empfangen Zeitperioden P_i anderer Netzknoten vergleichen. Wenn irgendeine empfangene Zeitperiode P_i kleiner ist als die eigene Zeitperiode P des Knotens, kann der Knoten seine eigene Zeitperiode P einstellen, insbesondere verringern. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung legt ein Netzknoten seine Sendezeitperiode P auf den Minimalwert der empfangenen Zeitperioden P_i und seiner eigenen vorherigen Zeitperiode P fest. Dies hat den Vorteil, dass, wenn ein Netzknoten irgendeine Netzinstabilität erfasst und seine Sendezeitperiode P_i verringert, andere Netzknoten ihre Sendezeitperioden auch verringern können. Folglich werden häufige Steuernachrichten von vielen Knoten im ad-hoc-Mobilnetz gesandt, so dass Bewegungen und jeweilige Netztopologieänderungen schnell erfasst werden können.
Ein Knoten kann eine Nachbartabelle zum Speichern von Informationen bezüglich eines Nachbarnetzknotens im Kommunikationsnetz umfassen. Die jeweiligen Informationen bezüglich einer Nachbarbeziehung zu einem Netzknoten können von empfangenen Steuernachrichten abgeleitet werden. Die in der Nachbartabelle gespeicherten Informationen werden vorzugsweise verwendet, um Informationen bezüglich der Netztopologie abzuleiten. Diese Informationen sind zum Bestimmen der Lenkung von Paketen in den meisten Lenkungsalgorithmen wesentlich. Ein neuer Netzknoten kann durch Vergleichen der Ausgangspunkt-Identifikation einer empfangenen Steuernachricht mit Einträgen in der Nachbartabelle erfasst werden. Wenn sich kein Eintrag mit derselben Identifikation wie das empfangene Paket in der Nachbartabelle befindet, wird gefolgert, dass vorher keine Steuernachricht vom jeweiligen Netzknoten empfangen wurde, was folglich darauf hinweist, dass ein neuer Netzknoten im Kommunikationsnetz erschienen ist.
Die übertragene Steuernachricht kann Zeitinformationen vom sendenden Knoten hinsichtlich der Steuernachricht-Zeitperiode P_i des Sendeknotens umfassen. Folglich kann ein Knoten, der die Steuernachricht empfängt, die Sendzeitperiode P_i des sendenden Knotens berechnen. Dies ermöglicht verschiedene Sendezeitperioden für einzelne Netzknoten im Kommunikationsnetz und gibt zusätzliche Flexibilität. Sendezeitperioden P_i können beispielsweise in "Hallo"-Steuerpaketen unter Verwendung der "Hallo"-Intervallerweiterung des "Hallo"-Paketformats übertragen werden. Es ist jedoch auch möglich, die Zeitinformationen hinsichtlich der Steuernachricht-Zeitperiode P separat von den Steuernachrichten zu übertragen. Ein empfangender Knoten kann die empfangenen Zeitinformationen oder die jeweilige Sendezeitperiode von Nachbarknoten z. B. in der Nachbartabelle speichern.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann ferner die Berechnung einer Ablaufzeit T_i für gespeicherte Nachbarbeziehungsinformationen umfassen. Die Ablaufzeit T_i kann auf der Basis von gespeicherten Zeitinformationen des jeweiligen Knotens, die in den empfangenen Steuernachrichten von diesem Knoten enthalten sind, wie z. B. der je weiligen Steuernachricht-Zeitperiode P des sendenden Knotens, berechnet werden. Die Ablaufzeit T_i von gespeicherten Nachbarbeziehungsinformationen kann beispielsweise ein absoluter Zeitwert sein, der auf der Basis von mehreren Malen der Sendezeitperiode P des sendenden Knotens berechnet wird. Vorzugsweise wird die Ablaufzeit T_i durch T_i = T_rcv + K·P_i bestimmt, wobei T_rcv die Zeit ist, zu der die letzte Steuernachricht vom jeweiligen Knoten empfangen wurde.
Nachbarbeziehungsinformationen bezüglich eines Netzknotens können gelöscht werden, wenn keine neue Steuernachricht vom Knoten empfangen wird, bevor die jeweilige Ablaufzeit T_i abläuft. Dies führt die Gelegenheit mit sich, Nachbarbeziehungsinformationen zu entfernen, die veraltet sein können und für eine Weile nicht bestätigt wurden. Wenn ein Knoten das ad-hoc-Netz verlässt, entweder indem er sich aus dem ad-hoc-Netzbereich bewegt oder indem er abgeschaltet wird, können Informationen bezüglich dieses Knotens gelöscht werden, was das Verschwinden der Netzverbindung widerspiegelt, so dass sie nicht mehr vom Lenkungsalgorithmus verwendet wird.
Die Bestimmung des Netzzustandes NC kann ferner die Erfassung einer Bewegung des Netzknotens umfassen. Dies kann durch einen Bewegungserfassungssensor wie z. B. einen Schwerkraftsensor, ein GPS-System oder einen Geschwindigkeitsmesser erreicht werden. Die Erfassung seiner eigenen Bewegung gibt einem Netzknoten in einem ad-hoc-Mobilnetz an, dass die Netztopologie aufgrund der Umpositionierung des Knotens geändert werden wird. Daher kann der Netzzustand NC derart festgelegt werden, dass er auf ein instabiles Netz hindeutet. Folglich ist es vorteilhaft, die Steuernachricht-Zeitperiode P des Knotens in Abhängigkeit von der erfassten Bewegung einzustellen. Vorzugsweise wird die Sendezeitperiode P verringert, wobei Steuernachrichten folglich häufiger gesandt werden, um zu ermöglichen, dass andere Netzknoten die Umpositionierung des sich bewegenden Knotens schneller erfassen. Gemäß dieser Ausführungsform der Erfindung erhöht ein sich bewegender Knoten automatisch die Häufigkeit des Sendens von Steuernachrichten zu anderen Netzknoten, so dass seine Verknüpfung mit dem ad-hoc-Netz durch Erhöhen der Gelegenheiten zum Erfassen seiner Anwesenheit, seines Orts und/oder seiner Bewegung für andere Knoten verbessert wird. Folglich verbessert die vorliegende Erfindung die Zuverlässigkeit von Netzverbindungen für sich bewegende Netzknoten in einem ad-hoc-Netz und verringert die Wahrscheinlichkeit für verlorene Pakete. Da der Steuernachrichtenverkehr nur gesteigert wird, wenn es erforderlich ist, wird die mittlere Bandbreite, die für Anwenderdaten verfügbar ist, kaum verringert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Netzzustand gemäß der erfassten Bewegungsgeschwindigkeit des Netzknotens bestimmt. Ein Wert des Netzzustandes, der einen erwarteten Grad an Änderung oder Instabilität des Netzes angibt, kann auf der Basis der erfassten Geschwindigkeit bestimmt werden. Dieser Wert kann dann verwendet werden, um den Grad der Einstellung für die Sendezeitperiode P des sich bewegenden Netzknotens zu bestimmen. Ein sich schnell bewegender Netzknoten kann beispielsweise seine Sendezeitperiode P auf einen sehr kurzen Wert setzen, während ein sich langsam bewegender Netzknoten ein längeres Zeitintervall P verwenden kann. Dies hat den Vorteil, dass die Sendezeitperiode P automatisch gemäß der Geschwindigkeit des sich bewegenden Netzknotens eingestellt wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann vorzugsweise in einem Rou ter-Protokoll verwendet werden, um Informationen bezüglich Nachbarknoten im Kommunikationsnetz zu bestimmen, insbesondere um die für Lenkungszwecke verwendete Nachbartabelle zu warten. Das Verfahren hat den Vorteil, dass, wenn einige Änderungen im Netz erfasst werden, die Sendezeitperiode für Steuernachrichten verringert wird, um eine schnelle Reaktion auf sich ändernde Netzbedingungen und/oder -topologien zu empfangen. Da die Rate des Sendens von Steuernachrichten nur dann verringert wird, wenn es erforderlich ist, und das Sendezeitintervall vergrößert wird, wenn das Netz stabil ist, wird ferner die erforderliche Bandbreite, die für den Steuernachrichtenverkehr zugewiesen wird, minimiert. Dies führt zu einer Optimierung der Effizienz des Kommunikationsnetzes und zur Maximierung des Netzdurchsatzes.
