DE69834557T2

DE69834557T2 - Verfahren zur mehrfach-konkurrenzauflösung in einer fortlaufend einstellbaren weise

Info

Publication number: DE69834557T2
Application number: DE69834557T
Authority: DE
Inventors: Chatschik Mt. Kisco BISDIKIAN
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1997-10-28
Filing date: 1998-10-27
Publication date: 2007-05-16
Anticipated expiration: 2018-10-28
Also published as: CN1117452C; KR100339172B1; EP0976225B1; WO1999022495A3; CN1242897A; KR20000069607A; JP2000508156A; WO1999022495A9; JP3342499B2; WO1999022495A2; EP0976225A2; DE69834557D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Computersystem mit Mehrfachzugriff zur Übertragung von digitalen Daten, in welchem eine Anzahl von Stationen über ein gemeinsames Frequenzspektrum miteinander kommunizieren, indem sie eine Sequenz von Übertragungszeitintervallen gemeinsam nutzen.
BESCHREIBUNG DES STANDES DER TECHNIK
Da die digitale Datenübertragung immer mehr Eingang in den Geschäftsalltag und das Privatleben findet und der Bedarf an Dienstleistungen zur Datenübertragung von Bildern und Grafiken wie beispielsweise der Fernzugriff auf Firmenrechner, Telekommunikation, Internetzugriff und -suche, interaktives Fernstudium und interaktive Unterhaltung, interaktive Videodienste usw, zunimmt, bemühen sich Dienstleister und Netzbetreiber, diesen Bedarf zu befriedigen.
Die meisten Festnetzkunden sind beim Zugriff auf Datendienste auf den Telefonmodems in Sprachqualität angewiesen. Gegenwärtig arbeiten die schnellsten Modems mit Übertragungsgeschwindigkeiten bis maximal 56 kBit/s, sind jedoch in Wirklichkeit wesentlich langsamer. Zur Zeit können Modems nur schmalbandige textorientierte Dienste wie eMail-Übertragung unterstützen, hingegen keine Anwendungen, bei denen höhere Geschwindigkeiten erforderlich sind. Diese neuen Anwendungen können durch gegenwärtige Telefonmodems mit Sprachqualität, wenn überhaupt, nur in geringem Umfang unterstützt werden.
Um die für neue breitbandige Datendienste erforderlichen hohen Übertragungsgeschwindigkeiten zu unterstützen, wurde eine neue Klasse von Datenübertragungsverfahren eingeführt. Diese höhere Übertragungsgeschwindigkeit kann mehr als 1 MBit/s betragen. Telefon-, Kabelfernseh-(Cable TV, CaTV), Funk- und Mobiltelefondienstleister und sogar Stromversorger suchen und entwickeln, teils einander ergänzend und teils konkurrierend, alternative Datenübertragungsverfahren und Netzwerklösungen als Angebote für ihre Kunden, damit diese leichteren Zugang zu den neuen Dienstleistungen erlangen; die größere Bandbreiten erfordern.
Das Breitbanddatennetz des Kabelfernsehens ermöglicht eine Zweiwegübertragung zwischen den Computersystemen der Kunden und der Kabelfernsehzentrale (Head-End, H/E). Von dort aus läuft die Zweiwegeübertragung weiter bis zum restlichen digitalen Datennetz, mit dem die CaTV-Zentrale verbunden ist. Die Computersysteme der Teilnehmer sind mit der Kabelfernsehzentrale über einen so genannten Kabelmodem verbunden, der in das Computersystem des Teilnehmers integriert oder getrennt bereitgestellt sein kann. Der Kabelmodem ist über dasselbe Fernsehkabel mit dem Kabelfernsehanbieter verbunden, das zum normalen analogen Fernsehempfang verwendet wird.
1 zeigt die typische Topologie eines für Zweiwegübertragung geeigneten Kabelfernsehsystems. Es besteht aus der Kabelfernsehzentrale 101 und den Teilnehmern 104. Die Netzwerktopologie hat eine verzweigte Baumstruktur, die für die Einwegübertragung von Fernsehsendungen optimal ist. Die Zentrale 101 befindet sich am Stamm und die Teilnehmer 104 an den Blättern des Baums. Zur Qualitätssicherung, zur Verringerung des Wartungsaufwands usw. werden auf der Strecke zwischen der Zentrale 101 und den Teilnehmern 104 zum größten Teil Lichtwellenleitern (LWL) 106 eingesetzt. Eine Reihe von LWL-Knoten 102 sorgt für die Umwandlung von Lichtsignalen in elektromagnetische Signale und umgekehrt, damit diese über die Koaxialkabel des Netzwerks 107 übertragen werden. Diese zwei Medien verwendenden Kabelfernsehanlagen werden als Lichtwellenleiter-/Koaxial-Hybridanlagen (Hybrid Fiber/Coaxial, HFC) bezeichnet.
Jeder LWL-Knoten 102 stellt den Stamm eines Teilbaumes dar, der sich zu den Teilnehmern in der logischen Nachbarschaft 105 erstreckt. Eine Nachbarschaft 105 deckt einige hundert Teilnehmer 104 ab. Über die Koaxialkabel, die zu Hause beim Teilnehmer ankommen, werden Signale im Frequenzbereich von 5 MHz bis etwa 750 MHz, in neueren Anlagen bis etwa 1 GHz, übertragen.
Die Datenübertragungen von Kabelmodems zur Zentrale 101 nehmen üblicherweise Frequenzbänder im Bereich von 5 MHz bis 42 MHz in Anspruch und werden für gewöhnlich als Aufwärtsübertragungen bezeichnet. Jedes dieser Frequenzbänder wird auch als Aufwärts- oder Rückkanal bezeichnet. Datenübertragungen von der Zentrale 101 an die Kabelmodems nehmen üblicherweise Frequenzbänder im Bereich von mehr als 450 MHz in Anspruch und werden für gewöhnlich als Abwärtsübertragungen bezeichnet. Jedes dieser Frequenzbänder wird auch als Abwärtskanal bezeichnet.
Während der Kabelmodem eingeschaltet ist, weist die Zentrale 101 jedem Kabelmodem 104 einen bestimmten Aufwärtskanal zu, über den er seine sämtlichen Nachrichten zu übertragen versucht, und einen bestimmten Abwärtskanal zum Empfangen aller Datenübertragungen von der Zentrale 101. Die Nachrichtenübertragungen in beiden Richtungen werden so lange fortgesetzt, bis die Zentrale 101 eine andere Entscheidung fällt. Zur Erleichterung der Systemverwaltung wird denjenigen Kabelmodems 104, denen derselbe Aufwärtskanal zugewiesen wurde, auch derselbe Abwärtskanal zugewiesen.
Um eine gute Signalqualität und eine ausreichende Signalstärke zu gewährleisten, werden in den Pfad von der Kabelfernsehzentrale 101 zu den Teilnehmern 104 bidirektionale Verstärker 103 geschaltet. Diese Verstärker sind insofern bidirektional, als sie in zwei verschiedenen Frequenzbereichen arbeiten, einem für die Aufwärtskanäle und einem für die Abwärtskanäle.
Während Übertragungen von der Zentrale 101 zu Stationen, d.h. Kabelmodems, über den Abwärtskanal nur durch die Zentrale 101 gesteuert werden und somit geordnet und konfliktfrei verlaufen, stellt die Koordinierung der Übertragungen von mehreren Stationen zur Zentrale über den Aufwärtskanal eine größere Herausforderung darstellt.
Unidirektionale Abzweige bei jedem Teilnehmer verhindern, dass Aufwärtsübertragungen von anderen Teilnehmern abgehört werden können. Dadurch werden einerseits die Sicherheit und Vertraulichkeit des Systems geschützt, während andererseits sichergestellt wird, dass Stationen nicht direkt miteinander kommunizieren können, sondern dies nur über die H/E-Station mit Hilfe eines geeigneten MAC-Protokolls (Medium Access Control, Medienzugriffssteuerung) tun können, das z.B. eine Konfliktauflösungskomponente umfasst.
Da verschiedene Stationen ihre Aufwärtsübertragungen während der Konfliktauflösung untereinander nicht abhören können, können sie andere Übertragungen erst dann empfangen, wenn sie selbst eine Nachricht senden oder gesendet haben. Somit können die Stationen ihre Übertragungen nur unter ausdrücklicher Zuhilfenahme der Zentrale koordinieren.
Zum Kommunizieren mit der Zentrale muss ein Kabelmodem vorab festgelegte Regeln einhalten, die als Protokollfolge bezeichnet werden. Diese Regeln legen fest, wie der Kabelmodem

a. die digitalen Daten als sinnvolle Informationsnachrichten formatieren kann,
b. diese Nachrichten in der Kabelanlage überträgt,
c. gemeinsam mit den Modems der anderen Teilnehmer die Datenübertragungsressourcen, d.h. das Kabel, nutzt.

Eine Protokollfolge umfasst Protokollschichten wie:

1. die Transportschicht, welche beschreibt, wie Informationen von oder zu einem Teilnehmer in Form von Datennachrichten übertragen werden,
2. die Vermittlungsschicht, welche beschreibt, wie sich Nachrichten durch ein Kommunikationsnetz bewegen und weitergeleitet werden,
3. die MAC-Schicht (Medienzugriffsschicht), welche beschreibt, wie Nachrichten die gemeinsamen Datenübertragungsressourcen mitnutzen,
4. die Bitübertragungsschicht, welche beschreibt, wie eine Nachricht zur Übertragung im Datenübertragungsmedium vorbereitet wird, usw.

Die Netztopologie und die Architektur eines Kabelfernsehsystems lassen nicht zu, dass Kabelmodems die Übertragungen von anderen Teilnehmern abhören. Somit kann es passieren, dass sich zwei oder mehr von verschiedenen Kabelmodems übertragene Nachrichten zeitlich und frequenzmäßig überschneiden und die in diesen Nachrichten enthaltenen Informationen gegenseitig beschädigen. Eine Nachrichtenübertragung, die durch andere Nachrichtenübertragungen nicht beschädigt wird, lässt sich erreichen, indem Folgendes in das MAC-Protokoll einbezogen wird:

a. einen Konflikt-/Kollisionsauflösungsalgorithmus, der mit den Kabelmodems vereinbart und von ihnen durchweg ausgeführt und möglicherweise durch die Zentrale unterstützt wird, um die Nachrichtenkonflikte aufzulösen; oder
b. die Möglichkeit, dass die Zentrale explizit oder implizit Sendeaufrufe an Stationen senden kann; oder
c. eine Kombination von a) und b).

