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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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(1) Erfindungsgebiet
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Datenübertragung
zwischen einer Master-Station und mindestens einer Außenstation
aus einer Gruppe von Außenstationen
und umfasst den Schritt:
- – Austausch eines Energieburst
zwischen der Master-Station und der mindes tens einen Außenstation.
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Die
Erfindung betrifft auch eine Master-Station und eine Außenstation.
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(2) Diskussion des Standes
der Technik
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Gegenwärtig werden
Kommunikationsnetzwerke dadurch gebildet, dass Einrichtungen über Draht
oder Kabel miteinander verbunden werden, wobei sich jede Einrichtung
für das
Senden von Nachrichten entlang dieser Drähte und Kabel nach einem Protokoll
zu richten hat. In einigen Fällen
kann ein Teilbereich eines derartigen Netzwerks als eine drahtlose
Verbindung ausgeführt
sein, wobei Funk- oder Infrarot-Frequenzsignale zwischen den Knoten verwendet
werden. Derartige drahtlose Verbindungen sind Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, die
eine einzige Kommunikationseinrichtung an jedem Ende aufweisen,
von denen jede aufeinander bei einer Frequenz abgestimmt ist, die
sich von anderen Einrichtungen in demselben geographischen Gebiet
unterscheidet.
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Ein
drahtloses Netzwerk wird andererseits ohne physische Verbindungen
zwischen den Einrichtungen ausgebildet, indem zum Beispiel Funkfrequenzsignale
verwendet werden. Jede Einrichtung in dem Netzwerk ist auf dieselbe
Frequenz abgestimmt, und jede Einrichtung richtet sich nach einem
Protokoll für
das Senden von Nachrichten bei dieser gemeinsamen Frequenz. Das
Protokoll kann eine Kommunikation zwischen allen Einrichtungen in
dem Netzwerk erlauben, oder das Protokoll kann jede Einrichtung
darauf beschränken,
nur mit einer Master-Einrichtung zu kommunizieren. Drahtlose Netzwerke
weisen einen bedeutenden logistischen Vorteil gegenüber drahtgebundenen
Netzwerken auf, indem die Notwendigkeit umgangen wird, Drähte oder
Kabel zu jeder Einrichtung zu verlegen.
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Mit
der erhöhten
Verfügbarkeit
von Multimediatechnologien und den erhöhten Anforderungen an den Zugang
zu Informationen wächst
der Markt für wohnort-
oder geschäftsbezogene
lokale Netze (LAN, Local Area Network). Es ist sicher, dass das einfache
Installieren und Erweitern eines drahtlosen Netzwerks einen großen Bedarf
an drahtlosen LANs erzeugen wird. Zum Beispiel kann eine zentrale
Basisstation allen Kommunikationseinrichtungen in einem Wohnbereich
drahtlose Dienstleistungen, einschließlich Ton, Bild und Daten,
bereitstellen, oder eine Funkbasisstation kann für die Kommunikation unter allen
tragbaren Computern in einem Büro
oder allen Computern in einem Universitätsgelände sorgen. Um erfolgreich
zu sein, dürfen
die Verfahren und Protokolle, welche in diesen drahtlosen Netzwerken verwendet
werden, ihren drahtgebundenen Netzwerkäquivalenten nicht erheblich
unterlegen sein.
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Während der
letzten Jahrzehnte wurden Protokolle für ein effektives und effizientes
Bewerkstelligen der Informationsübertragung
zwischen Netzwerken von Kommunikationsanlagen entwickelt. Eine grundlegende
Voraussetzung bei der Entwicklung dieser Netzwerkprotokolle war
die einer drahtgebundenen Netzwerk-Infrastruktur. In einem drahtlosen Netzwerk
können
die Annahmen, auf deren Grundlage die Protokolle des drahtgebundenen
Netzwerks entwickelt wurden, nicht länger gültig sein. Obwohl die meisten
der vorliegenden Protokolle funktionell auf die drahtlosen Netzwerke
erweiterbar sind, kann ihre Effektivität und Effizienz durch das Fehlen
einer direkten Verbindung zwischen den Einrichtungen nachteilig
beeinflusst werden.
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Ein
gebräuchliches
Protokoll, das für
den Datenverkehr in einem drahtgebundenen Netzwerk verwendet wird,
ist eine Busstruktur mit einem "Rundfunk"-Protokoll. Die Einrichtungen
am Bus überwachen
den Bus, warten auf einen ruhigen Zeitabschnitt und übertragen
dann. Kollisionen treten auf, wenn eine zweite Einrichtung, die
auch auf einen ruhigen Zeitabschnitt gewartet hat, gleichzeitig
zu übertragen beginnt.
Das Rundfunkprotokoll verlangt üblicherweise
von den Einrichtungen, dass sie die Übertragung im Falle einer Kollision
beenden und es in dem nächsten
ruhigen Zeitabschnitt wieder versuchen. Wiederholte Kollisionen
werden dadurch vermieden, dass jede Einrichtung ihre Reaktionszeit
vom Beginn des ruhigen Zeitabschnitts aus zufällig abändert, so dass sie nicht alle
gleichzeitig reagieren. Das Rundfunkprotokoll hat, wie der Name
andeutet, seine Wurzeln in Radioübertragungen,
und es wird in großem Umfange
für drahtlose
Sprachübertragungsnetze, wie
z.B. Mobilfunk, verwendet.