Eine Vorrichtung zum Einstellen einer Steuernachricht-Zeitperiode P, die zum Senden von Steuernachrichten zu anderen Netzknoten im Kommunikationsnetz verwendet wird, umfasst Empfangsmittel, die dazu ausgelegt sind, Steuernachrichten von anderen Netzknoten zu empfangen. Die empfangenen Steuernachrichten können verwendet werden, um Nachbarbeziehungen zum Ausgangspunkt der Nachricht zu bestimmen. Auf der Basis der bestimmten Nachbarbeziehungen ist es möglich, die Netztopologie abzuleiten und Wege zu Zielknoten im Kommunikationsnetz zu bestimmen. Informationen bezüglich Nachbarnetzknoten können in einer Nachbartabelle gespeichert werden, die vom Lenkungsalgorithmus verwendet werden kann.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner Netzzustand-Bestimmungsmittel umfassen, die dazu ausgelegt sind, einen Netzzustand NC von mindestens einem Teil des Kommunikationsnetzes zu bestimmen. Der Netzzustand NC gibt vorzugsweise Änderungen im Kommunikationsnetz an, insbesondere Änderungen in der Netzknoten-Mitgliedschaft und/oder Netztopologie. In einem ad-hoc-Mobilnetz kann der bestimmte Netzzustand Änderungen in den Netzknoten, die das ad-hoc-Netz bilden, betreffen. In großen Kommunikationsnetzen kann der Netzzustand die lokale Stabilität von Teilen des Kommunikationsnetzes betreffen.
Die Netzzustand-Bestimmungsmittel können den Netzzustand NC auf der Basis von empfangenen Steuernachrichten bestimmen. Dies ermöglicht die Bestimmung des Netzzustandes in Abhängigkeit von Informationen bezüglich der Netztopologie, wie z. B. Informationen über andere Knoten im Netz. Der Netzzustand kann vorzugsweise auf der Basis von Informationen bezüglich Änderungen in der Netz-Mitgliedschaft bestimmt werden. Dies ist für ad-hoc-Mobilnetze besonders nützlich, in denen die Netztopologie durch die Fähigkeiten und Positionen von teilnehmenden Netzknoten bestimmt wird. Die Erfassung eines neuen Knotens und/oder eines wegfallenden Knotens gibt eine Änderung der Knoten-Mitgliedschaft des Netzes und möglicherweise Änderungen in der Netztopologie an.
Ferner sind Steuermittel, die dazu ausgelegt sind, die Steuernachricht-Zeitperiode P des Netzknotens auf der Basis des bestimmten Netzzustandes NC einzustellen, vorgesehen. Durch dynamisches Einstellen der Sendezeitperiode P für Steuernachrichten ist es möglich, die Steuernachricht-Senderate an den aktuell erfassten Netzzustand NC anzupassen. In einer Situation, in der Änderungen im Netz erfasst werden, d. h. das Netz instabil ist, kann die Sendezeitperiode P für Steuernachrichten des Knotens verringert werden, so dass häufige Steuernachrichten zu anderen Netzknoten gesandt werden. Dies ermöglicht, dass die anderen Knoten die Nachbarknoten im Netz in einer kurzen Zeit erfassen und folglich schnell auf Änderungen des Netzes (der Topologie) reagieren. Im Fall eines stabilen Netzzustandes NC kann die Steuernachricht-Zeitperiode P verlängert werden, um den Steuerverkehr-Overhead zu verringern.
Die Steuermittel können die Steuernachricht-Zeitperiode P graduell, schrittweise einstellen, so dass die Zuverlässigkeit der Steuernachrichtenübertragung im Kommunikationsnetz bewahrt wird. Dies kann vorzugsweise erreicht werden, wenn innerhalb einer bestimmten Zeitperiode, in der ein Knoten den Empfang mindestens einer Steuernachricht erwartet, die Anzahl von Steuernachrichten, die zu anderen Netzknoten gesandt werden, aufrechterhalten wird, obwohl das Sendezeitintervall P_i verlängert wird.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann ferner Sendemittel, die dazu ausgelegt sind, Steuernachrichten zu Nachbarkoten zu senden, und Zeitgebermittel, die dazu ausgelegt sind, die Sendemittel zum Senden von Steuernachrichten jedes Mal zu tiggern, wenn die Zeitperiode P andauert, umfassen. Die Zeitgebermittel können einen programmierbaren Zeitgeber zum Triggern von Vorrichtungen gemäß der programmierten Zeit umfassen. Die Zeitsteuerung der Zeitgebermittel wird nach dem Triggern der Sendemittel gemäß der aktuellen Steuernachricht-Zeitperiode P neu eingestellt. Dies schafft ein andauerndes Senden von Steuernachrichten auf der Basis eines Zeitplans gemäß der eingestellten Sendezeitperiode P.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ferner Tabellenwartungsmittel, die dazu ausgelegt sind, Nachbartabelleneinträge mit einer abgelaufenen Ablaufzeit T_i zu löschen. Dies hat den Vorteil, dass Nachbartabelleneinträge automatisch gelöscht werden, wenn keine Bestätigung für den jeweiligen Eintrag innerhalb der Ablaufzeit T_i des Eintrages empfangen wurde. Die jeweilige Ablaufzeit T_i kann auf der Basis von Informationen in Anbetracht der Sendezeitperiode P_i für Steuerpakete des entsprechenden Netzknotens berechnet werden.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung kann in Hardware- und/oder Softwarekomponenten verwirklicht werden. Die Vorrichtung kann eine Komponente eines Netzknotens, z. B. eines Routers und/oder eines Endgeräts, in einem verdrahteten oder Mobilkommunikationsnetz sein. Das Netz kann auf einer Infrastruktur basieren, wie z. B. ein GSM-Kommunikationsnetz, oder ein ad-hoc-Netz, das durch teilnehmende Knoten gebildet ist, sein.
Obwohl die Erfindung in Anbetracht von ad-hoc-Mobilnetzen beschrieben wird, ist sie nicht darauf eingeschränkt. Sie kann auch auf andere Kommunikationsnetze mit variierenden Netzzuständen nützlich angewendet werden. Insbesondere wenn Netzknoten oder Netzverbindungen instabil sind, was zu einer dynamischen Netztopologie führt, die sich mit der Zeit ändert, ist es nützlich, das Sendezeitintervall für Steuernachrichten gemäß der vorliegenden Erfindung einzustellen. Dies gilt insbesondere für eine beliebige Art von drahtlosem Kommunikationsnetz.
Diese und weitere potentielle Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung zeigen sich genauer in der folgenden Beschreibung der Beispiele für Ausführungsformen der Erfindung. Es soll jedoch selbstverständlich sein, dass der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung nicht durch irgendeine in den begleitenden Zeichnungen gezeigte Ausführungsform begrenzt ist.
1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Einstellen einer Steuernachricht-Zeitperiode P, die zum Senden von Steuernachrichten zu anderen Knoten verwendet wird.
2A zeigt schematisch eine Konfiguration in einem ad-hoc-Netz.
2B stellt schematisch dar, wie ein Netzknoten eine Nachbarknotentabelle wartet.
3A, B zeigt schematisch Situationen in einem ad-hoc-Netz.
4 zeigt schematisch das erweiterte "Hallo"-Paketformat für das AODV-Router-Protokoll.
5 zeigt schematisch eine Nachbartabelle, um Informationen bezüglich benachbarter Netzknoten zu speichern.