Da Datenstationen normalerweise während des größten Teils der Zeit nicht beschäftigt sind, weil sie keine Nachrichten zu senden haben, kann das Abrufen von Nachrichtenübertragungen von den Stationen zur unnützen Auslastung der Datenübertragungsressourcen führen, während aktive Stationen lange warten müssen, bis sie senden können. Die geringe Leistungsfähigkeit eines Abrufsystems wird insbesondere bei schwachem Verkehrsaufkommen noch durch die Verzögerungen infolge des großen Umlaufbereichs und der Nachrichtenverarbeitung in einem CaTV-System sowie die große Anzahl der angeschlossenen Teilnehmer verschlechtert. Die Nutzung des Kabelfernsehsystems lässt sich verbessern, wenn die Stationen nach Belieben senden dürfen und zur Vermeidung möglicher Nachrichtenkonflikte ein Konfliktauflösungsalgorithmus verwendet wird.
Sendeabrufverfahren sind am besten bei starkem Datenverkehr geeignet, wenn die meisten Stationen etwas zu senden haben, während bei schwächerem Datenverkehr Konfliktauflösungsverfahren mit freiem Zugriff am günstigsten sind. Somit stellen Hybridlösungen für CaTV- und andere Netze das Optimum dar. In diesen Netzen kann eine Station frei auf die Zentrale zugreifen und ihren Verkehrsbedarf anmelden, sodass die Zentrale daraufhin konfliktfrei nur die aktiven Stationen abruft, indem sie explizit nur bestimmten aktiven Stationen Zeitintervalle zuweist. Zu Konflikten führende Nachrichtenübertragungen werden als konfliktbehaftet und Nachrichtenübertragungen gänzlich ohne Konflikte als konfliktfrei bezeichnet. Somit können in einem mit einem MAC-Hybridprotokoll arbeitenden Netz abwechselnd konfliktbehaftete und konfliktfreie Betriebszustände ermittelt werden, während denen konfliktbehaftete und konfliktfreie Nachrichtenübertragungen vorkommen.
Ein guter Konfliktauflösungsalgorithmus bewirkt eine wirksame Ausnutzung der Netzressourcen und eine schnelle Auflösung möglicher Konflikte zwischen gleichzeitig gesendeten Nachrichten. Beschreibungen von Konfliktauflösungsalgorithmen für Computersysteme mit Mehrfachzugriff sind zu finden in:

D. J. Aldous, „Ultimate instability of exponential back-Oberfläche protocol for acknowledgment-based transmission control of random access communication channels", IEEE Trans. On Information Theory, Bd. 33, Nr. 2, S. 219 bis 223, 1987;
D. Bertsekas und D. Gallager, Data Networks, 2. Aufl., Prentice Hall, 1992;
C. Bisdikian, „A review of random access algorithm", Int'l Workshop on Mobile Communications, S. 123 bis 127, Thessaloniki, Griechenland, September 1996;
L. Georgiadis und P. Papantoni-Kazakos, „A collision resolution protocol for random access channels with energy detectors", IEEE Trans. on Communications, Bd. 30, Nr. I 1, S. 2413 bis 2420, November 1982;
B. S. Tsybakov, „Survey of USSR Contributions to Random Multi-Access Communications", IEEE Trans. on Information Theory, Bd. 31, Nr. 2, S. 143 bis 165, März 1985;
P. Mathys und P. Flajolet, „Q-ary collision resolution algorithms in random-access systems with free or blocked channel access", IEEE Trans. on Information Theory, Bd, 31, Nr. 2, März 1985;
L. Merakos und C. Bisdikian, „Delay analysis of the n-ary stack algorithm for a random access broadcast channel", IEEE Trans. on Inform. Theory, Bd. 34, Nr. 5, September 1988;
L. Georgiadis und P. Papantoni-Kazakos, „Limited Feedback Sensing Algorithms for the Packet Broadcast Channel", IEEE Trans. on Information Theory, Bd. 31, Nr. 2, S. 280 bis 294, März 1985; und
W. Xu und G. Campbell, „A Distributed Queuing Random Access Protocol for a Broadcast Channel", Computer Communication Review, Bd. 23, Nr. 4, S. 270 bis 278, Oktober 1993.

Die Konfliktauflösung kann durch die in den obigen Literaturstellen angegebenen Algorithmen erreicht werden, indem ausreichend Sendewiederholungszeit zur Verfügung gestellt wird und die Stationen das Senden ihrer kollidierten Nachrichten zu späteren Zeitpunkten so lange wiederholen können, bis diese Nachrichten erfolgreich übertragen wurden. Die Algorithmen unterscheiden sich dadurch, wie die Sendewiederholungszeit gewählt wird. Wenn eine Station eine Nachricht nicht übertragen konnte, die von einem Konflikt betroffen war, wird in Bezug auf diese Nachricht als „Konfliktstation" bezeichnet. Desgleichen beschreibt der Begriff „Kollisionsstationen" solche Stationen, die mit anderen Stationen kollidierende Nachrichten senden.
Gemäß einem Konfliktauflösungsalgorithmus in seiner einfachsten Form erfährt eine Konfliktstation, dass ihre letzte Nachrichtenübertragung von einem Konflikt betroffen war, wählt nach dem Zufallsprinzip ein Wartezeitintervall aus und wartet bis zum Ablauf dieses Zeitintervalls, bevor sie diese Nachricht erneut sendet. Dabei geht man von der Erwartung aus, dass keine andere Konfliktstation ein ähnliches Wartezeitintervall auswählt. Der Nachteil dieses einfachen Algorithmus besteht darin, dass zwei Stationen, obwohl sie nicht zum selben Zeitpunkt mit dem Senden beginnen können, trotzdem kollidieren können, sofern eine Station mit dem Senden beginnt, während die andere Station noch sendet.
Um die Brauchbarkeit des Algorithmus zu erhöhen, hören die Stationen deshalb zuerst den Datenverkehr ab und warten dann auf eine Sendepause, bevor sie mit dem Senden beginnen. In einer CaTV-Umgebung ist jedoch wie oben erwähnt das Abhören der Übertragungen anderer Stationen nicht möglich. Deshalb wird die Konfliktwahrscheinlichkeit verringert und damit die Konfliktauflösung verbessert, indem die Sendezeitachse in nichtüberlappende Intervalle eingeteilt wird, deren Größe für die Übertragung einer Nachricht durch eine Station ausreicht. Stationen dürfen nur innerhalb der Grenzen dieser Sendeintervalle senden, sodass sich Nachrichten nicht mehr teilweise überlappen können. Entweder überlappen sie sich ganz oder überhaupt nicht.
In der Literatur sind grundsätzlich zwei Klassen von Konfliktauflösungsalgorithmen bekannt. Bei der ersten Klasse, die üblicherweise als Algorithmenklasse ALOHA bezeichnet wird, führen alle Konfliktstationen nach der Kollision eine Konfliktauflösung in Bezug auf alle aktiven Stationen durch. Diese Algorithmenklasse führt zu leichter auszuführenden Algorithmen, die jedoch für Instabilitäten bekannt sind, insbesondere, wenn die Anzahl der Stationen zunimmt. Geht man von einer theoretisch unbegrenzten Anzahl von Stationen aus, nimmt die Anzahl der auf eine erfolgreiche Übertragung ihrer Nachricht wartenden Stationen unabhängig vom Verkehrsaufkommen unbegrenzt zu. Zur Stabilisierung eines Algorithmus innerhalb dieser Klasse werden leistungsfähigere Verfahren zur Übertragungssteuerung benötigt.
Die zweite Klasse von Konfliktauflösungsalgorithmen wird üblicherweise als Baum- oder Stapelalgorithmen bezeichnet, da der Konfliktauflösungsprozess grafisch durch einen Baum oder einen Stapel dargestellt werden kann. Bei dieser Algorithmenklasse führen Konfliktstationen die Konfliktauflösung nur in Bezug auf Stationen durch, mit denen sie kollidiert sind, während alle diese Stationen während desselben Sendeintervalls gesendet haben. Die Konfliktauflösungsalgorithmen in dieser Klasse führen allgemein zu relativ komplexeren, von Natur aus jedoch stabileren Algorithmen und weisen im Wesentlichen bessere Leistungs- und Verzögerungseigenschaften auf als die Algorithmen der ersten Klasse. Dadurch eignen sich diese Algorithmen besonders gut für Datendienste wie Echtzeitanwendungen und/oder Datendateiübertragungen mit hohem Datendurchsatz, bei denen eine kurze Latenzzeit erforderlich ist.
In der oben angeführten frei verfügbaren Literatur sind mehrere Baum- und Stapelalgorithmen vorschlagen worden. Diese Algorithmen befassen sich mit der Auflösung eines Konflikts, der während eines einzelnen Sendeintervalls aufgetreten ist. Üblicherweise wird bei einem Baumalgorithmus die Gruppe der Konfliktstationen nach einer Kollision in eine feste Anzahl von n Untergruppen aufgeteilt, wobei dann nacheinander in jeder Untergruppe die Konfliktauflösung durchgeführt wird. L. Georgiadis und P. Papantoni-Kazakos schlagen in „A collision resolution protocol for random access channels with energy detectors", IEEE Trans. on Communications, Bd. 30, Nr. I 1, S. 2413 bis 2420, November 1982, einen Baumsuchalgorithmus vor, bei welchem die während eines einzelnen Sendeintervalls kollidierten Stationen im folgenden Sendeintervalls erneut senden, wobei eine Sendewiederholungswahrscheinlichkeit zugrunde gelegt wird, die von der Anzahl der während des ersten Sendeintervalls kollidierten Stationen abhängt.
W. Xu und G. Campbell schlagen in „A Distributed Queuing Random Access Protocol for a Broadcast Channel", Computer Communication Review, Bd. 23, Nr. 4, 5. 270 bis 278, Oktober 1993, einen Baumsuchalgorithmus zur Auflösung von Kollisionen auf, die während einer festen Anzahl von m = 2, 3, ... aufeinander folgenden Sendeintervallen auftreten, wobei der Aufteilungsparameter n fest vorgegeben und gleich m ist. Im letzteren Falle wird versucht, die durch den Umlauf in einem Kabelfernsehnetz bedingten langen Verzögerungen zu nutzen, durch die während eines Umlaufs mehr als eine Übertragung ermöglicht wird. Dabei ist zu beachten, dass eine Station nach dem Senden einer Nachricht in einem Kabelfernsehnetz vor der nächsten Übertragung mindestens diese Umlaufzeit abwarten muss, um das Ergebnis der ersten Übertragung zu erfahren.
MAC-Hybridlösungen, die konfliktbehaftete und konfliktfreie Übertragungen gemeinsam bearbeiten, werden wegen ihrer guten Leistungseigenschaften bei jeglichem Verkehrsaufkommen bevorzugt. In den US-Patentschriften 4 736 371, 5 012 469 und 5 303 234 werden MAC-Hybridprotokolle unter Verwendung von Konfliktauflösungsprotokollen vom ALOHA-Typ beschrieben, die in einem starren, zeitlich strukturierten System arbeiten, das aus aufeinander folgenden Zeitintervallen fest vorgegebener Größe besteht, die zu Zeitrahmen fest vorgegebener Größe zusammengefasst sind. In den US-Patentschriften 4 745 599 und 4 774 707 werden MAC-Systeme beschrieben, die ebenfalls Konfliktauflösungsprotokolle vom ALOHA-Typ verwenden. In diesen Systemen können konfliktbehaftete Übertragungen jedoch insofern asynchron abgewickelt werden, als Übertragungen während asynchroner Betriebszustände von verschiedenen Stationen an zufällig gewählten Zeitpunkten beginnen. Zwar wird dadurch die Arbeitsweise einer Station vereinfacht, jedoch geschieht dies auf Kosten einer schlechteren Netznutzung, weil durch teilweise sich überlappende Nachrichtenübertragungen Bandbreite verloren geht.
In Bezug auf MAC-Hybridprotokolle, die Konfliktauflösungsprotokolle mit Baumstruktur verwenden, schlagen die US-Patentschriften 5 390 181 und 5 590 131 MAC-Hybridprotokolle mit einer starren Zeitstruktur vor, die aus einem sich wiederholenden Muster einer festen Anzahl von N aufeinander folgenden Übertragungszeitintervallen mit fest vorgegebener Größe für konfliktbehaftete Übertragungen und einem einzigen nachfolgenden Übertragungszeitintervall mit fest vorgegebener Größe für konfliktfreie Übertragungen besteht. Die letztere Patentschrift 5 590 131 basiert auf der ersteren 5 390 181 und auf der zugehörigen Literaturstelle von W. Xu und G. Campbell, „A Distributed Queuing Random Access Protocol for a Broadcast Channel", Computer Communication Review, Bd. 23, Nr. 4, S. 270 bis 278, Oktober 1993, wo zusätzliche algorithmische Regeln eingeführt werden, um gegenüber der ersteren Patentschrift die Anzahl N zu verringern, die zum Erzielen einer bestimmten Leistungsfähigkeit erforderlich ist. Die vernachlässigbar geringe Leistungssteigerung wiegt jedoch nicht die höhere Komplexität durch die zusätzlichen algorithmischen Regeln auf.
Bisdikan et al. schlagen in dem Artikel „MS start: A random access algorithm for the IEEE 802.14 HFC Network", Computer communications, Bd. 19, Nr. 11, September 1996, S. 876 bis 887, XP000635574 ein Verfahren zur Kommunikation in einem Datenübertragungssystem mit Mehrfachzugriff vor, welches eine Vielzahl von Stationen und einen Datenübertragungskanal umfasst und bei welchem die Stationen durch Nachrichtenübertragungen über den Datenübertragungskanal miteinander kommunizieren, indem sie die Nachrichten in fest vorgegebene Blöcke aufteilen.
Sehr von Nutzen wäre ein Verfahren zur weiteren Steigerung der Leistungsfähigkeit des MAC-Protokolls und zur Erhöhung der Flexibilität des Systembedieners, damit dieser Zeitintervalle für konfliktbehaftete und für konfliktfreie Übertragungen dynamisch zuweisen kann.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Kommunikation in einem Datenübertragungs-Computersystem mit Mehrfachzugriff bereitgestellt, das eine Vielzahl von Stationen und einen ersten Datenübertragungskanal umfasst, und bei welchem die Stationen mittels Nachrichtenübertragungen über den ersten Datenübertragungskanal miteinander kommunizieren, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Erzeugen einer Vielzahl nichtüberlappender Übertragungszeitintervalle; Zusammenfassen der Zeitintervalle zu einer Vielzahl von Gruppen, wobei die Anzahl der Zeitintervalle und die Zeitabstände zwischen diesen innerhalb jeder Gruppe variieren; Bilden einer Vielzahl von Gruppensequenzen, wobei der Zeitabstand zwischen dem Ende einer der Gruppen in einer der Sequenzen und dem Anfang der nächsten der Gruppen in derselben Sequenz so groß ist, dass jede der sendenden Stationen in der einen Gruppe Statusinformationen Nachrichtenübertragung erhält, bevor die nächste Gruppe beginnt; und Senden der Nachrichtenübertragung von den Stationen während des Zeitintervalls über den ersten Datenübertragungskanal.
Deshalb passt sich das MAC-Protokoll der Erfindung kontinuierlich an Änderungen des Verkehrsaufkommens an, indem es zum Erreichen einer optimalen Leistungsfähigkeit Bandbreite zwischen der konfliktbehafteten und der konfliktfreien Phase dynamisch hin- und herschiebt. Diese Flexibilität wird durch einen geringen Komplexitätsgrad in den Stationen und durch Unterstützung seitens der CaTV-Zentrale bei der Konfliktauflösung erreicht, wobei die Komplexität des erfindungsgemäßen MAC-Protokolls zwischen den Überwachungsstationen und den miteinander kommunizierenden Geräten ausgewogen wird. Die Stationen selbst und die Überwachungsstationen können an verschiedene Datenübertragungsmedien angeschlossen werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft Kommunikationssystem wie beispielsweise ein HFC-CaTV-Datenübertragungssystem, das Konfliktauflösungsalgorithmen der MAC-Hybridprotokolle für die Baumsuch- oder Stapelalgorithmen zweiter Klasse verwendet, um Übertragungskonflikte von Nachrichten aufzulösen. Desgleichen kann die Erfindung jedoch auch auf Kommunikationssysteme angewendet werden, die andere Arten von Netzen nutzen, zum Beispiel drahtlose digitale Funknetze, verdrahtete Datennetze, lokale Infrarotnetze, Datennetze mit Lichtwellenleitern, satellitengestützte Datennetze oder paketgestützte Mobilfunknetze.
Die Stationen sind Datenübertragungscomputer, die mittels Nachrichtenübertragungen über einen ersten Datenübertragungskanal miteinander kommunizieren, der verschiedene miteinander verbundene Datenübertragungsmedien umfassen kann. Eine Überwachungsstation kann die Übertragung dieser Nachrichten in diesem gesamten Medium koordinieren und zur Übertragung von Informationsnachrichten an die Datenübertragungscomputer einen zweiten Datenübertragungskanal nutzen.
Die Nachrichteninhalte einiger der Übertragungen über den ersten Datenübertragungskanal können beschädigt werden, wenn die von verschiedenen Stationen gesendeten Nachrichten kollidieren. Zum Auflösen der Konflikte von Nachrichtenübertragungen werden nichtüberlappende Übertragungszeitintervalle (Transmission Time Interval, TTI) unterschiedlicher Länge und unterschiedlichen Abstands voneinander erzeugt. Es werden Gruppensequenzen gebildet, wobei verschiedene Gruppen anhand einer eindeutigen Sequenz-ID voneinander unterschieden werden können. Stationen, die während eines bestimmten TTI einer Gruppe einer Sequenz senden, erfahren den Status ihrer Nachrichtenübertragungen, bevor sie mit der Übertragung derselben Gruppe derselben Sequenz beginnen. Stationen, die innerhalb der Übertragungsintervalle einer ersten Gruppe kollidieren, führen eine Konfliktauflösung in der Gruppensequenz durch, zu welcher die erste Gruppe gehört. Diejenigen Stationen, bei denen eine Vielzahl von Nachrichten auf die Übertragung warten, können nach einer Auswahlregel beliebig eine dieser Nachrichten auswählen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsart wird die Übertragung von Nachrichten nach einem Satz von Regeln abgewickelt. Regeln für die erste Nachrichtenübertragung koordinieren eine erste Nachrichtenübertragung durch eine neu hinzugekommene Station. Die Anzahl der neu hinzugekommenen Stationen, die senden dürfen, wird ferner gemäß einer Zulassungsregel geregelt. Die Zulassungsregel gestattet nur einem bestimmten Prozentsatz der neu hinzugekommenen Stationen, während Zeitintervallen, die den neu hinzugekommenen Stationen zugeordnet sind, und während der Zeitintervalle zu senden, die den Gruppen der neu hinzugekommenen Stationen zugeordnet sind. Der Überwachungsstation kommt die Aufgabe zu, den Stationen Teile der ersten Übertragungsregeln mitzuteilen, die diesen noch nicht bekannt sind. Weitere Übertragungsregeln regeln eine nachfolgende Übertragung von kollidierten Nachrichten zu einem zukünftigen Zeitpunkt. Die Überwachungsstation ist auch dafür zuständig, den Stationen Teile derjenigen Regeln mitzuteilen, die diesen noch nicht bekannt sind. Sobald eine Kollision eintritt, wird ihr eine eindeutige Konflikt-ID zugewiesen. Nachrichten mit einer höheren Priorität werden Konflikt-IDs zugewiesen, die größer sind als die Konflikt-IDs von kolliderten Nachrichten mit niedrigerer Priorität, wenn die Konflikt-IDs in ansteigender Reihenfolge zugewiesen werden. (Alternativ können die Konflikt-IDs auch in abfallender Reihenfolge zugewiesen werden, sodass kollidierten Nachrichten mit höherer Priorität kleinere Konflikt-IDs zugewiesen werden als kollidierten Nachrichten mit niedrigerer Priorität.) Bei einer bevorzugten Ausführungsart führen die Stationen die Nachrichtenübertragung und die Auflösung möglicher Konflikte gemäß den folgenden Schritten durch:

a. Wählen eines Wertes k für eine Variable COUNT, wobei k ein Ergebnis einer Funktion random{0, 1, ..., Mf-1} ist, welche die statistisch gleichmäßige Auswahl von Inhalten innerhalb der geschweiften Klammern bezeichnet, Mf eine ganze Zahl ist, welche die Anzahl der Zeitintervalle in einer ersten Gruppe der neu hinzugekommenen Station bezeichnet, und die Zeitintervalle die Indizes 0, 1, ..., Mf-1 tragen;
b. Senden während des Zeitintervalls mit der Nummer COUNT der Gruppe;
c. Benachrichtigen aller Stationen über das Ergebnis der Übertragung mittels Rückmeldenachrichten von der Überwachungsstation nach der Nachrichtenübertragung in der Gruppe
d. Beenden weiterer Übertragungsversuche der Nachrichtenübertragung, wenn die Rückmeldenachrichten besagen, dass die Nachrichtenübertragung während des Zeitintervalls mit der Nummer COUNT der Gruppe konfliktfrei war;
e. für Stationen, die während des Zeitintervalls mit der Nummer COUNT der Gruppe gesendet haben, Wählen des Wertes COUNT<-n·col(COUNT) + random{0, 1, ..., n-1} als Variable COUNT, wobei col(COUNT) eine Anzahl der während der Zeitintervalle mit den Nummern 0, 1, ..., COUNT-1 der Gruppe eingetretenen Konflikte und ein Parameter n eine ganzzahlige Variable gleich oder größer als 2 ist, deren genauer Wert allen Stationen vor dem Wählen der Variablen COUNT bekannt und für alle Stationen gleich ist, wenn die Rückmeldenachrichten besagen, dass die Nachrichtenübertragung während des Zeitintervalls mit der Nummer COUNT der Gruppe kollidiert ist.
f. für Stationen, die während keines der Zeitintervalle gesendet haben, für welche die Rückmeldenachrichten empfangen wurden, Wählen des Wertes COUNT <- n·col{Mb} + COUNT-Mb als Variable COUNT, wobei der Parameter n denselben Wert wie in Schritt (f) hat und allen Stationen vor dem Wählen der Variablen COUNT bekannt ist, Mb die Anzahl der Zeitintervalle in der Gruppe ist und col{Mb} gleich der Anzahl der während aller Zeitintervalle der Gruppe erfolgten Konflikte ist, nach dem Empfang der Rückmeldenachrichten;
g. Senden während eines Zeitintervalls COUNT einer nachfolgenden Gruppe der Sequenz, wenn die Variable COUNT kleiner als Mc ist, und Einstellen des Sendens während des Zeitintervalls mit der Nummer COUNT der nachfolgenden Gruppe, wenn die Variable COUNT gleich oder größer als Mc ist, wobei Mc gleich der Anzahl der Übertragungszeitintervalle in der nachfolgenden Gruppe der Sequenz ist; und
h. Wählen des Wertes Mb = Mc und Fortsetzen der iterativen Konfliktauflösung ab Schritt (c), bis die Nachrichtenübertragungen erfolgreich sind.