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Das
Rundfunkprotokoll ist jedoch nicht für Hochgeschwindigkeits-Datenübertragungen
auf einem drahtlosen Netzwerk geeignet, da der Kollisionsnachweis
auf einem drahtlosen Netzwerk zeitaufwändig ist. Auf einem drahtgebundenen
Netzwerk verlangt das Protokoll normalerweise ein aktives Geltendmachen
auf dem einen Logikpegel, aber das passive Geltendmachen (d.h. Nicht-Geltendmachen des
aktiven Pegels) auf dem anderen Pegel. Kollisionen sind am Sender
durch Überwachen
des Busses während
der Übertragung
eines passiven Pegels detektierbar. Wird ein aktiver Pegel während dieser Übertragung
eines passiven Pegels durch den Sender detektiert, dann lässt das
notwendigerweise auf eine Kollision schließen. Der drahtgebundene Sender
kann automatisch die Nachricht im nächsten ruhigen Zeitabschnitt
erneut übertragen.
Eine Einrichtung, die auf einem drahtlosen Netzwerk überträgt, ist jedoch
nicht in der Lage zu erkennen, ob eine andere Einrichtung zur gleichen
Zeit überträgt. Wenn
die übertragende
Einrichtung die Übertragungsfrequenz überwacht,
dann wird sie nur ihre eigene Übertragung
detektieren, weil ihr Leistungspegel bedeutend höher sein wird als der eines
entfernt liegenden Senders. Der vorgesehene Empfänger jedoch, der entfernt von
beiden Sendern liegt, empfängt
gewöhnlich eine
verstümmelte
Nachricht, welche durch die gleichzeitige Übertragung von den beiden Sendern auf
derselben Frequenz erzeugt wird. Da es wahrscheinlich zu Kollisionen
kommt und der Sender keine Mittel hat, diese Kollisionen zu detektieren,
fordert das Protokoll des drahtlosen Rundfunks den vorgesehenen
Empfänger
auf, den Empfang einer jeden Nachricht zu bestätigen (ACK, Acknowledge). Wenn er
keine Nachricht empfängt
oder wenn er eine verstümmelte
Nachricht empfängt,
dann übermittelt
er keine Bestätigung
oder er übermittelt
ein Nichtbestätigungs-Signal
(NAK, Not-Acknowledged). Wenn der Sender keine Bestätigung empfangen
kann, dann sendet er die vorhergehende Nachricht erneut. Die Forderung
nach einer Bestätigung
vom Empfänger für jede Nachricht
in einem drahtlosen Netzwerk hat eine verstärkend ungünstige Auswirkung, da die Übertragung
einer jeden Bestätigung
auch Kollisionen erzeugen kann. Wenn die Verkehrsdichte anwächst, wachsen
mit jeder Kollision wegen des erhöhten Bestätigungsverkehrs sowohl die
Wahrscheinlichkeit einer Kollision als auch die Wiederholungsübertragungen
exponentiell an.
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Abfrage-Netzwerkprotokolle,
in denen eine Master-Einrichtung jede andere Einrichtung nach Nachrichten
abfragt, sind für
drahtlose Netzwerke einsetzbar. Derartige Protokolle sind jedoch
von Natur aus für
Netzwerke mit unausgeglichenen Verkehrsmustern ineffektiv. Während des
Abfrageprozesses wird jede Einrichtung auf dem Netzwerk abgefragt,
und das Abfragen inaktiver Einrichtungen nimmt Zeit in Anspruch.
Um Zeit zu sparen, erlauben die meisten Abfrageprotokolle ein Aufschieben
des Abfragens einer Einrichtung nach einem bestimmten Zeitabschnitt
der Inaktivität,
aber derartige Protokolle müssen
für die
nicht abgefragte Einrichtung auch Mittel enthalten, um die Master-Einrichtung zu benachrichtigen,
wenn sie wieder aktiv wird. Oft wird diese Reaktivierungsanzeige
durch Bereitstellen einer Hilfsverbindung zur Master-Einrichtung
ausgeführt, zum
Beispiel durch eine Unterbrecherleitung, die allen Einrichtungen
gemeinsam ist. Das Äquivalent
einer zusätzlichen
Hilfsverbindung in einem drahtgebundenen Netzwerk ist in einem drahtlosen
Netzwerk eine zusätzliche
Hilfsfrequenz. Alternativ kann in jedem Nachrichtenabschnitt ein
Zeitabschnitt für
ein Anzeigesignal vorgesehen werden. Das Vorkommen einer Reaktivierungsanzeige
auf dieser gemeinsamen Leitung oder während des Anzeigezeitabschnittes
veranlasst die Master-Einrichtung zum Abfragen aller Einrichtungen
auf dem Netzwerk, um festzustellen, welche Einrichtung jetzt aktiv
ist.
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In
D1 (US-A-S 166 929) wird ein Verfahren für die Datenübertragung zwischen einer Basisstation
(Master-Station) und mindestens einer Mobilstation aus einer Gruppe
von Mobilstationen (Außenstationen)
offenbart. Dieses Verfahren umfasst den Schritt zum Austausch eines
Energiebursts zwischen der Master-Station und der mindestens einen
Außenstation.
Dazu wird ein Energieburst von der Basisstation zur Mobilstation übertragen,
und in Reaktion darauf übermittelt
die Mobilstation einen Bestätigungs-Energieburst zur
Basisstation. Wie in den Spalten 3 und 4 und in 1 von
D1 offenbart ist, umfasst jeder Burst einen (abgekürzten) Identifikator zum
Identifizieren der Mobilstation. Ein derartiger Identifikator ist
selbst dann, wenn er abgekürzt
ist, dahingehend nachteilig, dass die Übertragung und der Empfang
des Burst dann komplexer werden.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist unter anderem eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren, eine
Master-Station und eine Außenstation
bereitzustellen, wobei der Energieburst keinerlei Stationsidentifikation
zu enthalten braucht.