6 zeigt schematisch ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
7 zeigt schematisch ein Zustandsplandiagramm für den Betrieb der Sendemittel gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
8 zeigt ein Ablaufdiagramm des Steuerprozesses, der von den Sendemitteln im Sendezustand durchgeführt wird, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
9 zeigt ein Ablaufdiagramm, das schematisch den Steuerablauf darstellt, der vom Empfangsmodul durchgeführt wird.
10 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm für die Neuberechnung der Zeitperiode P.
11 zeigt ein Ablaufdiagramm des Zeitgeberprozesses gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
12 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm des Tabellenwartungsmodul-Steuerprozesses gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
13 zeigt ein Ablaufdiagramm, das schematisch den Prozess darstellt, der durchgeführt wird, wenn eine Bewegung des Netzknotens erfasst wird.
14 zeigt schematisch den Prozess, der im Beendungszustand des Sendemoduls durchgeführt wird.
15 zeigt schematisch ein Blockdiagramm der Hardwarestruktur einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2A zeigt schematisch eine Konfiguration in einem ad-hoc-Netz 10 mit den Netzknoten A-D 11-14. In der dargestellten Situation senden (übertragen) die Knoten B-D 12-14 "Hallo"-Steuerpakete. Der Knoten A 11 empfängt die "Hallo"-Pakete von den Knoten B-D.
2B stellt schematisch dar, wie der Netzknoten A eine Nachbarknotentabelle 20 wartet und die Netztopologie auf der Basis von empfangen Steuernachrichten ableitet. Der Knoten A empfängt Steuernachrichten von den Koten B-D und zeigt jeweilige Informationen bezüglich dieser Netznachbarn in seiner Nachbartabelle 20. Da "Hallo"-Pakete durch empfangende Knoten nicht weitergeleitet werden, d. h. sie werden nur auf direkten Netzverbindungen (Verbindungen mit einem Abschnitt) übertragen, lernt der Netzknoten A von den empfangenen Steuernachrichten die Identität seiner direkten (in einem Abschnitt) Nachbarn und leitet Informationen über die entstehende ad-hoc-Netztopologie ab.
Die in der Nachbartabelle 20 gespeicherten Informationen werden von einem Lenkungsalgorithmus verwendet, um Netzpfade zu Zielknoten zu bestimmen. Dieser Prozess des Erzeugens und Wartens einer Nachbartabelle 20 wird unabhängig in jedem Netzknoten durchgeführt. Um die Nachbartabelle 20 und die Lenkungsinformationen aktuell zu halten, werden die Einträge in der Nachbartabelle 20 periodisch überwacht.
3A zeigt schematisch eine Situation in einem ad-hoc-Netz, wobei sich die ad-hoc-Netzknoten schnell bewegen, was zu einer instabilen Netztopologie führt. Um eine gleichmäßige Kommunikation (einschließlich Verbindungsübergaben) zwischen den Netzknoten im sich ändernden Netz herzustellen, sollte die Sendeperiode für Steuernachrichten ("Hallo"-Pakete) kurz gesetzt werden. Dies ermöglicht eine schnelle Aktualisierung von Nachbartabellen des ad-hoc-Router-Protokolls, so dass die Knoten kontinuierlich die Netztopologie bestimmen können. Auf der Basis der aktualisierten Nachbartabelle kann der Lenkungsalgorithmus dynamisch Wege zu Zielknoten bestimmen.
3B zeigt schematisch die Situation in einem ad-hoc-Netz, wobei nur eine geringe Bewegung einiger Netzknoten stattfindet. Dies führt zu einem stabilen Netz, wobei sich die Nachbarbeziehungen der Knoten und die Netztopologie nur langsam ändern. Um vom Router-Protokoll verbrauchte Ressourcen, z. B. den Steuernachrichtenverkehr, zu verringern, kann ein größerer Wert für die Steuernachricht-Sendezeitperiode festgelegt werden. Die in 3B gezeigte Situation kann sich jedoch abrupt in jene von 3A ändern, so dass eine dynamische Einstellung der Steuernachricht-Zeitperiode P erforderlich ist.
1 zeigt schematisch eine Vorrichtung zum Einstellen einer Steuernachricht-Zeitperiode P, die zum Senden von Steuernachrichten zu anderen Netzknoten 12-14 in Kommunikationsnetzen wie z. B. einem ad-hoc-Mobilnetz verwendet wird.
Empfangsmittel 2 empfangen Steuernachrichten wie z. B. "Hallo"-Pakete, die von anderen Netzknoten über das Kommunikationsnetz 10 gesandt wurden. Auf der Basis der empfangenen Steuernachrichten bestimmt ein Netzzustand-Bestimmungsmittel 3 einen Netzzustand NC eines Teils des Kommunikationsnetzes 10. Dieser lokale Netzzustand NC gibt den Grad der Stabilität in dem Teil des Kommunikationsnetzes 10 an, zu dem die Vorrichtung 1 gehört. Der Teil des Kommunikationsnetzes 10, der sich auf den lokalen Netzzustand NC auswirkt, umfasst z. B. eine Gruppe von beweglichen Netzknoten, die ein ad-hoc-Netz bilden. Der Netzzustand NC wird auf der Basis der Erfassung von Änderungen in der Netz-Mitgliedschaft wie z. B. der Erfassung eines neuen Netzknotens im ad-hoc-Netz und/oder eines Knotens, der das ad-hoc-Netz verlässt, bestimmt. Folglich spiegelt der durch das Netzzustand-Bestimmungsmittel 3 bestimmte Netzzustand NC den Grad der Änderung oder Stabilität im Kommunikationsnetz 10 wider. Der Netzzustand NC kann einen Binärwert besitzen, der auf ein stabiles oder instabiles Netz hinweist, oder er kann ein Zah lenwert sein, der auf verschiedene Grade von Stabilität im Netz (Topologie), z. B. instabil, etwas instabil, meistens stabil und stabil, hinweist.
Auf der Basis des bestimmten Netzzustandes NC stellt das Steuermittel 4 die Steuernachricht-Zeitperiode P ein. Wenn der Netzzustand NC auf ein stabiles Kommunikationsnetz oder einen stabilen Teil eines Kommunikationsnetzes 10 hinweist, erhöht das Steuermittel 4 die Steuernachricht-Zeitperiode P, um Steuernachrichten weniger häufig zu senden und um den Steuernachrichtenverkehrs-Overhead im Kommunikationsnetz 10 zu verringern. Wenn der Netzzustand NC auf ein instabiles Netz 10 oder einen instabilen Teil des Netzes 10 hinweist, verringert das Steuermittel 4 die Steuernachricht-Zeitperiode P, um Steuernachrichten häufiger zu senden. Dies ermöglicht, dass andere Knoten 12-14 im Kommunikationsnetz 10 die Anwesenheit des Netzknotens 11 mit der Vorrichtung 1 erfassen und die jeweiligen Nachbar-/Lenkungstabellen schneller aktualisieren.
Ein Speichermittel 5 ist dazu konfiguriert, eine Nachbartabelle 20 zu halten, um Informationen bezüglich benachbarter Netzknoten zu speichern. Die in der Nachbartabelle 20 gespeicherten Informationen werden verwendet, um die Identität von benachbarten Knoten 12-14, d. h. Knoten, die direkt im Netz 10 innerhalb einer Kommunikationsverbindung mit einem Abschnitt zugänglich sind, zu bestimmen. Die Nachbarinformationen werden auch verwendet, um die Netztopologie zu bestimmen, die durch die Nachbarbeziehungen zwischen Netzknoten 11-14 bestimmt wird. In einem ad-hoc-Mobilkommunikationsnetz wird eine undirektionale oder bidirektionale Kommunikationsverbindung zwischen benachbarten Knoten hergestellt. Die Nachbartabelle 20 wird ferner vom Lenkungsalgorithmus verwendet, um einen Weg zu einem Zielknoten im Netz zu bestimmen.