Die Parameter Mf, Mb, Mc und n werden ermittelt, und die an der Konfliktauflösung beteiligten Stationen werden durch die Überwachungsstation mittels Zuweisungsnachrichten für die Sendewiederholung benachrichtigt. Bei einer bevorzugten Ausführungsart ist der Parameter n eine bekannte konstante ganze Zahl gleich oder größer als 2.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Darstellung der typischen Topografie eines Zweiwege-Kabelfernsehsystems.
2 ist eine lineare Darstellung von Gruppen aufeinander folgender konfliktbehafteter Übertragungszeitintervalle, die über die Zeitachse der Aufwärtsübertragung verteilt sind.
3 ist eine lineare Darstellung von Gruppensequenzen mit variierenden aufeinander folgenden konfliktbehafteten Übertragungszeitintervallen, die über die Zeitachse der Aufwärtsübertragung verteilt sind.
4 ist ein Flussdiagramm eines Algorithmus, der eine beschleunigte und geordnete Nachrichtenübertragung einer Ausführungsart der vorliegenden Erfindung gewährleistet.
5 ist eine lineare Darstellung einer einzelnen Gruppensequenz mit aufeinander folgenden Zeitschlitzen mit gleicher Länge.
6 ist ein Schaubild, das den Aufbau einer Zuweisungsnachricht für die Übertragung(swiederholung) zeigt.
7 ist ein Schaubild, das eine Rückmeldenachricht zeigt.
8 ist ein Flussdiagramm eines Algorithmus, der eine beschleunigte und geordnete Nachrichtenübertragung einer anderen Ausführungsart der vorliegenden Erfindung gewährleistet.
9 ist eine Sequenz linearer Schaubilder zur Darstellung von Zyklen auf der Zeitachse in Aufwärtsrichtung, die ein Beispiel des Konfliktauflösungsprozesses darstellen.
10 ist ein Diagramm, das die Ergebnisse des Leistungsvergleichs für ein System, das nach dem bei einer Ausführungsart der vorliegenden Erfindung beschriebenen Algorithmus msSTART bzw. nach dem idealen ALOHA-Konfliktauflösungsprotokoll arbeitet.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Obwohl die vorliegende Erfindung in Hinblick auf derzeit eingeführte neue Datenübertragungsnetze beschrieben wird, die in Kabelfernsehanlagen Verwendung finden, eignet sich die vorliegende Erfindung ebenso für andere Datenübertragungsnetze, darunter – ohne darauf beschränkt zu sein – drahtlose Netze, Mobilfunknetze, paketvermittelte Funknetze, IR-Datenübertragungssysteme, lokale Festnetze usw. Das System der vorliegenden Erfindung kann auch in Hybridnetzen eingesetzt werden, in denen die für jede der beiden Richtungen der Zweiwegekommunikation verwendeten Datenübertragungsmedien verschieden sein können.
Erste bevorzugte Ausführungsart
Bei der bevorzugten Ausführungsart wird die vorliegende Erfindung in Datenübertragungsnetzen eingesetzt, die mit Zweiwege-Kabelfernsehsystemen arbeiten und bei denen die Zentrale bei der Konfliktauflösung behilflich ist. Die Gesamtheit der Stationen in einer Kabelfernsehanlage kann in Stationsgruppen aufgeteilt werden, von denen jede auf einem bestimmten Aufwärtskanal sendet. Normalerweise wird allen diesen Stationen auch derselbe Abwärtskanal zugewiesen, aber das Schwergewicht der Betrachtung liegt darauf, wie eine dieser Stationsgruppen den Aufwärtskanal mitnutzt. Es wird davon ausgegangen, dass die Station jedes Mal mit dem Senden einer bestimmten Nachricht beschäftigt ist, jedoch ist klar, dass eine Station zu jedem Zeitpunkt mehrere Nachrichten senden und somit gleichzeitig an mehreren Konfliktauflösungen teilnehmen kann. Aus diesem Grund besteht auch keine Notwendigkeit, eine Konfliktauflösung für eine bestimmte Nachricht vorzusehen. Die Station kann zum Beispiel an drei Konfliktauflösungen beteiligt sein, da sie drei Nachrichten senden will. Immer wenn die Station an der Reihe ist, während einer dieser parallelen Konfliktauflösungen zu senden, kann sie sich für das Senden einer dieser drei Nachrichten entscheiden. Um einer Station die Möglichkeit zur Mehrfachkonfliktlösung zu geben, verläuft jeder Konfliktauflösungsprozess in jeder Station unabhängig von anderen so, als würde er von einer anderen Station ausgeführt, unter der Voraussetzung, dass die Station nie versucht, zwei ihrer eigenen Nachrichten gleichzeitig zu senden.
Stationen, die nichts zu senden haben, werden als inaktive Stationen und die anderen als aktive Stationen bezeichnet. Stationen, die vor ihrer ersten Übertragung aktiv werden, werden als neu hinzugekommene Stationen bezeichnet. Neu hinzugekommene Stationen warten, bis sie von der Zentrale eine Sequenz von Zeitintervallen mitgeteilt bekommen, während derer sie erstmalig senden können. Die Zentrale liefert diese Information im Rahmen von speziellen Steuernachrichten, die als Aufforderungsnachrichten und Zuweisungsnachrichten für Übertragung(swiederholung) bezeichnet werden. Nach der Übertragung der Information über die Sequenz der Zeitintervalle von der Zentrale warten die neu hinzugekommenen Stationen auf das Erscheinen der angegebenen Zeitintervalle. wenn der passende Zeitpunkt da ist, wählen die neu hinzugekommenen Stationen entweder nach dem Zufallsprinzip oder entsprechend eventuellen weiteren Anweisungen seitens der Zentrale eines dieser angegebenen Zeitintervalle aus und senden.
Nach dieser Übertragung warten die Stationen darauf, dass die Zentrale ihnen das Ergebnis ihrer Übertragung mitteilt. Das Ergebnis kann lauten: erfolgreich, Konflikt oder inaktiv, d.h., keine Stationen wurden zum Senden während eines bestimmten Übertragungszeitintervalls ausgewählt, usw.
Wenn die Übertragung erfolgreich war, können Stationen das Netz verlassen und inaktiv werden oder erneut hinzukommen, wenn sie über eine neue zu sendende Nachricht verfügen. Konfliktstationen werden über die Kollision benachrichtigt und empfangen von der Zentrale eine eindeutige Kollisions-ID (CID).
Bei der ersten bevorzugten Ausführungsart der Erfindung werden Stationen, deren Konflikt ein bestimmter CID-Wert zugewiesen wurde, aktiviert, um während bestimmter Übertragungsintervalle zu senden. Dabei aktiviert jeder CID-Wert in einer Zuweisungsnachricht für Übertragung(swiederholung) Übertragungs(wiederholungen) aus einer Stationsuntergruppe, deren wartende kollidierte Nachrichten durch CIDs gekennzeichnet sind, die gemäß einer a priori definierten Regel in einer Beziehung zur CID stehen. Diese Regel kann zeitlich statisch oder dynamisch sein und wird den Stationen bekannt gegeben, bevor sie sie anwenden müssen. Beispiele für solche Prioritätsregeln sind:
die Kollisions-ID CID_St einer Station sollte die gleiche wie die CID in der Zuweisungsnachricht für Übertragung(swiederholung) (Beschreibung in der folgenden Ausführungsart) sein;
die Kollisions-ID CID_St einer Station sollte der Bedingung CID_St ≥ CID genügen; und
eine andere vom Systementwickler festgelegte Regel.
Konfliktstationen speichern die ihrer Kollision zugewiesene CID und warten, bis die Zentrale Stationen mit einer bestimmten CID die Sendewiederholung erlaubt. Wenn der passende Zeitpunkt da ist, sendet die Zentrale eine Nachricht, in welcher sie angibt, welche Stationen mit einer bestimmten CID während eines bestimmten Übertragungsintervalls erneut senden dürfen, z.B. kann sie die Regel angeben, mit welcher Wahrscheinlichkeit eine Station senden wird. Anschließend an diese Übertragung wird der Prozess so lange wiederholt, bis die Konflikte aufgelöst sind und alle Stationen ihre kollidierten Nachrichten erfolgreich übertragen haben.
Da es sich bei den oben erörterten Algorithmen um Baumsuchalgorithmen handelt, sollte eine bestimmte CID so lange nicht erneut verwendet, d.h. neu zugewiesen werden, bevor alle Stationen, deren letzte Übertragung zu einer Kollision geführt hat, der diese CID zugewiesen wurde, die Sendung mindestens einmal wiederholt haben. Dadurch steuert die Zentrale, welche Gruppe von Konfliktstationen jeweils während bestimmter Zeitintervalle die Übertragung wiederholen kann, was zur sehr wirksamen, flexiblen und leistungsfähigen Konfliktauflösung führt.
Es wird davon ausgegangen, dass alle Stationen im Netz über eine gemeinsame Zeitorientierung verfügen und wissen, wann ein Übertragungszeitintervall beginnt und wie lange es dauert, da Übertragungen während bestimmter Zeitintervalle abgewickelt werden. Während der Initialisierung und während der gesamten Aktivität des Datenübertragungssystems werden alle Stationen durch eine Überwachungsstation so angeleitet, dass sie die Zeitintervalle in gleicher Weise interpretieren.
Bei einem Kabelfernsehnetz spielt die Zentrale die Rolle der Überwachungsstation, die den gemeinsamen Zeitstandard für das gesamte Netz vorgibt. Speziell für das Übertragungsintervall x mit dem Anfangszeitpunkt t_b und dem Endzeitpunkt t_e bedeutet dies, dass Übertragungen während des Zeitintervalls x zwischen den Zeitpunkten t_b und t_e in der Zentrale ankommen.
Interne Taktgeber in den Stationen können zeitlich auf die Übertragungsverzögerung zwischen den Stationen und der Zentralstation eingestellt sein, sodass jede Übertragung von jeder Station, die zu Beginn des Intervalls x beginnt, in der Zentrale ankommt, wenn deren Taktgeber den Zeitpunkt t_b anzeigt.
Stationen können entweder im Konfliktbetrieb senden, wobei sie mit Störungen durch konfliktbehaftete Übertragungen von anderen Stationen rechnen müssen, oder den konfliktfreien Betrieb bevorzugen, der als reservierte Übertragung bezeichnet wird. Zur Zeit wird besonders die Übertragung konfliktbehafteter Nachrichten während speziell hierfür vorgesehener Zeitintervalle bevorzugt. Diese Zeitintervalle haben normalerweise eine fest vorgegebene Länge und werden als Zeitschlitze bezeichnet. 2 zeigt Gruppen 201 von aufeinander folgenden konfliktbehafteten Übertragungszeitintervallen 202, die sich über die Aufwärtszeitachse 203 verteilen, entlang welcher die Aufwärtsübertragung der Nachrichten erfolgt. Einzelne Übertragungszeitintervalle 202 können gleich oder unterschiedlich lang sein. Damit das System richtig funktioniert, müssen diese unregelmäßig verteilten Übertragungszeitintervalle 202 und/oder Gruppen von Übertragungszeitintervallen 201 aufgeteilt und so zu Gruppensequenzen der Übertragungszeitintervalle 202 zusammengefasst werden, dass jede Konfliktauflösung für Konflikte, die in einer Gruppe einer Gruppensequenz von Übertragungszeitintervallen vorgekommen sind, in den Übertragungszeitintervallen derselben Gruppensequenz von Übertragungszeitintervallen fortgesetzt wird. Die Größe einer Gruppe 201 von aufeinander folgenden konfliktbehafteten Übertragungszeitintervallen ist gleich der Anzahl der aufeinander folgenden Übertragungszeitintervalle in der Gruppe.
3 zeigt die zu Gruppen der Übertragungszeitintervalle 305 bis 308 zusammengefassten Übertragungszeitintervalle 202. Außerdem sind die Gruppen noch zu zwei Gruppensequenzen von Übertragungszeitintervallen A 301, B 302 zusammengefasst. Gleichzeitig werden zwei voneinander unabhängige Konfliktauflösungsprozesse ausgeführt. Ein Prozess wird nur während der Übertragungszeitintervalle der Sequenz A 301 und der andere nur während der Übertragungszeitintervalle der Sequenz B 302 ausgeführt. Es gibt keinerlei Einschränkungen zur Vermischung von Zeitintervallen aus verschiedenen Gruppensequenzen von Übertragungszeitintervallen.
Das Beispiel in 3 zeigt, dass jede Gruppe, d.h. ein Glied einer Gruppensequenz 301, 302, eine Anordnung von einer oder mehreren Gruppen aufeinander folgender Übertragungszeitintervalle umfasst. Die Gruppe 305 der Sequenz A 301 zum Beispiel besteht aus sieben Übertragungszeitintervallen 302, die zu drei Gruppen aufeinander folgender Übertragungszeitintervalle der Größe 4, 2 und 1 zusammengefasst sind, während die nächste Gruppe 307 der Sequenz A 301 aus sechs Übertragungszeitintervallen 202 besteht, die zu einer Gruppe aufeinander folgender Zeitintervalle der Größe 6 zusammengefasst sind.
Ein Zyklus in einer Sequenz ist gleich der Zeit, die vom Beginn des ersten Übertragungszeitintervalls einer Gruppe bis zum Beginn des ersten Übertragungszeitintervalls der nächsten Gruppe derselben Sequenz vergeht. Alternativ kann der Zyklus gleich der Zeit sein, die vom Ende einer Gruppe bis zum Ende der nächsten Gruppe vergeht. Vorzugsweise läuft der bei der vorliegenden Erfindung verwendete Algorithmus zur Konfliktauflösung iterativ ab, wobei jede Iteration mit einem Zyklus der entsprechenden Sequenz zusammenfällt, für welche der Algorithmus die Konfliktauflösung vornimmt.
Die Dauer eines Zyklus kann von Zyklus zu Zyklus variieren, jedoch muss aufgrund physikalischer und anderer Parameter ein zeitlicher Mindestabstand zwischen den Gruppen einer Sequenz eingehalten werden (siehe 3). Der zeitliche Mindestabstand kann zum Beispiel abhängen von

a. der maximalen Umlaufverzögerung,
b. der Verarbeitungsverzögerung in der Zentrale zum Analysieren der Übertragungsergebnisse innerhalb einer Gruppe von Übertragungszeitintervallen,
c. der Zeit zum Senden der Rückmeldenachricht bezüglich der Ergebnisse dieser Übertragungen;
d. der Zeit zum Senden der Zuweisungsnachrichten für Übertragung(swiederholung), welche die Zeitintervalle der nächsten Gruppe von Übertragungszeitintervallen angeben; und
e. andere Verarbeitungszeiten in der Zentrale und in der Station, usw.