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Das
erfindungsgemäße Verfahren
ist dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren ferner die Schritte
umfasst:
- – Übertragen
eines synchronisierenden Musters von einer Master-Station auf die
Gruppe von Außenstationen
während
eines ersten Zeitabschnitts, um in jeder Außenstation eine gemeinsame
Zeitreferenz einzurichten, wobei ein zweiter Zeitabschnitt in entsprechende
Subzeitintervalle unterteilt wird, wobei die entsprechenden Subzeitintervalle den
betreffenden Außenstationen
zugeordnet sind und jedes der entsprechenden Subzeitintervalle eine
feststehende Beziehung zur gemeinsamen Zeitreferenz aufweist;
- – Ausführen der
Datenübertragung
während
eines dritten Zeitabschnitts; wobei der Energieburst während des
Subzeitintervalls ausgetauscht wird, welches der mindestens einen
Außenstation
zugeordnet ist.
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Diese
charakterisierenden Merkmale lösen das
Problem, eine beliebige Stationsidentifizierung in den Bursts zu
umgehen, indem die Bursts nur zu Zuordnungszwecken verwendet werden
und diese Bursts in die jeweiligen Subzeitintervalle eingeordnet werden,
welche mit den jeweiligen Außenstationen verknüpft sind.
Ein Burst in einem vorgegebenen Subzeitintervall ist ein Hinweis
darauf, dass eine Datenübertragung
zwischen der Master-Station und einer vorgegebenen Außenstation
(während
des dritten Zeitabschnitts) stattfinden wird, wobei das vorgegebene
Subzeitintervall dieser vorgegebenen Außenstation zugeordnet wurde.
Um das zu ermöglichen,
muss das Synchronisationsmuster den Außenstationen zugesandt werden.
Im Ergebnis ist das Problem gelöst.
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In
D2 (US-A-S 410 588) werden synchronisierte Basisstationen offenbart.
Die Synchronisierung von Basisstationen hat nichts mit der Erfindung
zu tun.
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Im
Wesentlichen beschreibt die Erfindung ein Verfahren zum Übertragen
von Steuerinformationen in kurzen Energiebursts in einem drahtlosen Netzwerkprotokoll.
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Die
Erfindung wird am besten gewürdigt, wenn
zur Kenntnis genommen wird, dass Steuerinformationen auf einem Netzwerk
gewöhnlich
kurze Nachrichten mit einer minimalen, wenn auch wichtigen Information
umfassen. Das heißt,
eine Steuerinformation ist üblicherweise
das, was auf einem drahtgebundenen Netzwerk auf einem einzigen Draht
realisiert werden könnte,
der einen von zwei Zuständen aufweist.
Zum Beispiel könnte
auf einem drahtgebundenen Netzwerk für eine Einrichtung eine "Sendeanfrage"-Leitung vorgesehen
sein, um der Master-Einrichtung anzuzeigen, dass sie eine Information
zu senden hat. Eine "Sendebereitschafts"-Leitung könnte vorgesehen
sein, um der Einrichtung anzuzeigen, dass die Übertragung beginnen kann, oder
dieselbe "Sendeanfrage"-Leitung könnte durch
den Master verwendet werden, um diese "Sendebereitschafts"-Nachricht in einem nachfolgenden Zeitabschnitt
zu signalisieren. Ebenso könnte
auch eine "Bestätigungs"-Leitung vorgesehen
sein. In jedem Falle umfasst der Informationsgehalt ein einziges
Informationsbit: entweder hat die Einrichtung etwas zu senden oder
nicht, entweder wurde die Nachricht empfangen oder sie wurde nicht
empfangen usw.. Im Gegensatz zu diesem Einzelbit-Steuerinformationsinhalt
wird erwartet, dass der in ei nem drahtlosen Netzwerk übermittelte
Dateninhalt bedeutend mehr Informationen enthält. Der Gebrauch des gleichen Protokolls
sowohl für
Daten als auch für
die Steuerung ist in dem einen oder dem anderen Protokoll oder in
beiden ineffektiv.
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Diese
Erfindung schafft ein sehr effizientes und effektives Mittel für das Übermitteln
von Einzelbit-Steuerinformationsnachrichten in einem drahtlosen
Netzwerk, ohne das Protokoll, das für die effektive Datenübertragung
verwendet wird, notwendigerweise einzuschränken oder zu begrenzen.
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Dieses
effiziente und effektive Kommunikationsmittel wird ausgeführt, indem
alle Einrichtungen auf eine Master-Einrichtung synchronisiert werden und
jeder Einrichtung eine kleine Zeiteinheit bezüglich der Synchronperiode zugeordnet
wird. Das Vorliegen oder die Abwesenheit einer Energie bei der Netzwerkfrequenz
während
der Zeit, die einer jeden Einrichtung zugewiesen ist, kennzeichnet
den Wert des einen Bits der Steuerinformationen für diese
Einrichtung. In Abhängigkeit
von der Funktion des Steuerbits kann das Vorliegen von Energie in
dem zugeordneten Zeitschlitz entweder durch die Master-Einrichtung oder
durch jede der anderen Einrichtungen geltend gemacht werden. Als
eine Erweiterung dieser Grundausstattung können bei Bedarf Mehrfach-Steuerbits
durch Mehrfach-Zeitzuordnungen untergebracht werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
ein Netzwerk drahtloser Einrichtungen.
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2 zeigt
ein Zeitablaufdiagramm für
den Empfang oder die Übertragung
von Steuerbits gemäß dieser
Erfindung.