Ein neuer Netzknoten wird durch das Netzzustand-Bestimmungsmittel 3 durch Vergleichen einer empfangenen Steuernachricht mit Einträgen in der Nachbartabelle 20 erfasst. Wenn kein Eintrag für den jeweiligen Netzknoten in der Nachbartabelle gefunden wird, wird ein neuer Netzknoten und folglich eine Änderung der Netz-Mitgliedschaft/Topologie gefolgert.
Einträge, die Knoten entsprechen, für die kein "Hallo"-Paket innerhalb einer bestimmten Zeitperiode angekommen ist, werden aus der Tabelle gelöscht. Folglich muss jeder Eintrag innerhalb einer Ablaufzeit T_i des Eintrags bestätigt werden. Gemäß bekannten Router-Protokollen wird die Tabelleneintrag-Ablaufzeit auf der Basis der letzten Zeit T_last, zu der eine Steuernachricht vom jeweiligen Knoten empfangen wurde, und einer vorbestimmten festen Ablaufperiode berechnet. Diese Ablaufperiode wird derart festgelegt, dass einige Verluste von Steuerpaketen zugelassen werden, bevor der jeweilige Eintrag in der Nachbartabelle 20 gelöscht wird. Die Ablaufperiode wird beispielsweise auf eine Konstante K (Pakethaltekonstante) mal der Steuernachricht-Sendeperiode P_i des sendenden Netzknotens gesetzt. Um einen Steuerpaketverlust, eine Verarbeitungsverzögerung und/oder eine zufällige Verzögerung zum Senden zuzulassen, wird von der OLSR K = 3 empfohlen. Dies ermöglicht eine gewisse Zuverlässigkeit des Steuernachrichtenaustauschs, obwohl eine unzuverlässige Paketübertragung wie z. B. UDP verwendet wird. Andererseits sollte die Pakethaltekonstante K nicht auf eine große Zahl gesetzt werden, um eine Verbindungstrennung schnell genug zu erfassen. Gemäß gewöhnlichen Router-Protokollen sind die Sendezeitperiode für Steuernachrichten und die Ablaufperiode für alle Netzknoten fest und identisch.
Um die Nachbartabelleneinträge aktuell zu halten, wird folglich eine Ablaufzeit T_i für jeden Eintrag berechnet und in der Nachbartabelle 20 gespeichert. Ein Tabellenwartungsmittel 8 löscht Nachbartabelleneinträge mit einer abgelaufenen Ablaufzeit T_i. Dies wird periodisch durchgeführt, um veraltete Nachbartabelleneinträge zu entfernen, die keine Bestätigung innerhalb ihrer jeweiligen Ablaufzeit T_i empfangen haben. Das Tabellenwartungsmittel 8 wird durch ein Zeitgebermittel 7 periodisch getriggert.
Ein Sendemittel 6 ist vorgesehen, um Steuernachrichten über das Kommunikationsnetz 10 zu anderen Netzknoten 12-14 zu senden. Das Senden von Steuernachrichten wird gewöhnlich durch Senden von Steuerpaketen innerhalb eines Bereichs eines Abschnitts im Kommunikationsnetz 10 durchgeführt. Das Sendemittel 6 wird zum Senden von Steuernachrichten durch das Zeitgebermittel 7 jedes Mal getriggert, wenn die Sendezeitperiode P verstrichen ist. Nach dem Triggern des Sendemittels 6 wird die Zeitsteuerung des Zeitgebermittels 7 gemäß dem aktuellen Wert der Steuernachricht-Zeitperiode P neu eingestellt. Folglich wird eine kontinuierliche Folge von Steuernachrichten auf der Basis der eingestellten Steuernachricht-Zeitperiode P übertragen. Da die Sendezeitperiode P gemäß dem erfassten Grad der Netzstabilität angepasst wird, wird der Steuernachrichtenverkehr verringert.
Das Steuermittel 4 vergleicht seine eigene Sendezeitperiode P mit den Zeitperioden P_i, die mit Steuernachrichten von anderen Netzknoten empfangen werden. Die Zeitperioden P_i werden in jeweiligen Einträgen in der Nachbartabelle 20 entsprechend dem sendenden Netz knoten gespeichert. Wenn irgendeine empfangene Zeitperiode P_i kleiner ist als die eigene Zeitperiode P, verringert das Steuermittel 4 die Sendezeitperiode P.
Ein Bewegungserfassungssensor 9 erfasst die Bewegung der Vorrichtung 1. In Abhängigkeit von der erfassten Bewegung wird die Steuernachricht-Zeitperiode P eingestellt. Wenn sich die Vorrichtung in Bewegung befindet, wird die Sendezeitperiode P verringert, um die Steuernachricht häufiger zu senden. Dies hilft anderen Netzknoten, Änderungen im Netz, die durch den sich bewegenden Netzknoten 11 verursacht werden, zu erfassen.
4 zeigt schematisch das erweiterte "Hallo"-Paketformat für das AODV-Router-Protokoll. Das "Hallo"-Intervallfeld im "Hallo"-Paketformat gibt die Anzahl von Millisekunden zwischen aufeinander folgenden Übertragungen der "Hallo"-Nachricht an. In gewöhnlichen Netzprotokollen ist dieses "Hallo"-Intervall auf eine feste Zahl, z. B. eine Sekunde, gesetzt und für alle Netzknoten 11-14 identisch. Die "Hallo"-Intervallerweiterung kann an eine RREP-Nachricht mit TTL = 1 angehängt werden, die von einem benachbarten Empfänger beim Bestimmen, wie lang auf anschließende Steuernachrichten gewartet werden soll, verwendet werden soll.
Ein ähnliches Feld ist zum Austauschen von "Hallo"-Aussendeintervallen in anderen Router-Protokollen wie z. B. im OLSR-V8-"Hallo"-Paketformat reserviert. Im H-Zeitfeld dieses Steuernachrichtenformats werden Informationen bezüglich des "Hallo"-Aussendeintervalls des sendenden Knotens bereitgestellt. Das "Hallo"-Paketsende-Zeitintervall des sendenden Knotens kann durch den Empfänger auf der Basis der empfangenen Informationen berechnet werden.
5 zeigt schematisch eine Nachbartabelle 20, um Informationen bezüglich der benachbarten Netzknoten zu speichern. Im ID-Feld 21 wird die IP-Adresse des Knotens, der die jeweiligen Steuernachrichten sendet, aufgezeichnet. Für jeden Knoten im Kommunikationsnetz 10, für den Steuernachrichten empfangen werden, wird ein Eintrag (eine Zeile) in der Nachbartabelle 20 erzeugt und gewartet.
Das wahlweise Zustandsfeld 22 enthält Informationen bezüglich des Zustandes der Kommunikationsverbindung zum jeweiligen Netzknoten. Es kann vom entsprechenden Router-Protokoll abhängen und kann z. B. Informationen über die Verbindungsqualität wie z. B. die Anzahl von verlorenen Paketen umfassen.
Das Feld 23 der letzten Paketempfangszeit enthält Informationen über die Zeit T_rcv des letzten empfangenen Steuerpakets von jeweiligen Netzknoten. Die Sendezeitperiode P_i von "Hallo"-Paketen des jeweiligen Netzknotens wird im Periodenfeld 24 aufgezeichnet. Diese Informationen können von den empfangenen "Hallo"-Paketen unter Verwendung des "Hallo"-Intervallfeldes des "Hallo"-Paketformats, wie in 4 gezeigt, abgeleitet werden.