Eine Station, die ihre konfliktbehafteten Übertragungen und Sendewiederholungen in einer Sequenz durchführt, führt für jede einzelne Nachricht, die sie während dieser Sequenz übertragen will, mindestens eine Übertragung für jede Gruppe dieser Sequenz, d.h. für jeden Zyklus, durch. Ungeachtet dessen braucht die Station keine Kenntnis von Sequenzen und Gruppen zu haben. Die Zentralstation beobachtet dies und fordert die Station zum Senden auf, wenn der Zeitpunkt gekommen ist. Die Gruppen einer Sequenz stellen für den kurz dargestellten iterativen Algorithmus zur Konfliktauflösung Schlüsselelemente dar. Die Übertragungen in einer Gruppe von Übertragungszeitintervallen werden gemeinsam analysiert, und ihre Ergebnisse sind dafür ausschlaggebend, welche Stationen während der nächsten oder darauf folgender Gruppen dieser Sequenz die Übertragung wiederholen werden.
Die Konfliktauflösungen innerhalb jeder Sequenz erfolgen unabhängig voneinander, und im Folgenden wird der Verlauf einer einzelnen Konfliktauflösung innerhalb einer Gruppensequenz von Übertragungszeitintervallen betrachtet. Im Extremfall können für jede Sequenz völlig verschiedene Algorithmen zur Konfliktauflösung verwendet werden.
Bei der ersten bevorzugten Ausführungsart der Erfindung führen die Datenübertragungseinrichtungen, z.B. Stationen, den folgenden fünfstufigen Prozess durch, um ihre konfliktbehafteten Nachrichten zu übertragen:

a. eine Station befindet sich im inaktiven Zustand;
b. die Station wird aktiv und somit zur neu hinzugekommenen Station und wartet auf die Genehmigung für ihre erste Übertragung;
c. nach der Übertragung wartet die Station auf die, Rückmeldenachricht bezüglich ihrer Übertragung;
d. wenn eine Kollision eingetreten ist, wartet die Station auf die Genehmigung für eine Sendewiederholung;
e. der Prozess wird ab Schritt c) so lange wiederholt, bis die Station ihre Nachricht erfolgreich übertragen hat.

4(a) zeigt eine Reihe von algorithmischen Schritten, die während jedes Schrittes aufgeführt werden, um eine beschleunigte und geordnete Übertragung zu gewährleisten. Nach dem Initialisierungsschritt 401 in einer inaktiven Station wird in Schritt 402 eine Schleife so lange durchlaufen, bis ermittelt wird, dass eine Nachricht auf die Übertragung wartet (Konfliktmodus). Wenn eine solche Nachricht erzeugt wird, wird in Schritt 403 eine Kopie dieses algorithmischen Prozesses erzeugt, um die Übertragung dieser Nachricht abzuwickeln. In Schritt 404 kehrt der Ursprungsprozess wieder zum Anfang zurück, um die Station auf die Übertragung einer weiteren Nachricht (im Konfliktmodus) vorzubereiten. Der Kopierprozess wird in Schritt 405 fortgesetzt.
Die Station mit der neuen zu übertragenden Nachricht ist eine neu hinzugekommene Station und wartet auf den Empfang einer Aufforderungsnachricht zum Senden von der Zentrale 406. Diese Aufforderungsnachricht kann die folgenden Datenfelder enthalten:

I. Zulassungseigenschaft (Admission Property, AP): Nur neu hinzukommende Stationen, welche diese Bedingung „Eigenschaft" erfüllen, sollen die folgende Information erhalten. Der Eigenschaft kann die Übertragungspriorität des Verkehrsaufkommens einer neu hinzu gekommenen Station, d.h. hoch, niedrig usw., oder die Kennung einer bestimmten Gruppe von Stationen usw. zugeordnet sein. Wenn die Einschränkung „Zulassungseigenschaft" nicht erwünscht ist, kann dieses Feld entfallen.
II. Übertragungsintervall (Transmission Interval, TI): Das Zeitintervall, welches die neu hinzugekommenen synchron für die erste Übertragung nutzen können.
III. Zulassungsbeschränkung (Admission Constraint, AC): Von allen neu hinzugekommenen Stationen, welche die Bedingung „Zulassungseigenschaft" erfüllen, können nur diejenigen während des Zeitintervalls senden, die auch die Bedingung AC erfüllen. Die AC kann ein Zeitintervall sein, während dessen nur solche Stationen senden dürfen, die während einer bestimmten Zeitspanne Datenverkehr erzeugt haben, oder einen Teil der neu hinzugekommenen Stationen darstellen, z.B. 30 %, die senden dürfen, sodass eine neu hinzugekommene Station in diesem Fall nach dem Zufallsprinzip ermitteln muss, ob sie senden darf oder nicht. Wenn die Einschränkung AC nicht erwünscht ist, kann dieses Feld entfallen.

Die von der Zentrale gesendete Aufforderungsnachricht kann mehrere Tripletts von Informationsfeldern (AP:TI:AC) enthalten, je eines für jedes Übertragungszeitintervall. Alternativ können mehrere TI-Felder zu Feldern „Übertragungsintervall starten" und „Übertragungsintervall beenden" verknüpft werden, wenn die Felder AP und AC für eine Anzahl von TIs gleich sind. Auch andere Verknüpfungen dieser Tripletts sind möglich. Die Zentrale kann eine Aufforderungsnachricht allein oder zusammen mit anderen Nachrichten senden, die weitere Informationen enthalten. Die durch die Tripletts aus den Informationsfeldern (AP:TI:AC) erzeugte Funktionalität kann ja nach Einzelfall mit mehr oder weniger als drei Feldern erreicht werden.
Nach dem Empfang der Aufforderungsnachricht wird in Schritt 407 das Triplett der Zulassungsinformationen (AP:TI:AC) gelesen. Wenn die Station die Bedingungen AP und AC 408 erfüllt, wartet sie in Schritt 411 mit dem Senden seiner Nachricht bis zum Eintreffen des Zeitintervalls TI. Wenn die Station die Bedingungen AP und AC für das betreffende Zeitintervall TI nicht erfüllt, wird in Schritt 409 ermittelt, ob die Aufforderungsnachricht noch weitere Informationstripletts (AP:TI:AC) enthält. Wenn es noch weitere Tripletts gibt, wird in Schritt 410 das nächste Triplett gelesen, und der Prozess kehrt zurück zu Schritt 407. Wenn es jedoch keine Informationstripletts (AP:TI:AC) mehr gibt, geht der Prozess zurück zu Schritt 406, wo die Station auf die nächste Aufforderungsnachricht wartet.
Nach der Übertragung durch eine neu hinzugekommene Station in Schritt 411 oder nach der Sendewiederholung durch eine zuvor kollidierte Station mit dem Ergebnis von Schritt 417 (4(b)) wartet die Station in Schritt 412 auf die Mitteilung des Ergebnisses der Übertragung. Die durch die Zentrale gesendete Aufforderungsnachricht zum Senden, die auch als Rückmeldenachricht bezeichnet wird, kann die folgenden Informationsfelder enthalten:

I. TI: Die folgende Information betrifft Übertragungen, die während dieses Zeitintervalls erfolgt sind.
II. Übertragungsstatus (Transmission Status, TS): Information darüber, ob die Übertragung zu einer Kollision geführt hat.
III. CID: Wenn die Übertragung zu einer Kollision geführt hat, wird dieser Kollision eine CID zugewiesen.

Eine Rückmeldenachricht kann mehrere Tripletts von Informationsfeldern (TI:TS:CID) enthalten, von denen jedes dem Ergebnis von Übertragungen im jeweiligen Zeitintervall entspricht. Ebenso wie die Aufforderungsnachrichten kann die Zentrale eine Rückmeldenachricht entweder allein oder zusammen mit anderen Nachrichten senden, die zusätzliche Informationen enthalten. Da die CID eigentlich nur dann wirklich benötigt wird, wenn es eine Kollision gab, können die Felder CID und TS zu einem Feld verknüpft werden. In diesem einen Feld kann ein spezieller Wert der CID anzeigen, dass es keine Kollision gab, während andere Werte der CID sowohl das Vorliegen einer Kollision als auch die ihnen zugewiesene CID anzeigen können.
Die Zentrale kann möglicherweise auch ausdrücklich eine erfolgreiche Übertragung bestätigen, entweder mittels eines reservierten CID-Wertes und/oder durch direkte Antwort an die sendende Station, sofern die übertragene Nachricht die Adresse der sendenden Station enthielt. Das ist jedoch nicht immer erforderlich, da eine erfolgreiche Übertragung grundsätzlich bedeutet, dass während eines Übertragungsintervalls nur eine Station gesendet hat. Wenn also dieses Intervall als konfliktfrei eingeschätzt wurde, kann die sendende Station daraus schließen, dass die gesendete Nachricht erfolgreich durch die Zentrale empfangen wurde. Im Anschluss an ihre erfolgreiche Übertragung schließt die Station ihren laufenden Konfliktauflösungsprozess ab und bereitet sich auf zukünftige Übertragungen vor.
In der Praxis nimmt die CID Werte zwischen einem Minimalwert CID_min und einem Maximalwert CID_max an, wobei CID_max größer als oder gleich CID_min ist. Der Bereich dieser CID-Werte kann von der maximalen Anzahl von Stationen, die an das Datenübertragungsnetz angeschlossen werden können, oder von Größenbeschränkungen des CID-Feldes abhängen oder kann aus anderen Gründen beliebig gewählt werden. Wenn die Zentrale über keine nichtzugewiesenen CIDs mehr verfügt, kann sie bereits zugewiesene CIDs mehrfach verwenden und die entsprechenden Konflikte zusammen mit den Kollisionen verarbeiten, welche die CID ursprünglich erhalten hatten. Wenn CID_min = CID_max ist, erübrigt sich die Verwendung von CIDs.
Auch hier kann die durch diese Tripletts von Informationsfeldern (TI:TS:CID) bewirkte Funktionalität je nach Einzelfall durch mehr oder weniger als drei Felder erzeugt werden.
Nach dem Empfang der Rückmeldenachricht ermittelt die Station in Schritt 413, ob das Feld TS, das seiner Übertragung während des Zeitintervalls TI entspricht, eine Kollision anzeigt. Wenn keine Kollision angezeigt wird, ist die Nachricht erfolgreich übertragen worden (Schritt 414), und die Kopie des Konfliktauflösungsprozesses wird in Schritt 415 beendet. Wenn eine Kollision stattgefunden hat, liest die Station in Schritt 418 von 4(b) das entsprechende CID-Feld aus der Rückmeldenachricht und weist diese CID seiner Kollision zu.
Nach einer Kollision warten Stationen, die kollidiert sind und denen eine bestimmte CID zugewiesen wurde, so lange, bis die Zentrale ihnen in Schritt 419 mittels einer Zuweisungsnachricht für Übertragung(swiederholung) mitteilt, wann sie die Sendung wiederholen können. Die von der Zentrale gesendete Zuweisungsnachricht für Übertragung(swiederholung) wird in Schritt 420 gelesen und kann die folgenden Informationsfelder enthalten:

I. CID: Die folgenden Informationsfelder treffen nur auf Stationen zu, deren letzte Übertragung zu einer Kollision geführt hat, welcher wiederum diese CID zugewiesen wurde.
II. TI: Das Übertragungsintervall, während dessen Stationen einen erneuten Sendeversuch unternehmen können, deren letzte Übertragung zu einer Kollision geführt hat, welcher wiederum diese CID zugewiesen wurde.
III. TR: Die Übertragungsregel zum Ermitteln derjenigen Stationen, deren letzte Übertragung zu einer Kollision geführt hat, welcher wiederum diese CID zugewiesen wurde, einen erneuten Sendeversuch unternehmen können. Die TR kann einfach ein Prozentsatz der kollidierten Stationen oder eine Zeitspanne sein, wobei nur Stationen erneut senden dürfen, deren Übertragungen während dieser Zeitspanne zur Kollision geführt haben.