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3 zeigt einen Schaltplan für den Empfang
und die Übertragung
von Steuerbits gemäß dieser
Erfindung.
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4 zeigt
ein Zeitablaufdiagramm für
den Empfang und die Übertragung
von Steuerbits und Nachrichten auf der gleichen Frequenz oder Leitung gemäß dieser
Erfindung.
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5 zeigt
ein Zeitablaufdiagramm für
die Übermittlung
mehrerer Nachrichten auf der gleichen Frequenz oder Leitung gemäß dieser
Erfindung.
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Ausführliche
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung
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1 zeigt
ein drahtloses Netzwert mit den Mobilstationen 101 bis
einschließlich 105 und
mit einer Basisstation 110. Zum einfacheren Verständnis ist
eine Frequenz für
das Senden von Informationen an die Basisstation F1 und eine Frequenz
für den Empfang
von Informationen von der Basisstation F2 dargestellt, obwohl alternative
Ausführungsformen im
Weiteren die Verwendung der gleichen Frequenz sowohl für die Übertragung
als auch den Empfang offenbaren werden. Die Ausrüstungen der Mobilstation können entweder
separat oder unmittelbar in die Endeinrichtung, wie z.B. in ein
Telefon, eingebaut sein. Jeder Mobilstation auf diesem Netzwerk
wird eine Adresse zugewiesen. Der Einfachheit halber ist der Mobilstation 101 die
Adresse 1, der Mobilstation 102 die Adresse 2 usw. zugewiesen.
Das Zuweisen von Adressen kann auf jeder Einrichtung entweder durch
Einstellen von Schaltern oder durch Übermitteln von Nachrichten
ausgeführt
werden, welche die Einrichtung anweisen, ihre innere Adresse zu
verändern.
Unter Verwendung dieser Nachrichten zur Adressenzuweisung und -veränderung
können
auch zusätzliche
Einrichtungen zum Netzwerk hinzugefügt oder vorhandene entfernt
werden. Die Verfahren für eine
derartige Adresseninitialisierung sind allgemein bekannt und werden
hier nicht vorgestellt.
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Da
jede Mobilstation auf derselben Frequenz zur Basisstation senden
wird, muss ein Protokoll eingerichtet werden, um die Nachrichten
auf diesem Netzwerk zu verwalten.
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2 zeigt
ein Protokoll zum Übertragen
auf eine Basisstation in einem drahtlosen Netzwerk gemäß dieser
Erfindung. In einem ersten Zeitabschnitt 250 wird die Basisstation 110 ein
synchronisierendes Muster übermitteln,
das durch jede Station verwendet wird, um eine gemeinsame Zeitreferenz 200 einzurichten.
Der zweite Zeitabschnitt 260 ist in Subzeitintervalle 201 bis
einschließlich 205 unterteilt.
Diese Zeitintervalle sind einer jeden Mobilstation 101 bis einschließlich 105 entsprechend
ihren Adressen 1 bis 5 zugeordnet. Diese Zeitintervalle sind der
Effizienz halber von einer sehr kurzen Dauer, und jedes weist eine
feste Beziehung zu der Zeit 200 auf, welche durch die Master-Station
eingerichtet ist. Wenn eine Mobilstation eine Nachricht auf die
Basisstation zu übertragen
hat, dann übermittelt
sie einen Energieburst bei der Netzwerkfrequenz während ihres
zugewiesenen Zeitschlitzes. Das heißt, wenn die Mobilstation 103 Informationen
zu übertragen
hat, dann überträgt sie einen
Energieburst während
des Zeitintervalls 203, wodurch sie die Basisstation informiert, dass
die Mobilstation mit der Adresse 3 Informationen zu senden hat.
Während
des Zeitabschnitts 270 kann die Datenübertragung ausgeführt werden,
wobei das für
eine derartige Datenübertragung
eingerichtete Protokoll unabhängig
von diesem Energieburst-Signalisierungsprotokoll verwendet wird.
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Diese
spezielle Ausführungsform
ist besonders gut geeignet für
ein Netzwerk mit einer relativen Rangfolge der Mobilstationen, wobei
Nachrichten von der Adresse 1 eine Priorität gegenüber Nachrichten von der Adresse
2, Nachrichten von der Adresse 2 eine Priorität gegenüber Nachrichten von der Adresse
3 usw. haben. In einem derartigen Netzwerk könnte das Protokoll fordern,
dass eine Mobilstation keinen Energieburst überträgt, wenn ein Energieburst detektiert
wurde, der ihrem zugewiesenen Zeitschlitz vorausgeht. Das heißt, wenn
die Adresse 2 einen Energieburst sendet, dann würde es den Adressen 3 bis einschließlich 5
nicht erlaubt sein, einen Energieburst zu senden. Dadurch wird die
Möglichkeit einer
Kollision beseitigt, und die Station, welche den Energieburst gesendet
hat, würde
frei sein, ihre Daten in dem unmittelbar darauffolgenden Zeitabschnitt 270 zu
senden. Die empfangende Basisstation würde wissen, dass die Daten
von der Adresse kamen, welche zu dem Zeitintervall des detektierten
Energiebursts gehört.
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Das
gleiche Protokoll könnte
durch die Basisstation für
die Übertragung
von Informationen auf die Mobilstationen verwendet werden. Die Basisstation 110 übermittelt
den Mobilstationen ein Synchronisationsmuster während des Zeitabschnittes 250 auf der
Frequenz, welche für
den Empfang von Informationen von der Basisstation zugewiesen ist.