Im Ablaufzeitfeld 25 wird die Ablaufzeit T_i des Eintrages aufgelistet. Die Ablaufzeit T_i ist die Haltezeit der in der Nachbartabelle 20 aufgelisteten Informationen, die den jeweiligen Netzknoten betreffen. Wenn keine neue Steuernachricht, die den Eintrag bestätigt, innerhalb der Ablaufzeit T_i empfangen wird, wird die Trennung der Netzverbindung angenommen. In diesem Fall wird der Eintrag durch das Tabellenwartungsmittel 8 gelöscht. Gemäß bekannten Router-Protokollen, wird, um einige Verluste von Steuerpaketen zuzulassen, die Ablauf zeit T_i des Eintrages i gemäß der folgenden Gleichung berechnet: Ti = Trcv + K·Pi wobei K = 3 durch die OLSR empfohlen wird.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Sendezeitperiode P für Steuernachrichten eines Netzknotens innerhalb eines vorbestimmten Bereichs eingestellt. P wird beispielsweise zwischen der minimalen Periode P_min = 1000 Millisekunden und einer maximalen Periode P_max = 5000 Millisekunden abgestimmt. Solange der erfasste Netzzustand stabil ist, wird die Steuernachricht-Zeitperiode P verlängert, vorzugsweise durch Multiplizieren der vorliegenden Periode P mit einer Periodenabstimmkonstante C, was zu einer neuen, aktualisierten Sendezeitperiode P führt.
Um die Steuernachrichten-Übertragungszuverlässigkeit aufrechtzuerhalten, sollte eine maximale zulässige Anzahl von Steuerpaketverlusten nicht überschritten werden. Unter der Annahme einer festen Verlustrate für Steuerpakete wird die Anzahl von Steuerpaketen, die innerhalb der Ablaufzeit T des Knotens gesandt werden, aufrechterhalten. Dies bedeutet, dass die Sendezeitperiode schrittweise verlängert werden kann, solange dieselbe Anzahl von Steuerpaketen innerhalb der Ablaufzeit T übertragen wird. Mit anderen Worten, während des Intervalls K·P muss eine Anzahl von (K – 1) "Hallo"-Paketen übertragen werden. Folglich muss die Periodenabstimmkonstante C die Bedingung
erfüllen.
Für K = 3, C = 1, erfüllt beispielsweise 1 die obige Bedingung und kann verwendet werden, um die Sendezeitperiode P schrittweise zu verlängern. Dies führt zu einer zunehmenden Folge von Steuernachricht-Sendeintervallen, was den Steuernachrichtenverkehr graduell verringert, solange der Netzzustand NC auf keine Änderung im Netz hinweist. Wenn eine Änderung im Netz durch den Netzzustand NC angegeben wird, wird die Steuernachricht-Sendezeitperiode P des Knotens verringert, z. B. auf die minimale Periode P_min zurückgesetzt.
6 zeigt schematisch ein Blockdiagramm, das eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt. Ein Empfangsmodul 26 empfängt Steuernachrichten über eine Netzschnittstelle vom Kommunikationsnetz 10. Das Empfangsmodul 26 verarbeitet und interpretiert empfangene Steuernachrichten. Das Empfangsmodul 26 fügt Nachbarinformationseinträge in der Nachbartabelle 20 auf der Basis der empfangenen Steuernachrichten hinzu und/oder aktualisiert sie. Das Empfangsmodul 26 stellt ferner die Steuernachricht-Zeitperiode P gemäß Informationen ein, die mit den Steuernachrichten empfangen werden, die die Sendeperioden P_i anderer Netzknoten angeben.
Ein Sendemodul 28 arbeitet auf der Basis der eingestellten Zeitperiode P und sendet Steuernachrichten zu anderen Netzknoten. Ein Tabellenwartungsmodul 29 wartet Einträge in der Nachbartabelle 20 und löscht Einträge mit einer abgelaufenen Ablaufzeit Ti.
Die gezeigte Ausführungsform hat den Vorteil von unabhängig laufenden Modulen, die durch Ereignisse gesteuert arbeiten. Folglich kann diese Ausführungsform vorzugsweise mittels eines oder mehre rer Computerprogramme implementiert werden, die von einer oder mehreren CPUs verarbeitet werden. Vorzugsweise wird jedes Modul als separater Prozess implementiert, der in einer Betriebssystemumgebung arbeitet.
7 zeigt schematisch ein Zustandsplandiagramm für den Betrieb des Sendemoduls 28. Steuernachrichten werden zu anderen Netzknoten im Sendezustand 30 übertragen. Anschließend geht das Sendemodul 28 in den Wartezustand 31 weiter. Wenn ein Zeitablauf vom Zeitgebermittel 7 empfangen wird, geht das Sendemodul 28 zum Sendezustand 30 zurück, um neue Steuernachrichten zu senden. Wenn ein Empfangssignal vom Sendemodul 28 empfangen wird, wird die Zeitsteuerung des Zeitgebers 7 neu eingestellt und das Sendemodul 28 kehrt in den Wartezustand 31 zurück. Wenn ein Wegfallsignal vom Sendemodul 28 empfangen wird, geht es zum Beendungsschritt 32 zur Vorbereitung auf das Verlassen des Netzes weiter. Dieser Schritt ist nützlich, bevor der Knoten 11 abgeschaltet wird, um andere Netzknoten 12-14 über die bevorstehende Beendung des Knotens 11 zu informieren.
8 zeigt ein Ablaufdiagramm des Steuerprozesses, der vom Sendemodul 28 im Sendezustand 30 durchgeführt wird. In Schritt 40 wird die vorliegende Sendezeitperiode P mit der Konstante C multipliziert, was eine neue Zeitperiode P ergibt.
In Schritt 41 wird festgestellt, ob die neue Zeitperiode P kleiner ist als P_min. Bei Bejahung wird die Zeitperiode P in Schritt 42 auf P_min gesetzt. Ansonsten wird in Schritt 43 festgestellt, ob P größer ist als P_max. Bei Bejahung wird die Zeitperiode P in Schritt 44 auf P_max gesetzt. Diese Verarbeitung in den Schritten 41 bis 44 stellt sicher, dass die Sendezeitperiode P innerhalb des durch P_min und P_max festgelegten vorbestimmten Bereichs eingestellt wird.
In Schritt 45 wird eine neue Steuernachricht ("Hallo"-Paket) erzeugt. Die aktuelle Zeitperiode P wird z. B. im "Hallo"-Intervallfeld des "Hallo"-Pakets eingegeben. Dieses Steuerpaket wird dann in Schritt 46 zu anderen Knoten 12-14 im Kommunikationsnetz 10 gesandt.
Die Zeit des Sendens des Steuerpakets T_last wird in Schritt 47 aufgezeichnet und in Schritt 48 wird der Zeitgeber 7 gemäß der aktualisierten Steuernachricht-Zeitperiode P gesetzt.
9 zeigt ein Ablaufdiagramm, das schematisch den Steuerablauf darstellt, der vom Empfangsmodul 26 durchgeführt wird. In Schritt 50 wird eine Steuernachricht empfangen und interpretiert. Die Netz-ID (IP-Adresse) des Ausgangspunkts der Steuernachricht wird bestimmt.
In Schritt 51 wird der jeweilige Eintrag in der Nachbartabelle 20 entsprechend der Ausgangspunkt-ID gesucht. In Schritt 52 wird festgestellt, ob ein jeweiliger Eintrag in der Nachbartabelle 20, der der Ausgangspunkt-ID entspricht, existiert. Wenn kein solcher Eintrag in der Nachbartabelle existiert, wird in Schritt 53 ein neuer Eintrag erzeugt, wobei die Informationen eingefüllt werden, die von der empfangen Steuernachricht abgeleitet werden. Da ein neuer Netzknoten erfasst wird, was auf eine Änderung im Netz (Topologie) hinweist, wird die Steuernachrichtenzeit P in Schritt 54 verringert. Hier wird die Sendezeitperiode P auf Null gesetzt. In Schritt 55 wird ein Empfangssignal zum Sendemodul 28 gesandt, das angibt, dass eine neue Steuernachricht empfangen wurde.