Die Zuweisungsnachricht für Übertragung(swiederholung) kann mehrere Paare von Informationsfeldern (TI:TR) enthalten, je eines für jedes durch diese Zuweisungsnachricht für Übertragung(swiederholung) definierte Übertragungsintervall, und ferner für eine bestimmte CID mehrere Gruppen von CID-Feldern und zugehörigen Informationsfelder (TI:TR). Die Zentrale kann eine Zuweisungsnachricht für Übertragung(swiederholung) allein oder zusammen mit anderen Nachrichten senden, die zusätzliche Informationen enthalten.
Um zu garantieren, dass alle kollidierten Stationen, deren letzter Kollision ein bestimmter CID-Wert zugewiesen wurde, einen erneuten Sendeversuch unternehmen, stellt die Zentrale für jede CID zwei oder mehr Übertragungszeitintervalle zur Verfügung, indem die zugehörigen TR-Felder alle kollidierten Stationen mit dieser CID erfassen. Zum Beispiel kann die Zentrale jeder CID drei Übertragungszeitintervalle zuweisen und die Stationen mit dieser CID auffordern, eines dieser Übertragungszeitintervalle mit einer Wahrscheinlichkeit von 1/3 auszuwählen.
Wenn die TR (Transmission Rule, Übertragungsregel) fest vorgegeben und bekannt ist und sich im Laufe der Zeit nicht ändert, z.B. wenn immer eine feste Anzahl von Übertragungszeitintervallen für Übertragungswiederholungen zugewiesen wird und jede Konfliktstation eine davon mit derselben Wahrscheinlichkeit auswählen kann, braucht die TR nicht ausdrücklich durch die Zentrale gesendet zu werden. In diesem Fall können die zugewiesenen TIs (Übertragungszeitintervalle) einfach in Form von „Übertragungszeitintervall starten" und „Übertragungszeitintervall beenden" gesendet werden. Auch andere, gleichwertige Verknüpfungen der Informationsfelder CID und (TI:TR) können verwendet werden, ohne vom Geltungsbereich der Erfindung abzuweichen. Die durch diese Tripletts von Informationsfeldern (CID:TI:TR) erzeugte Funktionalität kann je nach Einzelfall mit mehr oder weniger als drei Feldern erreicht werden.
Nachdem das Triplett (CID:TI:TR) in Schritt 420 von 4(b) aus der Zuweisungsnachricht für Übertragung(swiederholung) gelesen wurde, wird in Schritt 421 ermittelt, ob die Bedingungen CID und TR für dieses Zeitintervall TI erfüllt sind. Wenn die Bedingungen CID und TR für das betreffende Zeitintervall TI nicht erfüllt sind, wird in Schritt 422 ermittelt, ob die Zuweisungsnachricht für Übertragung(swiederholung) weitere Informationstripletts (CID:TI:TR) oder weitere Paare (TI:TR) enthält, die einer bestimmten CID zugewiesen wurden. Wenn es noch weitere Informationsfelder gibt, werden diese nächsten Informationsfelder in Schritt 423 gelesen, und die Station kehrt zu Schritt 420 zurück. Wenn keine weiteren Informationstripletts (CID:TI:TR) oder -paare (TI:TR) mehr übrig sind, kehrt die Station zurück zu Schritt 419, um auf die nächste Zuweisungsnachricht für Übertragung(swiederholung) zu warten.
Wenn die Bedingungen CID und TR für ein bestimmtes Zeitintervall TI erfüllt sind, wird der gesamte Konfliktauflösungsprozess nach Schritt 417 wiederholt, indem die Station zu Schritt 411 zurückkehrt.
Zweite bevorzugte Ausführungsart
Auf der Grundlage der speziellen Auslegung der erörterten Informationsfelder kann eine sehr große Familie von dynamisch veränderlichen Konfliktauflösungsprozessen vom Baumtyp mit vielen Zeitschlitzen erstellt werden. Im Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsart eines speziellen Konfliktauflösungsprotokolls beschrieben. Die zur Erörterung der Ausführungsart verwendeten Parameter dienen nur zur Veranschaulichung, und es können andere Parameterkombinationen verwendet werden, ohne vom Geltungsbereich dieser Ausführungsart oder der oben dargestellten ersten bevorzugten Ausführungsart abzuweichen.
Die Funktionsweise des Systems wird unter normalen Betriebsbedingungen dargestellt, unter der Voraussetzung, dass während der Übertragung von Nachrichten keine anderen Fehler auftreten als die im Ergebnis von Kollisionen und dass keiner der oben dargestellten Schritte ausgelassen wird. Wenn Fehler auftreten, können unter anderem folgende einfache Fehlerkorrekturverfahren eingesetzt werden: eine Station kehrt wieder in den inaktiven Zustand zurück, wenn sie zum Beispiel nach einer Kollision keine CID empfangen hat oder wenn eine Wartezeit abgelaufen ist, während der die Zentrale kollidierte Stationen mit einer der Kollision zugewiesenen CID nicht aufgefordert hat, einen erneuten Sendeversuch zu unternehmen.
Unter bestimmten Bedingungen kann sich die Station entscheiden, einen anderen CID-Wert als den der Kollision zugewiesenen zu verwenden und die Konfliktauflösung mit diesem CID-Wert fortzusetzen. Eine solche Situation ist nur dann zulässig, wenn die CIDs nach einer bekannten Regel zugewiesen werden und die Station einen CID-Wert auswählt, der ihr während der Konfliktauflösung keinen ungerechtfertigten Vorteil verschafft.
Für die vorliegende Ausführungsart wird davon ausgegangen, dass alle oben erwähnten Übertragungszeitintervalle Zeiteinheiten von gleicher Länge sind und als Zeitschlitze bezeichnet werden. Die Zeitschlitze erhalten die ganzen Zahlen 0, 1, 2, 3, ..., als Index und die Zeitschlitze in jeder Gruppe einer Gruppensequenz von Zeitschlitzen als aufeinander folgend angenommen, d.h., Gruppen in jeder Sequenz enthalten genau eine Gruppe aufeinander folgender Zeitschlitze. 5 zeigt eine einzelne Gruppensequenz 201 mit aufeinander folgenden Zeitschlitzen 501 mit konstanter Länge. Jede Gruppe umfasst eine einzige Gruppe aufeinander folgender Zeitschlitze. Außerdem ist auch ein Zyklus 502 der Sequenz dargestellt.
Da es aus physikalischen Gründen nicht möglich ist, ununterbrochen weiterzuzählen, wird davon ausgegangen, dass es eine hinreichend große Zahl M gibt, nach welcher die Zeit wieder von vorn beginnend gezählt wird, d.h., die Zeit wird gemäß ...M-3, M-2, M-1, 0, 1, 2, ... gezählt.
Im Rahmen des vorliegenden Beispiels wird die Zeit durch ein Feld mit 32 Binärstellen/Bits beschrieben, d.h., M ist gleich 2³² = 4 294 967 296. Darüber hinaus können innerhalb der Zuweisungsnachrichten für Übertragung(swiederholung) Aufforderungsnachrichten gesendet werden. Innerhalb einer Zuweisungsnachricht für Übertragung(swiederholung) werden Mittel zum Erkennen des Teils der Nachricht bereitgestellt, welcher die Aufforderungsinformation und die Übertragungswiederholungs-/CID-Informationen enthält. Die Zuweisungsnachricht für Übertragung(swiederholung) umfasst Bitfelder, welche die folgenden Informationen liefern:

I. Zulassungseigenschaft: Der im System erzeugte Datenverkehr wird in 8 Prioritätsstufen gegliedert, deren Prioritätsindex von 1, 2, ... bis 8 ansteigt. Wenn die zentrale eine neu hinzukommende Station im System zulassen will, gibt sie in einem 8-Bit-Feld „Zulassungseigenschaft" an, die Nachrichten mit welcher Prioritätsstufe für welche Zeitschlitze zugelassen sind. Beispielsweise wird eine Nachricht mit der Priorität x, mit x von 1 bis einschließlich 8, während derjenigen Zeitschlitze übertragen, die der äußersten rechten „1" im Feld „Zulassungseigenschaft" entsprechen, deren Position nicht rechts von der Position x des Feldes steht, wenn die Bitpositionen 1, 2, ..., 8 von links nach rechts gezählt werden. Wenn das 8-Bit-Feld „Zulassungseigenschaft" zum Beispiel 11010000 ist, ist den Stationen klar, dass es für neu hinzukommende Stationen in der vorliegenden Zuweisungsnachricht für Übertragung(swiederholung) drei Gruppen von Zeitschlitzen gibt. Genau gesagt, die erste Gruppe von Zeitschlitzen ist allein den neu hinzukommenden Stationen mit der niedrigsten Priorität 1 vorbehalten, während die zweite Gruppe zur Prioritätsstufe 2 und 3 und die dritte Gruppe zur Prioritätsstufe 4 und höher gehört. Wegen der „0" an der dritten Position gibt es für neu hinzugekommene Stationen mit der Prioritätsstufe 3 keine eigene Gruppe von Zeitschlitzen, sondern diese werden mit dem Datenverkehr der neu hinzugekommenen Stationen mit der Prioritätsstufe 2 zusammengefasst. Dasselbe gilt für neu hinzugekommene Stationen mit den Prioritätsstufen 4 und höher.
II. Information der Aufforderungsnachricht: Wenn das 8-Bit-Feld „Zulassungseigenschaft" gleich null ist, d.h. gleich 00000000, enthält diese Zuweisungsnachricht für Übertragung(swiederholung) keine Informationen von Aufforderungsnachrichten für neu hinzukommende Stationen.
III. Übertragungsintervall: Eine 8-Bit-Zahl zur Darstellung der Anzahl aufeinander folgender Zeitschlitze, die von der jeweiligen Gruppe neu hinzugekommener Stationen verwendet werden sollen. Es wird vorausgesetzt, dass neu hinzukommende Stationen für ihre erste Übertragung einen dieser Zeitschlitze nach dem Zufallsprinzip auswählen. Natürlich muss die absolute Zeit des ersten Übertragungsintervall angegeben werden, damit die Station in der Lage ist, die absolute Zeit aller nachfolgenden Zeitintervalle innerhalb derselben Gruppe zu ermitteln.
IV. Zulassungsbeschränkung: Darstellung einer definierten Zeitgrenze, wobei nur neu hinzugekommene Stationen mit einem zugelassenen Datenverkehr mit bestimmter Priorität bis zu dieser Zeitgrenze senden dürfen. Alternativ gibt die Zentrale einen Prozentsatz vor, sodass die Stationen nach dem Zufallsprinzip auswählen müssen, ob sie für ihre erste Übertragung zugelassen sind.
V. CID: Das 8-Bit-Feld CID veranlasst Stationen, deren letzte Übertragung zu einer Kollision geführt hat, der wiederum dieser CID-Wert zugewiesen wurde, sich auf die Sendewiederholung während eines durch die Zuweisungsnachricht für Übertragung(swiederholung) definierten Zeitschlitzes vorzubereiten. Jeder CID-Wert wird nach einer Übertragung durch die Zentrale mittels einer Rückmeldenachricht zugewiesen. Es wird davon ausgegangen, dass die CIDs Werte im Bereich 1, 2, 3, ..., annehmen; der Wert CID = 0 bleibt zur Bezeichnung eines konfliktfreien Zeitschlitzes vorbehalten. Ein CID-Wert wird erst dann wiederverwendet, wenn alle Stationen, deren letzte Übertragung zu einer Kollision geführt hat und deren Kollision diese CID zugewiesen wurde, mindestens einen erneuten Sendeversuch unternommen haben.