Im Verlaufe des Zeitabschnittes 260 überträgt die Basisstation einen Energieburst
während
des Zeitintervalls, welches der Station zugewiesen ist, die für den Empfang
der Nachricht vorgesehen ist. Die Mobilstation, welche zu dem Zeitintervall
gehört,
in welchem der Energieburst stattgefunden hat, würde somit in Bereitschaft versetzt
werden, um die nachfolgenden Daten zu empfangen, die durch die Basisstation
während
des Zeitabschnittes 270 übertragen werden. Es ist auch
anzumerken, dass dieses Protokoll besonders für Nachrichten geeignet ist,
die für
mehr als eine Mobilstation vorgesehen sind. Für jede der vorgesehenen Stationen
kann während
des Zeitabschnitts 260 ein Energieburst übertragen
werden, so dass jede in Bereitschaft versetzt wird, die nachfolgenden
Daten zu empfangen, die während
des Zeitabschnitts 270 übertragen
werden.
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Dieses
Protokoll ist im Entwurf ähnlich
zu den Protokollen, welche die Quellen- und/oder Zieladressen in
den Nachrichtendaten enthalten, es ermöglicht aber beträchtliche
Vorteile durch die Verwendung von Energiebursts, wie hier beschrieben wurde.
Ein Energieburst, wie der Name andeutet, ist ein kurzer Energiestoß, welcher
bei der zugewiesenen Funkfrequenz übertragen wird. Im Gegensatz
zu einem Datensignal weist dieser Energieburst sehr einfach zu erfüllende Kriterien
auf. Die existierenden digitalen Einrichtungen sind für genaue
Zeitmessungen sehr gut geeignet, insbesondere mit Bezug auf ein
periodisch geltend gemachtes Synchronisationsmuster. Somit wird
dadurch, dass die Zeit anstelle des Inhaltes als wichtiges Kriterium
festgelegt wird, eine sehr kosteneffektive Lösung ermöglicht. Statt inhaltsbezogene
Kriterien festzulegen, wie es für
Datensignale getan werden muss, ist die kritische Spezifikation
lediglich die, wann das Signal stattfindet und nicht sein Inhalt.
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3 zeigt eine Einrichtung für den Empfang
oder die Übertragung
von Steuerinformationen unter Verwendung von Energiebursts zu festgelegten Zeiten
gemäß dieser
Erfindung. In 3a ist der Energieimpulsdetektor 302 getrennt
vom Daten-Demodulator 301 dargestellt,
wodurch die Tatsache veranschaulicht wird, dass der Nachweis des
Energieburst nicht die Signalverarbeitung erfordert, die normalerweise
für den
Datenempfang ausgeführt
wird. Der Empfänger 300 empfängt ein
Signal zum Beispiel aus einer Basisstation 110. Ein Zeitablaufgenerator 303 stellt
ein Mittel bereit, um das Sync-Signal 250 nachzuweisen
und die Zeitreferenz 200 von 2 einzurichten.
Der Zeitablaufgenerator 303 erzeugt einen Impuls zur Zeit 200 auf
Ref 350. Dieses Ref-Signal stellt den RS-Latch 313 zurück, und
es wird auch in die Verzögerungsglieder 310 und 311 eingegeben. Das
Verzögerungsglied 310 erzeugt
einen Impuls 380 nach einer vorgegebenen Zeit nach dem
Empfang des Impulses auf Ref 350. Die vorgegebene Zeit wird
durch die Adresse festgelegt, die einer jeden Einrichtung zugewiesen
ist, so dass sie rechtzeitig mit einem der Zeitintervalle 201 bis
einschließlich 205 übereinstimmt,
die in 2 dargestellt sind. Dieser Impuls 380 wird
in das UND-Gatter 312 eingegeben. Auch die Ausgabe aus
dem Detektor 302 wird in das UND-Gatter 312 eingegeben.
Wird ein Energieimpuls während
des Zeitabschnittes, der dieser Einrichtung zugewiesen ist, detektiert,
wie durch den Impuls 380 signalisiert wird, dann legt die
Ausgabe aus dem UND-Gatter 312 den RS-Latch 313 fest. Dadurch dass
für jede
adressierte Einrichtung spezifische Zeitintervalle vorgesehen sind,
entspricht die Ausgabe des RS-Latch 313 dem Nachweis eines
Steuersignals aus der Basisstation, das für diese Einrichtung vorgesehen
ist.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
wird durch Detektion dieses Steuersignals die Einrichtung davon
unterrichtet, dass die nachfolgende Nachricht aus der Basisstation 100 für diese
Einrichtung vorgesehen ist. Das Verzögerungsglied 311 erzeugt
ein Signal 381 nach einer vorgegebenen Zeit vom Empfang
des Impulses auf Ref 350 an. Dieses Signal 381 wird
für die
Dauer eines Nachrichtenzeitabschnittes 270 geltend gemacht.
Das UND-Gatter 314 aktiviert somit das Gatter 315 während des
Nachrichtenzeitabschnittes 270 dann und nur dann, wenn
der RS-Latch durch den Empfang eines Energieburst während des
zugewiesenen Zeitabschnittes festgelegt ist, wie oben beschrieben
wurde.
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3b zeigt
eine erfindungsgemäße Steuereinrichtung
für das
Erzeugen eines Energieburst von einem entfernt liegenden Sender.
Objekte, welche die gleiche Funktion wie die in 3a gezeigten haben,
weisen dieselben Bezugsziffern auf. Wie oben dargelegt wurde, enthält das Referenzsignal 350 einen
Impuls bei einer Zeitreferenz 200, welche durch Übertragen
eines Sync-Signals 250 der Basisstation eingerichtet wurde.