Wenn in Schritt 52 festgestellt wurde, dass ein jeweiliger Eintrag für die empfangene Steuernachricht existiert, wird der Eintrag in Schritt 56 aktualisiert. Dies bedeutet, dass das Feld 23 der letzten Empfangszeit, das Sendeperiodenfeld 24 und das Ablaufzeitfeld 25 des jeweiligen Eintrages aktualisiert werden. Da die neue empfangene Steuernachricht von einem Netzknoten eine aktive Verbindung zu diesem Netzknoten bestätigt, wird angenommen, dass die entsprechenden Informationen in der Nachbartabelle 20 gültig sind, und folglich wird die jeweilige Ablaufzeit T_i des Knotens verlängert.
In Schritt 57 wird festgestellt, ob die empfindliche Betriebsart festgelegt ist. In der normalen Betriebsart bestimmt ein Netzknoten den Netzzustand NC durch Erfassen von Steuernachrichten von neuen Netzknoten. Dies ermöglicht, dass der Knoten seine Sendezeitperiode P verlängert, solange kein neuer Netzknoten erfasst wird. Indem Steuernachrichten weniger häufig gesandt werden, wird die Bandbreite, die die Steuernachrichten verbrauchen, verringert. Die normale Betriebsart unterstützt viele verschiedene Situationen in einem ad-hoc-Netz, wie z. B. eine Konferenzsituation, in der sich einige Netzknoten vorübergehend in einem bestimmten Bereich treffen, um während der Konferenz eine stabile Netztopologie zu bilden.
In der empfindlichen Betriebsart führen von anderen Netzknoten erfasste Netzänderungen auch zur Bestimmung eines instabilen Netzzustandes NC und folglich zur Verringerung der Sendezeitperiode P. Dies wird durch Einstellen der Sendezeitperiode P eines Netzknotens auf der Basis der Sendezeitperioden P_i anderer Netzknoten erreicht, die vom Knoten zusammen mit den Steuernachrichten, die von den anderen Knoten gesandt werden, empfangen werden. Diese Betriebsart ermöglicht die Erfassung von lokalen Netzänderungen durch Knoten und die Anpassung der Zeitperiode P durch andere Knoten im gesamten Netz. Es verbraucht jedoch mehr Batterielistung, da Steuernachrichten häufiger gesandt werden, wenn eine Netzänderung irgendwo im Netz erfasst wird. Ferner dauert es länger bis zur Stabilisierung, wenn Änderungen im Netz (Topologie) auftreten, insbesondere wenn die Signalpegel nicht stabil sind. Die empfindliche Betriebsart ist in Situationen geeignet, in denen sich z. B. ein beweglicher Knoten bewegt, während die anderen Knoten unbeweglich sind. In einem Heimnetz bewegt sich beispielsweise ein bewegliches Endgerät in einer festen Anlage herum. In der empfindlichen Betriebsart verringern alle Netzknoten ihre Sendezeitperiode P, sobald der bewegliche Knoten beginnt, sich zu bewegen, und die Bewegung von einem festen Knoten erfasst wird, um zu ermöglichen, dass der sich bewegende Knoten seine Nachbartabelle schnell aktualisiert und die Verbindung mit dem Netz aufrechterhalten wird.
In der empfindlichen Betriebsart wird in Schritt 58 eine neue Zeitperiode P_new berechnet und in Schritt 59 wird festgestellt, ob P_new kleiner ist als P, d. h. sie in Schritt 58 verringert wurde. Bei Bejahung wird die Sendezeitperiode P in Schritt 60 auf P_new gesetzt. Folglich wird die Zeitperiode verringert, wenn die neue Zeitperiode P_new kleiner ist als die aktuelle Zeitperiode P des Knotens.
10 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm für die Neuberechnung der Zeitperiode T_new (Schritt 58). In Schritt 61 wird P_new auf P gesetzt und in Schritt 62 liest der Prozess weiterhin die Nachbartabelle 20. Auf einen neuen Eintrag (Zeile) der Nachbartabelle 20 wird in Schritt 63 zugegriffen. In Schritt 64 wird festgestellt, ob weitere Einträge in der Nachbartabelle 20 verfügbar sind. Wenn nicht, ist der Neube rechnungsprozess vollständig und die Teilprozedur zum Neuberechnen der Zeitperiode P_new endet durch Zurückgeben des aktuellen Werts von P_new.
In Schritt 65 wird der aktuelle Wert von P_new mit der Zeitperiode P_i verglichen, die im Periodenfeld 24 des vorliegenden Eintrages in der Nachbartabelle 20 gespeichert ist. Wenn P_i kleiner ist als P_new, wird P_new in Schritt 66 auf Pi gesetzt. Dies bedeutet, dass in den Schritten 65 und 66 P_new eingestellt wird, wenn der aktuelle Eintrag in der Nachbartabelle 20 eine Zeitperiode P_i aufweist, die kleiner ist als das aktuelle P_new.
Vor dem Durchführen der Schritte 61 bis 66 wählt die Neuberechnungsprozedur die kleinste Zeitperiode P_i, die für irgendeinen Nachbarknoten in der Nachbartabelle 20 aufgelistet ist, aus und gibt diesen Wert als P_new zurück. Wenn dieses P_new auch kleiner ist als die aktuelle Zeitperiode P des Knotens, wird die Sendezeitperiode P auf die kleinste Zeitperiode P_i, die in der Nachbartabelle 20 aufgelistet ist, gesetzt.
Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Auswirkung einer Erfassung einer Netzinstabilität in der empfindlichen Betriebsart lokal und räumlich im Netz eingeschränkt. Dies ist nützlich, um die Auswirkung einer Änderung des Netzes (der Mitgliedschaft) in einem großen Netz auf einen Bereich in der Nähe des neuen Netzknotens zu begrenzen und um die Zeit zu verringern, die zum Stabilisieren der Zeitperioden von Netzknoten nach der Netzänderungserfassung erforderlich ist. Die Begrenzung wird durch Verlängern der Sendezeitperiode P durch Multiplizieren derselben mit einem Faktor C vor dem Senden von Steuernachrichten, einschließ lich der in einer solchen Weise aktualisierten Zeitperiode (vgl. 8), erreicht. Folglich wird die Aussendezeitperiode im Vergleich zu einer Empfangszeitperiode Pi von anderen Knoten, die in 10 verwendet wurde, um P_new zu berechnen, verlängert.
Zur Erläuterung wird ein Netz mit den Knoten A, B, C, D, E, usw. ... betrachtet und es wird angenommen, dass die Knoten im Wesentlichen auf einer Linie angeordnet sind, d. h. sie sind in einer einfachen Kette verbunden. Wenn der Knoten A eine Netzänderung erfasst, setzt er P = P_min. Wenn ein Steuerpaket vom Knoten A ankommt, setzt der Knoten B P = C·P_min. Wenn ein Steuerpaket vom Knoten B ankommt, setzt der Knoten C P = C^2·P_min. Wenn ein Steuerpaket vom Knoten C ankommt, setzt der Knoten D P = C^3·P_min, usw. Folglich wird die Ausbreitung von P_min im Netz begrenzt. Ferner kann die Begrenzung durch den Betrag von C gesteuert werden. Im Allgemeinen definiert C die Zeit, bis das Netz stabil wird, ab dem Punkt, an dem eine Netzänderung auftritt, bis zu dem Punkt, an dem es im Allgemeinen stabil ist. Die Zeit, bis das Netz stabil wird, ist gegeben durch: (P_max – P_min)/(C – 1).
11 zeigt ein Ablaufdiagramm des Zeitgeberprozesses für das Sendemodul 28. Dieser Prozess wird eingeleitet, wenn ein Zeitgebersignal empfangen wird. In Schritt 55 des Steuerprozesses für das Empfangsmodul 26 wird beispielsweise ein Zeitgebersignal zum Sendemodul 28 gesandt.