Der RS-Latch 313 wird durch das Auftreten des Impulses
beim Referenzsignal 350 zurückgesetzt. Das Verzögerungsglied 310 erzeugt
einen Impuls während
eines der Zeitintervalle 201 bis 205, das der
Einrichtung zugeordnet ist. 3b enthält einen
zusätzlichen
Latch. Dieser Latch 330 wird verwendet, um das Auftreten
eines Energieburst vor der Zeit, welche dieser Einrichtung zugeordnet
ist, zu signalisieren. Der Latch 330 wird durch das Referenzsignal 350 eingestellt.
Wird ein Energieimpuls durch den Detektor 302 nachgewiesen,
dann wird der Latch 330 zurückgestellt. Somit wird zu der
Zeit des Impulses 380 die Ausgabe des Latches 330 dann
und nur dann geltend gemacht, wenn keine Energiebursts detektiert
wurden, seit der Latch durch den Referenzimpuls eingestellt worden ist.
Der Zeitintervallimpuls 380, die Ausgabe des Latch 330 und
ein Steuersignal 382 werden in das UND-Gatter 312 eingegeben.
Das UND-Gatter 312 wird den Latch 313 während des
Zeitabschnittes 380 nur einstellen, wenn der Latch 330 eingestellt
ist, was signalisiert, das kein anderer Sender einen Energieburst
vor dem Zeitpunkt 380 gesendet hat, und das Steuersignal 382 wird
geltend gemacht. Die Ausgabe des UND-Gatters 312 wird auch
dem Sender 337 als Signal 385 bereitgestellt.
Beim Empfang eines geltend gemachten Signals 385 wird der
Sender 337 aktiviert, wobei er einen Energieburst sendet.
Der Detektor 302 wird diesen Burst anschließend detektieren,
welcher ein Rücksetzen
des Latch 330 verursachen wird, was das UND-Gatter veranlassen
wird, das Geltendmachen des Signals 385 aufzuheben, wodurch
die Übertragung
des Energieburst beendet wird. Alternativ wird das Geltendmachen
des Signals 385 am Ende des Zeitintervallvorgabeimpulses 380 aufgehoben,
wenn der Empfänger 300 während der Übertragung
ausgeschaltet wird.
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In
diesem Ausführungsbeispiel
wird das Steuersignal 382 immer dann geltend gemacht, wenn
die Einrichtung eine Nachricht zu übertragen hat, und die Übertragung
dieser Nachricht wird nach dem Senden des oben beschriebenen Energieburst ausgeführt. Die
Nachrichten werden in dem Übertragungspufferspeicher 335 in
eine Warteschlange gestellt. Beim Empfang einer Nachricht macht
der Pufferspeicher 335 das Steuersignal 382 geltend.
Dieses Steuersignal 382 bewirkt die Erzeugung eines Energieburst
während
des Zeitabschnitts, der dieser Einrichtung zugewiesen ist, wie oben
beschrieben wurde. Das Aktivieren der Übertragung des Energieburst
legt auch den Latch 313 fest, dessen Ausgabe in das UND-Gatter 314 eingegeben
wird. Das Verzögerungsglied 311 macht
während
des Nachrichtenzeitabschnittes 270 ein Signal 381 geltend.
Ist der Latch 313 während
dieses Zeitabschnittes festgelegt, dann macht das UND-Gatter 314 ein
Aktivierungssignal für
das Gatter 336 geltend, welches die Übertragung der Inhalte des Übertragungspufferspeichers 335 ausführt. Gibt
es keine zusätzlichen
Nachrichten in der Warteschlange, dann hebt der Übertragungspufferspeicher 335 das
Geltendmachen des Steuersignals 382 auf, wodurch die anschließende Übertragung
eines Energieburst unterbunden wird.
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Die
Ausführungsbeispiele
in 3 zeigen den Nutzen von Energiebursts
für den
Empfang und die Übermittlung
von Steuersignalen, welche anschließend den Empfang und die Übermittlung
von Nachrichten steuern. Die gleiche oder ähnliche Logik könnte ebenso
gut eingesetzt werden, um Energiebursts in den geeigneten Zeitintervallen,
die anderen Steuersignalen entsprechen, zu empfangen oder zu übertragen.
Es können
auch die gemeinsamen Elemente der 3a und 3b kombiniert
werden, und die dargestellte Ausführungsform könnte durch ein
Software-Programm oder eine Kombination aus Hardware und Software
realisiert und ausgeführt werden,
wie es für
einen Fachmann ersichtlich sein würde.
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Es
ist zu beachten, dass Übertragung
und Empfang von Energiebursts ohne die Datenabgleichsverfahren ausgeführt werden
können,
die gewöhnlich
für eine
zuverlässige,
fehlerfreie Datenübertragung
verwendet werden. Die automatische Verstärkungsregelung, die Vor- und
Nachbehandlung des Signals, die Fehlerkorrektur und andere Verfahren,
die erforderlich sind, um zuverlässig
zu bestimmen, welcher von zwei oder mehreren Werten während einer
Datenübertragung
empfangen wurde, sind nicht erforderlich, um zu bestimmen, ob zu
einer speziellen Zeit ein Energieburst aufgetreten ist oder nicht.
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Die
vorgelegte Ausführungsform
erforderte bisher eine gesonderte Übertragungs- und Empfangsfrequenz
bezüglich
der Basisstation wie auch die Erzeugung eines synchronisierenden
Musters durch die Basisstation sowie die Synchronisation an den
Mobilstationen bei jeder dieser Frequenzen. 4 zeigt
ein Protokoll, das diesen überflüssigen Vorgang
vermeidet. Wie dargestellt ist, überträgt die Basisstation
bei dem Zeitabschnitt 450 ein synchronisierendes Muster
auf der einen Frequenz, die sowohl für die Übertragung als auch den Empfang
verwendet wird. Dieses synchronisierende Muster begründet eine
Zeitreferenz 400. Der Zeitabschnitt 460 enthält Zeitintervalle 461 bis
einschließlich 465,
welche zu den Mobilstationsadressen 1 bis einschließlich 5
gehören.