In Schritt 70 wird festgestellt, wenn die aktuelle Zeitperiode P kleiner ist als P_min. Dies ist der Fall, wenn beispielsweise in Schritt 54 des Empfangsmodulprozesses P auf Null gesetzt wird, da ein neuer Knoten erfasst wurde. Wenn P < P_min gilt, wird die Zeitsteuerung des Zeitgebers in Schritt 71 gemäß der folgenden Gleichung neu eingestellt: Ttimer = Tlast + Pmin
Wobei T_last die Zeit ist, zu der das letzte Steuerpaket gesandt wurde. Diese Zeit wurde in Schritt 47 des Sendemodulprozesses aufgezeichnet. In Schritt 72 wird die nächste Zeitgebertriggerzeit T_timer gemäß der folgenden Gleichung berechnet: Ttimer = Tlast + P
In Schritt 73 wird die Zeitsteuerung des Zeitgebers 7 neu eingestellt, um das Sendemittel 6 zu triggern, wenn T_timer kommt.
Dieser Zeitgeberprozess stellt die Zeitsteuerung des Zeitgebers 7 neu ein, sobald ein Zeitgebersignal empfangen wird, indem die nächste Sendezeit T_timer für Steuernachrichten berechnet wird. Gemäß der Ausführungsform wird ein Zeitgebersignal empfangen, wenn Änderungen im Netz vom Empfangsmodul 26 erfasst werden. Folglich wird die Zeitgebertriggerzeit T_timer sofort aktualisiert und Steuernachrichten werden gemäß dem aktualisierten Zeitgeberintervall gesandt. Dies ermöglicht eine schnelle Reaktion auf Netzänderungen.
12 zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm des Steuerprozesses des Tabellenwartungsmoduls 29. Das Tabellenwartungsmodul 29 wird auch periodisch durch das Zeitgebermittel 7 getriggert. Die Triggerperiode wird derart festgelegt, dass abgelaufene Tabelleneinträge schnell genug erfasst und gelöscht werden. Das Triggern des Tabellenwartungsmoduls 29 kann unabhängig vom Betrieb des Sendemo duls 28 und des Empfangsmoduls 26 durchgeführt werden. Vorzugsweise ist das Triggerintervall für das Tabellenwartungsmodul 29 kleiner als die minimale Zeitperiode P_min.
In Schritt 80 wird auf den ersten Eintrag von der Nachbartabelle 27 zugegriffen. In Schritt 81 wird festgestellt, ob die Ablaufzeit T_i dieses Eintrages verstrichen ist. Dies bedeutet, dass T_i < aktuelle Zeit t. In diesem Fall wird der jeweilige Eintrag in Schritt 82 aus der Nachbartabelle 20 gelöscht. In Schritt 83 wird festgestellt, ob ein weiterer Eintrag in der Tabelle 20 existiert. Bei Bejahung wird auf den nächsten Eintrag in Schritt 84 zugegriffen und der Prozess fährt mit Schritt 81 fort; ansonsten endet der Tabellenwartungsprozess.
13 zeigt ein Ablaufdiagramm, das schematisch den Prozess darstellt, der durchgeführt wird, wenn eine Bewegung des Netzknotens 11 durch den Bewegungserfassungssensor 9 wie z. B. einen Schwerkraftsensor, ein GPS und/oder einen Geschwindigkeitsmesser erfasst wird. Wenn eine Bewegung erfasst wird, wird die Zeitperiode P in Schritt 90 auf Null gesetzt und ein Zeitgebersignal wird in Schritt 91 zum Sendemodul 28 gesandt. Dies triggert die Verarbeitung des Zeitgeberprozesses für das Sendemodul, wie in 11 gezeigt. Folglich wird die Zeitgebertriggerzeit T_timer neu berechnet und die Zeitsteuerung des Zeitgebers wird neu eingestellt, wie für die Schritte 70 bis 73 erläutert.
14 zeigt schematisch den im Beendungszustand 32 des Sendemoduls 28 durchgeführten Prozess (siehe 7). Wenn der Netzknoten beabsichtigt, das Netz zu verlassen, z. B. da er bald abgeschaltet wird, wird in Schritt 92 eine neue Steuernachricht vorbereitet. In Schritt 93 werden die Sendeperiodeninformationen in der Steuer nachricht auf die minimale Periode P_min gesetzt und in Schritt 94 wird das Steuerpaket zu anderen Netzknoten gesandt.
Dieser Beendungsprozess sendet die minimale Periode P_min zu anderen Knoten. Beim Empfang der Steuernachricht berechnen die anderen Netzknoten eine neue Ablaufzeit für den wegfallenden Knoten auf der Basis der empfangenen Sendeperiode P_min des wegfallenden Knotens. Somit können die anderen Knoten das Verschwinden des wegfallenden Knotens schneller erfassen, da die jeweilige Ablaufzeit für den wegfallenden Knoten in ihren Netztabellen verringert wird. Dies verkürzt das Warten der anderen Knoten auf das Empfangen einer Steuernachricht des wegfallenden Knotens. Außerdem können Netzknoten in der empfindlichen Betriebsart ihre jeweiligen Sendezeitperioden verringern und infolge des sich ändernden Netzes, das durch den wegfallenden Knoten verursacht wird, Steuernachrichten häufiger senden. Dies ermöglicht eine schnellere Umorganisation der Netztopologie, wenn ein Knoten das ad-hoc-Netz verlässt.
15 zeigt schematisch ein Blockdiagramm der Hardwarestruktur eines ad-hoc-Netzknotens mit einer Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
Eine Verarbeitungseinheit 100 (CPU) ist vorgesehen, um ein in einem Speicher 101 gespeichertes Programm auszuführen. Im Speicher 101 sind jeweilige Programmbefehle zum Anweisen der CPU 100, den Prozess des Sendemoduls 28, des Empfangsmoduls 26 und des Tabellenwartungsmoduls 29 durchzuführen, vorgesehen. Die Nachbartabelle 20 ist auch im Speicher 101 gespeichert. Ein Takt 105 dient zum Steuern des Systems und zum Vorsehen des Zeitgebermittels 7.
Eine Sendevorrichtung 106 und eine Empfangsvorrichtung 107 haben Zugriff auf das Kommunikationsnetz 10 und werden zum Implementieren des Empfangsmittels 2 und des Sendemittels 6 verwendet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Steuernachricht-Zeitperiode P eines Netzknotens individuell für jeden Knoten konfiguriert. Andere Knoten im Netz können unter Verwendung von Steuernachrichten über die bestimmte Zeitperiode informiert werden. Vorzugsweise basiert die vorliegende Erfindung auf dem Austausch von "Hallo"-Paketen als Steuernachrichten. Wenn eine Änderung im Netz erfasst wird, wird die Zeitperiode P automatisch verkürzt, und wenn das Netz stabil ist, z. B. wenn alle Knoten fest sind, wird die Zeitperiode verlängert. Dies wird durch Ableiten eines Netzzustandes NC von empfangenen Steuernachrichten erreicht. Keine zusätzliche Hardware oder Anlage ist für diese Ausführungsform erforderlich. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die Bewegung von Knoten erfasst und die Sendezeitperiode P wird entsprechend eingestellt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird die Zeit zum Konfigurieren von Knoten im Netz verringert, da die Sendezeitperiode P angepasst eingestellt wird und kein manueller Eingriff erforderlich ist. Ferner wird die Bandbreite, die von Steuernachrichten verbraucht wird, um das Netz zu warten, verringert. Da Steuernachrichten weniger häufig gesandt werden, wird Batterieleistung verbraucht und die Kollision von Paketen wird verringert. Dies ist für drahtlose Netze besonders wichtig, da Paketkollisionen häufig passieren.
Obwohl die vorstehend erläuterte Ausführungsform der Erfindung auf einer Softwareimplementierung basiert, kann die Erfindung auch von einem Fachmann unter Verwendung von Spezialhardwarekomponenten implementiert werden.