Während
des Zeitabschnitts 460 überträgt die Basisstation
einen oder mehrere Energiebursts während des Zeitintervalls, das
zu der (den) vorgesehenen Empfangs-Mobilstation(en) gehört. Der Empfang eines Energieburst
während
des zugeordneten Zeitintervalls versetzt die entsprechende Mobilstation
in Bereitschaft, die nachfolgenden Daten zu empfangen, welche durch
die Basisstation während
des Zeitabschnitts 470 übertragen
werden. Der Zeitabschnitt 480 ist auch in Zeitabschnitte 481 bis
einschließlich 485
unterteilt, die zu den Mobilstationsadressen 1 bis einschließlich 5
gehören.
Wenn eine Mobilstation Daten zu übertragen
hat, dann sendet sie einen Energieburst während ihres zugeordneten Zeitintervalls bezüglich der
Zeitreferenz 400. Wie oben beschrieben wurde, würde das
Protokoll für
die Übertragung an
die Basisstation vorschreiben, dass eine Mobilstation keinen Energieburst überträgt, wenn
sie einen Energieburst in den Zeitintervallen vor ihrem zugeordneten
Zeitintervall detektiert. Die Mobilstation, welche den Energieburst überträgt, würde dann
anschließend
ihre Daten während
des Zeitabschnittes 490 übertragen.
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Die
obigen Ausführungsformen
zeigen die Verwendung von Energieburst-Übertragungen
für Nachrichtenübertragungen
mit vorwiegend einem Empfänger.
Das heißt,
innerhalb der zuvor beschriebenen Zeitrahmen überträgt eine Außenstation Daten an die Basisstation
und – außer für den Falle mehrerer
Empfänger
derselben Nachricht – sendet die
Basisstation an eine Außenstation.
In derartigen Protokollen gibt es einen Energieburst-Zeitabschnitt pro
Nachricht, und in einem Netzwerk mit einem starken Verkehr kann
ein derartiges Protokoll ineffizient sein.
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5 zeigt
eine Ausführungsform
der betreffenden Erfindung, die insbesondere für Netzwerke mit fortwährend starken
Verkehrsmustern gut geeignet ist. In dieser Ausführungsform enthalten die Zeitabschnitte 570 und 590,
welche auf die Energieburst-Zeitabschnitte 560 und 580 folgen,
eine veränderliche
Anzahl von Nachrichtenübertragungs-Zeitabschnitten.
Hat zum Beispiel die Basisstation Nachrichten für drei Außenstationen, dann würden auf
den Energieburst-Zeitabschnitt der Basisstation drei Nachrichtenübertragungs-Zeitabschnitte
folgen. Die Basisstation würde
einen Energieburst zu den Zeitabschnitten geltend machen, die einer
jeden Außenstation
zugeordnet sind, und die Nachrichten in derselben Reihenfolge wie
die geltend gemachten Energiebursts übertragen. 5 zeigt
zum Beispiel, dass die Außenstationen
2, 3 und 5 Nachrichten haben, die von der Basisstation gesendet
werden, wie durch die Energiebursts in den Zeitabschnitten 562, 563 und 565 signalisiert
ist. Die Nachricht der Außenstation
2 wird als erste im Nachrichtenübertragungs-Zeitabschnitt 571 übertragen,
als nächste
die Nachricht der Station 3 im Nachrichtenübertragungs-Zeitabschnitt 572,
gefolgt von der Nachricht der Außenstation 5 im Zeitabschnitt 573.
Jede Außenstation
wird notieren, ob ihr zugeordneter Zeitabschnitt einen Energieburst
enthält
und auch wie viele Energiebursts für andere Außenstationen ihrem Energieburst
vorangegangen sind. In dem gegebenen Beispiel wird die Station 2
notieren, dass sie den ersten Burst empfangen hat, und sie wird
deshalb wissen, dass ihre Nachricht die erste Nachricht aus der Basisstation
sein wird. Auf die gleiche Weise würde die Station 3 notieren,
dass sie den zweiten Burst empfangen hat und dass ihre Nachricht
folglich die zweite Nachricht ist. Die Station 5 würde auf
die gleiche Weise bestimmen, dass ihre Nachricht die dritte Nachricht
ist. Alle Stationen in dieser Ausführungsform werden notieren,
wie viele Nachrichten übertragen
werden, indem sie notieren, wie viele Energiebursts in dem Zeitabschnitt 560 übertragen
werden. Somit werden die Stationen wissen, wann der Zeitabschnitt 580 bezüglich der
Zeitreferenz 500 beginnt. In dieser Ausführungsform
ist es den Außenstationen nicht
verboten, einen Energieburst geltend zu machen, wenn eine andere
Außenstation
auch einen Energieburst geltend gemacht hat. Haben zwei Außenstationen
Nachrichten an die Basisstation zu senden, dann werden auf den Energieburst-Zeitabschnitt der
Außenstation
zwei Nachrichtenübertragungs-Zeitabschnitte
folgen. Jede Außenstation,
die eine Nachricht zu senden hat, macht einen Energieburst während ihres
zugeordneten Zeitschlitzes im Zeitabschnitt 580 geltend.