Claims

Verfahren zum Einstellen einer Steuernachricht-Zeitperiode P eines Netzknotens (11), der verwendet wird, um Steuernachrichten zu anderen Netzknoten (12, 13, 14) in einem Kommunikationsnetz (10) zu senden, wobei das Kommunikationsnetz (10) wenigstens zwei Knoten (11-14) enthält, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Empfangen von Steuernachrichten von anderen Netzknoten (12, 13, 14); dadurch gekennzeichnet, dass es ferner den folgenden Schritt umfasst: Bestimmen eines Netzzustandes NC wenigstens für einen Teil des Kommunikationsnetzes (10); und Einstellen der Steuernachricht-Zeitperiode P des Netzknotens (11) anhand des bestimmten Netzzustandes NC.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Netzzustand NC anhand empfangener Steuernachrichten bestimmt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Bestimmung des Netzzustandes das Erfassen einer Änderung der Netz-Mitgliedschaft einschließlich der Erfassung eines neuen Knotens und/oder des Wegfalls eines Knotens umfasst.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Netzzustand NC anhand von Steuernachricht-Zeitperioden P_i anderer Netzknoten (12, 13, 14) bestimmt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem die Steuernachricht-Zeitperiode P innerhalb eines vorgegebenen Bereichs eingestellt wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem die Steuernachricht-Zeitperiode P auf einen vorgegebenen Wert zurückgesetzt wird, wenn sich der Netzzustand ändert.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem die Steuernachricht-Zeitperiode P erhöht wird, solange der Netzzustand NC stabil ist.
Verfahren nach Anspruch 7, bei dem die Steuernachricht-Zeitperiode P durch Multiplikation mit einem Koeffizienten C erhöht wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 8, bei dem die Steuernachricht-Zeitperiode P graduell eingestellt wird, so dass eine maximal zulässige Anzahl von Steuerpaketverlusten nicht überschritten wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem die Steuernachricht-Zeitperiode P verringert wird, wenn sich der Netzzustand NC verschlechtert, insbesondere dann, wenn eine Steuernachricht von einem Knoten (12, 13, 14) empfangen wird, für den vorher keine Steuernachricht empfangen worden ist, und/oder wenn während einer bestimmten Zeitdauer keine Steuernachricht von einem Knoten (12, 13, 14) empfangen worden ist.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 10, bei dem eine Steuernachricht Zeitinformationen von dem sendenden Knoten (11-14) bezüglich der Zeitperiode (P_i) enthält und bei dem ein empfangender Knoten (11) die empfangenen Zeitinformationen von Nachbarknoten (12, 13, 14) speichert.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 11, das ferner eine Bestimmung einer Nachbarbeziehung zwischen dem Knoten (11), der eine Steuernachricht empfängt, und dem Ausgangspunkt der Nachricht (12, 13, 14) umfasst.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 12, bei dem der Knoten (11) seine eigene Zeitperiode P mit wenigstens einer empfangenen Zeitperiode P_i anderer Knoten (12, 13, 14) vergleicht und dann, wenn irgendeine empfangene Zeitperiode P_i kleiner als seine eigene Zeitperiode P ist, seine Zeitperiode P einstellt.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 13, das ferner eine Berechnung einer Ablaufzeit T_i für gespeicherte Nachbarbeziehungsinformationen anhand der in der entsprechenden Steuernachricht enthaltenen empfangenen Zeitinformationen und/oder der Steuernachricht-Zeitperiode P des sendenden Knotens umfasst und/oder bei dem Nachbarbeziehungsinformationen bezüglich eines Knotens gelöscht werden, falls vor Ablauf der jeweiligen Ablaufzeit T_i keine neue Steuernachricht von dem anderen Knoten (12, 13, 14) empfangen wird.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 14, bei dem jedes Mal Steuernachrichten zum Nachbarknoten (12, 13, 14) gesendet werden, wenn die Zeitperiode P verstrichen ist.
Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 15, bei dem die Bestimmung des Netzzustandes die Erfassung einer Bewegung des Netzknotens umfasst.
Verwendung des Verfahrens nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 16 in einem Router-Protokoll, insbesondere in einem Router-Protokoll für ad-hoc-Kommunikationsnetze, um Informationen bezüglich Nachbarknoten in dem Kommunikationsnetz zu bestimmen.
Vorrichtung zum Einstellen einer Steuernachricht-Zeitperiode P eines Netzknotens (11), der zum Senden von Steuernachrichten zu anderen Netzknoten (12, 13, 14) in einem Kommunikationsnetz (10) verwendet wird, wobei das Kommunikationsnetz (10) wenigstens zwei Knoten (11-14) enthält, wobei die Vorrichtung umfasst: Empfangsmittel (2), die so beschaffen sind, dass sie Steuernachrichten von anderen Netzknoten (12, 13, 14) empfangen; dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: Netzzustand-Bestimmungsmittel (3), die so beschaffen sind, dass sie einen Netzzustand NC wenigstens eines Teils des Kommunikationsnetzes (10) bestimmen; und Steuermittel (4), die so beschaffen sind, dass sie die Steuernachricht-Zeitperiode P des Netzknotens (11) anhand des bestimmten Netzzustandes NC einstellen.
Vorrichtung nach Anspruch 18, bei der die Netzzustand-Bestimmungsmittel (3) den Netzzustand NC anhand empfangener Steuernachrichten bestimmen.
Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, bei der die Netzzustand-Bestimmungsmittel (3) Änderungen der Netz-Mitgliedschaft einschließlich der Erfassung eines neuen Knotens und/oder eines wegfallenden Knotens bestimmen.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 18 bis 20, die ein Speichermittel (5) umfasst, das so konfiguriert ist, dass es eine Nachbartabelle (20) speichert, wobei die Nachbartabelle (20) Informationen bezüglich benachbarter Netzknoten (12, 13, 14) speichert und wobei ein neuer Netzknoten durch Vergleichen einer empfangenen Steuernachricht mit Einträgen in der Nachbartabelle (20) erfasst wird.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 18 bis 21, die Sendemittel (6), die so beschaffen sind, dass sie Steuernachrichten zu Nachbarknoten (12, 13, 14) senden, und Zeitgebermittel (7), die so beschaffen sind, dass sie die Sendemittel (6) triggern, um jedes Mal Steuernachrichten zu senden, wenn die Zeitperiode P verstrichen ist, umfasst, wobei die Zeitsteuerung der Zeitgebermittel (7) entsprechend der Steuernachricht-Zeitperiode P neu eingestellt wird.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 18 bis 22, bei der die Steuermittel (4) die Zeitperiode P des Knotens (11) mit wenigstens einer empfangenen Zeitperiode P_i anderer Knoten (12, 13, 14) vergleichen und dann, wenn irgendeine empfangene Zeitperiode P_i kleiner als die eigene Zeitperiode P ist, die Zeitperiode P einstellen.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 18 bis 23, die Tabellenwartungsmittel (8) umfasst, die so beschaffen sind, dass sie die Einträge in der Nachbartabelle (20) warten und insbesondere Nachbartabelleneinträge, deren Ablaufzeit T_i abgelaufen ist, löschen.
Vorrichtung nach wenigstens einem der Ansprüche 18 bis 24, die einen Bewegungserfassungssensor (9) umfasst, der die Bewegung des Knotens (11) erfasst, wobei die Steuernachricht-Zeitperiode P in Abhängigkeit von der erfassten Bewegung eingestellt wird.
Computerprogrammprodukt, das direkt in den internen Speicher eines digitalen Computers geladen werden kann und Softwarecode-Abschnitte umfasst, um die Schritte wenigstens eines der Ansprüche 1 bis 16 auszuführen, wenn das Produkt auf dem Computer abläuft.
Computerprogrammprodukt, das in einem computerlesbaren Medium gespeichert ist und computerlesbare Programmmittel enthält, um einen Computer dazu zu veranlassen, die Schritte nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 16 auszuführen, wenn das Produkt auf dem Computer abläuft.