Jede Außenstation
notiert auch, wie viele andere Außenstationen vor ihr einen Energieburst übertragen
haben. Wenn eine bestimmte Außenstation
als erste Station einen Energieburst übertragen hat, dann sendet
sie ihre Nachricht in dem ersten Nachrichtenschlitz 591 des
Zeitabschnitts 590. Wenn eine andere Außenstation notiert, dass ein
Energieburst ihrem Energieburst vorausgegangen ist, dann sendet
sie ihre Nachricht im zweiten Nachrichtenschlitz 592.
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In 5 ist
dargestellt, dass die Stationen 1 und 3 in den Zeitschlitzen 581 und 583 Energiebursts geltend
gemacht haben. Station 1 überträgt ihre Nachricht
im ersten Nachrichten-Zeitschlitz 591. Station 3 überträgt ihre
Nachricht im zweiten Zeitschlitz 592, da sie notiert hat,
dass ihrem Energieburst 583 ein Energieburst 581 vorangegangen
ist. Die Basisstation kann sofort wieder den Prozess durch Übertragen
der synchronisierenden Sequenz für
den nächsten
Nachrichtensatz beginnen, da sie weiß, dass nur zwei Außenstationen
Nachrichten zu senden hatten. Es ist zu beachten, dass der Energieburst-Zeitabschnitt 580 keine
Energiebursts enthalten wird, wenn es keine Nachrichten von den
Außenstationen
gibt, und die synchronisierende Sequenz 550 unmittelbar
nach dem Energieburst-Zeitabschnitt 580 beginnen kann.
Ebenso kann der Energieburst-Zeitabschnitt 580 unmittelbar
nach dem Energieburst-Zeitabschnitt 560 beginnen, wenn
die Basisstation keine Nachrichten zu senden hat.
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In
diesen Ausführungsformen
ist es offensichtlich, dass das Format des Nachrichtenübertragungsprotokolls
unabhängig
vom Energieburst-Zeitablaufprotokoll ist. Diese Erfindung ist nicht
auf die hier dargestellten Übergabeprotokolle
beschränkt. Für eine zusätzliche
Sicherheit könnte
zum Beispiel in jede Nachricht eine explizite Adressierung einbezogen
werden. Die Verwendung von Energiebursts in diesem Protokoll würde dem
Ziel der Kollisionsvermeidung dienen, indem die Nachrichtenübertragungszeit
im Einklang mit dem Auftreten von Energiebursts zugeordnet wird;
aber zur Bestimmung der Empfänger
würde nicht
ausschließlich
darauf vertraut werden. Auf eine ähnliche Weise könnte das Energieburst-Zeitablaufprotokoll
in einem Netzwerk ohne eine eindeutige Basisstation verwendet werden.
Jede Station könnte
alle übertragenen
Nachrichten abhören
und jene Nachrichten auswählen, welche
ihre zugeordnete Adresse entweder als eine explizite Adresse oder
als eine Adresse enthalten, welche durch das Energieburst-Zeitintervall bestimmt wird.
Das Energieburst-Zeitablaufprotokoll würde erstellt werden, indem
eine Station das Zeitablaufsignal wie in einem verteilten Synchronsations-Netzwerk
zu übermitteln
hat, wobei das synchronisierende Signal durch eine beliebige Station übertragen
wird, welche die Kommunikation einleitet.
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Es
ist offensichtlich, dass die Verwendung des offenbarten Energieburst-Zeitablaufprotokolls nicht
beschränkt
ist auf seine Verwendung als ein "Sendeanfrage"-Signal,
wie es oben dargestellt wurde. Das Energieburst-Zeitablaufprotokoll
könnte
genauso gut verwendet werden, um andere Ereignisse zu signalisieren.
Zum Beispiel könnte
ein Zwischenzeitabschnitt zwischen dem oben erwähnten "Sendeanfrage"-Energieburst-Zeitabschnitt
und dem Nachrichtenübertragungs-Zeitabschnitt
eingefügt
werden. In diesem Zwischenzeitabschnitt könnten die vorgesehenen Empfänger die
Energiebursts nutzen, um ein entsprechendes "Sendebereitschafts"-Signal zu signalisieren.
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Es
ist auch offensichtlich, dass die Verwendung des hier offenbarten
Energieburst-Zeitablaufprotokolls nicht auf Netzwerke und auch nicht
speziell auf drahtlose Netzwerke beschränkt ist. In einem Punkt-zu-Punkt-Kommunikationssystem,
in denen eine Kollision nicht möglich
ist, können
Energiebursts ausschließlich
für Bestätigungen
verwendet werden. In einem drahtgebundenen Netzwerk könnten Energieburst-Zeitabschnitte verwendet
werden, um Signaldrähte
auszuschalten, indem eine oder mehrere Burst-Zeitabschnitte zum
Nachrichtenübertragungsdraht
hinzugefügt
werden.
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Obwohl
die ursprüngliche
Anwendung des Energieburst-Zeitprotokolls gemäß dieser Erfindung die Einbit-Informationen,
wie z.B. Ja/Nein-Signale, betrifft, können genauso gut Mehrbit-Informationen untergebracht
werden. Das Protokoll kann ein Prioritätssignal anfordern, wobei der
Sender jeder Nachricht eine Priorität, zum Beispiel von 1 bis 3,
zuordnet. In dem Energieburst-Zeitabschnitt könnten pro Außenstation
zwei Zeitabschnitte zugeordnet und zwei Bits könnten wie folgt übertragen
werden: 00 für
keine Nachricht, 01 für
eine Nachricht der Priorität
1, 10 für
eine Nachricht der Priorität
2, 11 für
eine Nachricht der Priorität
3.