Ein 8-Bit-Feld CID kann eine Kollision von mehr als 2²⁵⁵, also ungefähr 5,7·10⁷⁸, Nachrichten unterscheiden, bevor keine CID-Werte mehr zur Verfügung stehen. Für jedes CID-Feld, das eine Kollision bezeichnet, werden auch die folgenden beiden Felder bereitgestellt:

i. Übertragungsintervall TI(CID): Eine 4-Bit-Zahl, welche die Anzahl der Zeitschlitze darstellt, die von den Stationen zur Sendewiederholung genutzt werden können, deren letzte Übertragung zu einer Kollision geführt hat, der diese CID zugewiesen wurde; und
ii. Übertragungsregel TR(CID): Eine 4-Bit-Zahl, welche den Teilungsparameter darstellt. Im Grunde wählt jede Station, deren letzte Übertragung zu einer Kollision geführt hat, der diese CID zugewiesen wurde, eine Zahl k zwischen 1 und TR(CID) aus. Wenn k größer als TI(CID) ist, wartet die Station so lange, bis die Zentrale das nächste Ma für diese CID neue Zeitschlitze zur Sendewiederholung festlegt. Wenn k kleiner als oder gleich TR(CID) ist, sendet die Station während des k-ten Zeitschlitzes dieser Zeitschlitze TI(CID).

Eine ausführliche Beschreibung der bei dieser beispielhaften Ausführungsart erörterten Felder der Zuweisungsnachricht für Übertragung(swiederholung) ist in 6 dargestellt, die eine reale Formatierung der Zuweisungsnachricht für Übertragung(swiederholung) zeigt. Angenommen, eine einzelne Zuweisungsnachricht für Übertragung(swiederholung) definiert alle konfliktbehafteten Zeitschlitze 501 (5) in einer einzelnen Gruppe von Zeitschlitzen 201 (5). Die Zuweisungsnachricht für Übertragung(swiederholung) weist die folgenden Felder auf:

Feld 601, Msg_ID (ein Oktett, d.h. 8 Bits): Enthält eine eindeutige Nachrichten-ID zur Kennzeichnung dieser Nachricht als Zuweisungsnachricht für Übertragung(swiederholung). In 6 ist diese ID gleich der Binärzahl „00000001".
Feld 602, LNG (ein Oktett): Enthält die Gesamtlänge dieser Nachricht in Form der Anzahl der Oktetts. Da die Größe der Zuweisungsnachrichten für Übertragung(swiederholung) nicht unbedingt fest vorgegeben ist, können die Stationen anhand des Längenfeldes das Ende einer Zuweisungsnachricht für Übertragung(swiederholung) ermitteln.
Feld 603, Start_Sl (vier Oktetts): Erkennt die absolute Zeit des ersten Zeitschlitzes in der Gruppe, der durch diese Zuweisungsnachricht für Übertragung(swiederholung) gekennzeichnet wird. Die übrigen Zeitschlitze in dieser Gruppe werden ausgehend von diesem Zeitschlitz additiv gekennzeichnet, d.h., für jeden einzelnen Zeitschlitz innerhalb der durch diese Nachricht gekennzeichneten Zeitschlitzgruppen wird zuerst die Anzahl aller Zeitschlitze in diesen Gruppen, die vor der Gruppe mit jedem einzelnen Zeitschlitz definiert wurden, zum Wert Start_Sl addiert.
Feld 604, Prioritäten (vier Oktetts): Enthält die oben beschriebene „Zulassungseigenschaft". Für jedes Element in diesem Feld ungleich null gibt es weitere fünf Oktetts 605 bis 609.
Feld 605, #Inv_Sl (ein Oktett): Dieses um 1 erhöhte Feld enthält die Anzahl der „Aufforderungs-Zeitschlitze", z.B. eine Gruppe von Zeitschlitzen, die durch die entsprechende „1" im Prioritätsfeld 604 zur Verwendung durch die Gruppe(n) von neu hinzugekommenen Stationen reserviert sind. Mindestens ein und bis zu 256 aufeinander folgende Zeitschlitze können durch dieses Feld neu hinzugekommenen Stationen zugewiesen werden.
Feld 606, Time_Bd (vier Oktetts): Nur Nachrichten von neu hinzugekommenen Stationen mit der entsprechenden Kennzeichnung „1" im Prioritätsfeld 604, die vor der Zeitgrenze Time_Bd 606 erzeugt wurden, werden während eines der 1+#Inv_Sl Zeitschlitze des Feldes 605 übertragen, die mit gleicher Wahrscheinlichkeit ausgewählt wurden.
Feld 607, CID (ein Oktett): Kennzeichnet die Gruppe von kollidierten Stationen, welche die Zeitschlitze TI(CID) 608 für ihre Sendewiederholungen nutzen.
Feld 608, TI(CID) (vier Bits): Dieses um 1 erhöhte Feld enthält die Anzahl der für Sendewiederholungen von Stationen zu verwendenden Zeitschlitze, deren letztem Konflikt diese CID zugewiesen wurde. Somit können mindestens ein und bis zu 16 Zeitschlitze zugewiesen werden, und die Untergruppe der zugelassenen Stationen, die auch die Sendewiederholungsregel TR(CID) erfüllen, wählt mit gleicher Wahrscheinlichkeit einen dieser Zeitschlitze aus.
Feld 609, TR(CID) (vier Bits): Dieses um 1 erhöhte Feld enthält den Teilungsparameter zum Auswählen der Übertragung in den (1 + TI(CID)) Zeitschlitzen. TR(CID) ist immer gleich oder größer als TI(CID). Jede zum Senden während der (1 + TI(CID)) Zeitschlitze zugelassene Station kann die Auswahl mit der Wahrscheinlichkeit (1 + TI(CID))/(1 + TR(CID)) vornehmen und die Übertragung mit der Wahrscheinlichkeit 1 – [(1 + TI(CID))/(1 + TR(CID))] hinauszögern. Wenn sich die Station für das Senden entscheidet, wählt sie hierfür mit gleicher Wahrscheinlichkeit einen der (1 + TI(CID)) Zeitschlitze aus.

Wenn das Prioritätsfeld 604 x Einsen hat, wobei x von 0 bis einschließlich 8 reicht, gibt es auch x Paare von Feldern „#Inv_Sl:Time_Bd" 605, 606. Somit ist auch LNG = 7 + 5x + 2y, wobei y gleich der Anzahl der Felder CID:TI(CID):TR(CID) 607 bis 609 ist. Wenn also LNG und x bekannt sind, kann y aus dem Prioritätsfeld 604 zu y = 0,5(LNG-7-5x) berechnet werden.
Wenn mehrere Sequenzen zugelassen werden, kann auch noch eine Sequenz-ID eingeführt werden.
Die Zeitschlitzinformationsfelder für neu hinzugekommene Stationen, d.h. #Inv_Sl 605 und Time_Bd 606, werden nach ansteigender Übertragungswahrscheinlichkeit von links nach rechts angeordnet, jedoch kann diese Reihenfolge umgekehrt werden, sofern das bei einer bestimmten Ausführungsform dieses Systems bereits vorher bekannt ist, sodass alle Stationen und die Zentrale die Prioritätsreihenfolge dieser Felder in gleicher Weise interpretieren.
Um zu ermitteln, ob die Station während der aktuellen Gruppe von Zeitschlitzen senden kann, müssen einige Entscheidungen getroffen werden. Zuerst muss der Konflikt der Station eine CID haben, die mit derjenigen in der aktuellen Zuweisungsnachricht für Übertragung(swiederholung) übereinstimmt, oder die Station muss eine neu hinzugekommene Station mit einer Nachricht mit einer Prioritätsstufe sein, die zu den durch das Prioritätsfeld 604 zugelassenen Stationen gehört. Im letzteren Falle kann eine Station nur dann senden, wenn ihre Nachricht der Einschränkung des Feldes Time_Bd 606 genügt. Wenn die Station senden darf, muss sie möglicherweise nach dem Zufallsprinzip auswählen, während welches bestimmten Zeitschlitzes sie senden kann, und hierzu einen Zufallszahlengenerator verwenden.
Der Wert rand(N) stellt das Ergebnis der Ermittlung von Zufallszahlen aus dem Bereich der ganzen Zahlen 1, 2, ..., N dar, wobei rand(N) von 1 bis einschließlich N reicht. Dann kennzeichnet der Wert rand(1 + #Inv_Sl)denjenigen Zeitschlitz von allen (1 + #Inv_Sl) Zeitschlitzen, während dessen eine neu hinzugekommene Station mit den entsprechenden Zulassungen senden kann. Um mit der Wahrscheinlichkeit (1 + TI(CID))/(1 + TR(CID))die Übertragung zu wiederholen oder mit der Wahrscheinlichkeit (1 – [(1 + TI(CID))/(1 + TR(CID)]die Übertragung nicht zu wiederholen, braucht eine Station nur den Wert (1 + TI(CID)) mit dem Wert rand(1 + TR(CID)) zu vergleichen; wie oben erläutert wurde, müssen vor der Auswertung der Felder TI(CID) und TR(CID)) deren Inhalte zuerst um 1 erhöht werden. Wenn der Wert rand(1 + TR(CID)) kleiner als oder gleich (1 + TI(CID)) ist, kann die Station beliebig in einem der Zeitschlitze TI(CID) senden; im Prinzip kann die Station im Zeitschlitz rand(s + TR(CID)) senden, den sie vom ersten Zeitschlitz der Gruppe aus abgezählt hat, welche die Zuweisungsnachricht für Übertragung(swiederholung) dieser CID-Gruppe von Konfliktstationen zugewiesen hat. Wenn jedoch rand(1 + TR(CID)) größer als (1 + TI(CID)) ist, darf die Station während der aktuellen Gruppe nicht senden. Im letzteren Falle weist die Zentrale zusätzliche Zeitschlitze in nachfolgenden Gruppen zu, während deren die restlichen Stationen mit dieser CID senden dürfen.
Allen Konfliktstationen, deren letzte Übertragung zu einem Konflikt geführt hat und dem eine CID zugewiesen wurde, wird eine Sendewiederholung garantiert. Wie bereits erwähnt wurde, weist die Zentrale einen bereits vergebenen CID-Wert keinem anderen Konflikt zu, bevor alle Stationen, deren letzte Übertragung zu einem Konflikt geführt hat, die Gelegenheit zur Sendewiederholung hatten.
Die Auswahl der Felder #Inv_Sl 605, TI(CID) 608 und TR(CID) in 6 erfolgt durch die Zentrale mit jeder Zuweisungsnachricht für Übertragung(swiederholung). Die Auswahl dieser Parameter kann anhand der genauen Kenntnis oder einer Abschätzung des Verkehrsaufkommens im Netz oder gemäß einer Teilungsstrategie durchgeführt werden. Im einfachsten Falle kann der Teilungsparameter fest vorgegeben werden, z.B. TI(CID) = TR(CID) = 2. Wenn hingegen die Zentrale abschätzen kann, dass an einem Konflikt mindestens k Übertragungen beteiligt waren, kann sie von diesen Stationen die Sendewiederholung mit einer Wahrscheinlichkeit verlangen, die von k abhängt, zum Beispiel mit einer Wahrscheinlichkeit 1/k. Das kann dadurch erreicht werden, dass TI(CID) = TR(CID) = k-1 gesetzt wird. Außerdem kann die Zentrale bei hohem Verkehrsaufkommen und wenn sich eine Konfliktauflösung im Frühstadium befindet, die kollidierten Stationen auf mehr Zeitschlitze „verteilen" und somit einen größeren Wert TR(CID) verwenden. Im Verlauf des Konfliktes kann die Zentrale dann erwarten, dass immer weniger Stationen während eines bestimmten Zeitschlitzes die Übertragung wiederholen und den Parameter TR(CID) verringern, damit ungenutzte Zeitschlitze vermieden werden und somit die Systemauslastung erhöht wird.
Die beabsichtigte Verwendung von TR(CID)s kann sich auch in dem Maße ändern, wie die Kenntnis von den Teilübertragungen von Stationen zunimmt, deren letzte Übertragung zu einem Konflikt geführt hat und dem diese CID zugewiesen wurde. Dazu kann es kommen, wenn die Anzahl der Zeitschlitze in einer Gruppe nicht für die Sendewiederholungen aller Stationen mit demselben CID-Wert ausreicht, der ihrem letzten Konflikt zugewiesen wurde, sodass einige dieser Stationen mit der Sendewiederholung auf eine nachfolgende Gruppe warten müssen.
Beispielsweise werde angenommen, dass Stationen, deren letzte Übertragung zu einer Kollision geführt hat und der die CID=5 zugewiesen wurde, in drei Untergruppen aufgeteilt werden müssen, die zur Sendewiederholung drei Zeitschlitze benötigen. Ferner werde angenommen, dass in der aktuellen Gruppe nur zwei dieser drei Zeitschlitze ausgelastet werden können, d.h., dass die Zentrale für die aktuelle Gruppe bereits eine Zuweisungsnachricht für Übertragung(swiederholung) mit der Information (CID=5:TI(5)=1:TR(5)=2) gesendet hat. Somit werden nur 2/3 der Stationen senden, deren letzte Übertragung zu einem Konflikt geführt hat und der die Kollisions-ID 5 zugewiesen wurde. Der Inhalt der Felder TI(CID) und TR(CID) muss zuerst um 1 erhöht werden, bevor sie interpretiert werden können.
Daraus folgt, dass die Zentrale dem restlichen 1/3 dieser Stationen die Sendewiederholung in einer nachfolgenden Gruppe derselben Sequenz gestattet, zu welcher die aktuelle Gruppe gehört, wobei die Zentrale eine Zuweisungsnachricht für Übertragung(swiederholung) sendet, welche die Information (CID=5:TI(5)=0:TR(5)=0) enthält. Wenn jedoch davon ausgegangen werden muss, dass während der beiden Zeitschlitze der aktuellen Gruppe, in der die Stationen mit dem Wert CID=5 senden durften, keine Station gesendet hat, kommt es in dem einen restlichen Zeitschlitz der folgenden Gruppe, in der die Stationen mit dem Wert CID=5 erneut senden dürfen, mit Sicherheit zu einem Konflikt. Wenn die Zentrale hiervon Kenntnis erlangt hat, kann sie zur Vermeidung dieses als sicher geltenden Konflikts in der nachfolgenden Zuweisungsnachricht für Übertragung(swiederholung) anstelle der ursprünglich erwarteten Information (CID=5:TI(5)=2:TR(5)=0) die Information (CID=5:TI(5)=0:TR(5)=0) senden.
Nach einer Übertragung wartet eine Station in 7 auf die Benachrichtigung mittels einer Rückmeldenachricht durch die Zentrale über das Ergebnis dieser Übertragung und im Falle eines Konflikts auf die Zuweisung einer CID für den Konflikt. Eine einzelne Rückmeldenachricht umfasst den Übertragungsstatus CID und alle anderen erforderlichen Information von allen Übertragungen in einer Gruppe mit konfliktbehafteten Zeitschlitzen 501 (5) in einer einzelnen Gruppe von Zeitschlitzen 201 (5). Die Rückmeldenachricht enthält die folgenden Felder:

Feld 701, Msg_ID (ein Oktett): Enthält eine eindeutige Nachrichten-ID zur Kennzeichnung dieser Nachricht als Rückmeldenachricht. Für die Rückmeldenachricht von 7 ist diese ID gleich der 8-Bit-Binärzahl 00000010.
Feld 702, LNG (ein Oktett); Enthält die Gesamtlänge dieser Nachricht, ausgedrückt durch die Anzahl der Oktetts. Da die Rückmeldenachrichten nicht unbedingt eine fest vorgegebene Länge haben müssen, hilft das Feld Gesamtlänge den Stationen, das Ende einer Rückmeldenachricht zu erkennen.
Feld 703, Start_Sl (vier Oktetts): Kennzeichnet die absolute Zeit für den ersten Zeitschlitz in der Sequenz von Zeitschlitzen, die durch diese Rückmeldenachricht festgelegt wurden. Der Wert Start_Sl kennzeichnet insbesondere die Gruppe aufeinander folgender Übertragungszeitschlitze, auf die sich die Rückmeldenachricht bezieht.
Feld 704, CID_x (ein Oktett): Wenn der Wert CID_x, mit x im Bereich von 1 bis einschließlich N, gleich 0 ist, bedeutet dies, dass es im x-ten Zeitschlitz der Gruppe keine Kollision gegeben hat. Wenn eine Station während dieses Zeitschlitzes gesendet hat, kann die Station davon ausgehen, dass diese Übertragung erfolgreich war, und seine aktuelle Konfliktauflösung beenden. Wenn hingegen der Wert CID_x größer als 0 ist, bedeutet dies, dass es im Zeitschlitz x in der Gruppe einen Konflikt gegeben hat. Diesem Konflikt wird außerdem die CID=CID_x zugewiesen. Stationen, deren kollidierten Übertragungen die CID_x zugewiesen wurde, warten so lange, bis eine Zuweisungsnachricht für Übertragung(swiederholung) diesen CID-Wert enthält, um den Zeitpunkt der Sendewiederholung zu ermitteln.

Der Parameter N stellt die Anzahl der Zeitschlitze in der Gruppe der Übertragungszeitintervalle dar, auf die sich diese Rückmeldenachricht bezieht. Die Länge der Nachricht, LNG 702, genügt der Gleichung LNG = 6 + N, sodass N = LNG – 6 ist. Wenn mehrere Sequenzen zulässig sind, kann noch ein Feld Sequenz-ID hinzugefügt werden.
Bereits zugewiesene CID-Werte sollten möglichst nicht noch einmal zugewiesen werden. Auch wenn noch Stationen warten, deren letzte Übertragung zu einem Konflikt geführt hat, sollte die diesem Konflikt zugewiesene CID keinem anderen Konflikt zugewiesen werden, bevor alle Stationen, deren letzte Übertragung zu einem Konflikt geführt hat, die Übertragung mindestens einmal wiederholt haben. Die Zentrale muss implizit oder explizit nachverfolgen, welchen Konflikten sie welche CIDs zugewiesen hat. Dadurch wird es möglich, Konfliktauflösungen bei Bedarf zu bevorzugen.
Im Folgenden wird die Reihenfolge erörtert, in welcher CIDs in den aufeinander folgenden Zuweisungsnachrichten für Übertragung(swiederholung) durch die Zentrale aufgerufen werden. Die Reihenfolge, in welcher CIDs in aufeinander folgenden Zuweisungsnachrichten für Übertragung(swiederholung) aufgerufen werden, beeinflusst die Reihenfolge, in welcher Konflikte aufgelöst werden. Ebenso wie die Bevorzugung neu hinzugekommener Stationen des Datenübertragungssystems durch Zulassungseigenschaften und -beschränkungen geregelt wird, kann die Reihenfolge, in welcher die CIDs in den Zuweisungsnachrichten für Übertragung(swiederholung) aufgerufen werden, die Reihenfolge bestimmen, in welcher die Konflikte aufgelöst werden.
Angenommen sei ein System mit nur einer Priorität, d.h., zwischen den von allen Stationen erzeugten Datenströmen gibt es keinen Unterschied. Die CIDs werden in aufsteigender Reihenfolge zugewiesen, wobei jedem neuen Konflikt der kleinste noch nicht zugewiesene CID-Wert zugewiesen wird. Wenn der Zeitpunkt kommt, beginnt die Konfliktauflösung mit dem Konflikt mit der aktuell größten CID und wird dann mit den nächstniedrigen zugewiesenen CIDs fortgesetzt. Sobald alle Stationen, deren letzte Übertragung zu einem Konflikt geführt hat und dem diese CID zugewiesen wurde, mindestens einmal die Übertragung wiederholt haben, steht der CID-Wert wieder für eine erneute Zuweisung zur Verfügung.
Wenn in einem System Datenverkehr mit hoher und niedriger Priorität vorkommt, können Konflikte von Datenverkehr mit hoher Priorität vor den Konflikten mit niedriger Priorität auf folgende Weise aufgelöst werden: während das System inaktiv ist, d.h., wenn alle Stationen inaktiv sind, fordert die Zentrale ständig neu hinzugekommene Stationen durch die Information 11000000 im Prioritätsfeld 604 (6) zum Senden auf. Diese Information fordert gemäß den entsprechenden Informationsfeldpaaren „#Inv_Sl:Time_Bd" 605, 606 (6) alle Stationen mit niedriger Priorität (gekennzeichnet durch die erste „1") und alle Stationen mit hoher Priorität (gekennzeichnet durch die zweite „1") zum Senden auf.
Wenn zuerst Stationen mit hoher Priorität antworten, kann die Zentrale durch Setzen des Prioritätsfeldes 604 (6) auf 00000000 oder 01000000 Stationen mit niedriger Priorität so lange sperren, bis die Konfliktauflösung der Stationen mit hoher Priorität abgeschlossen ist. Wenn zuerst Stationen mit niedriger Priorität antworten, initialisiert die Zentrale deren Konfliktauflösung. Die Zentrale kann jedoch durch die Information 01000000 im Prioritätsfeld 604 (6) weiterhin Stationen mit hoher Priorität zum Senden auffordern.
Wenn Stationen mit hoher Priorität auf die Aufforderung reagieren, während die Zentrale noch mit der Konfliktauflösung von Stationen mit niedriger Priorität beschäftigt ist, kann sie den Kollisionen von Stationen mit hoher Priorität eine ausreichend große CID zuweisen, die größer ist als alle den Kollisionen von Stationen mit niedriger Priorität zugewiesenen CIDs. Mittels dieser Zuweisungsstrategie in Verbindung mit der oben erörterten CID-Zuweisung in fallender Reihenfolge zum Aufrufen der CIDs in den Zuweisungsnachrichten für Übertragung(swiederholung) durch die Zentrale wechselt die Zentrale automatisch zuerst zur Konfliktauflösung der Stationen mit hoher Priorität. Derselbe Kunstgriff, d.h., das Zuweisen von CIDs für Konflikte mit hoher Priorität, die größer als die bis dahin für andere Konflikte zugewiesenen CIDs sind, kann angewendet werden, wenn sich nach einer inaktiven Periode des Systems sowohl Stationen mit hoher als auch mit niedriger Priorität auf die Aufforderungen melden, welche die Zentrale in den Zuweisungsnachrichten für Übertragung(swiederholung) gesendet hat.
Dritte bevorzugte Ausführungsart
Das Hauptziel der oben dargestellten zweiten Ausführungsart bestand darin, der Zentrale die Nachverfolgung aller Phasen des Konfliktauflösungsprozesses zu übertragen. Das führt in jeder der Datenübertragungsstationen, z.B. Kabelmodems, zu einer äußerst einfachen Ausführungsform des vorgeschlagenen Konfliktauflösungsalgorithmus. In einem Verbrauchermarkt wie einem Kabelfernsehnetz führt ein solcher Ansatz zur deutlichen Senkung der Kosten für die Kabelmodems, von denen es bei einer einzelnen Kabelfernsehzentrale Hunderte bis Tausende gibt. In bestimmten Fällen kann es für jede Überwachungsstation nur wenige Datenübertragungsstationen geben oder es gibt überhaupt keine Überwachungsstation. In solchen Fällen ist es wünschenswert, die Komplexität und den Verarbeitungsaufwand gleichmäßiger auf alle Datenübertragungseinheiten zu verteilen.
In einem durch eine Überwachungsstation gekennzeichneten Kabelfernsehnetz besteht die Hauptaufgabe der Überwachungsstation in einem Netz mit Gruppen von Stationen, die über einen bestimmten Aufwärtskanal senden und über einen bestimmten Abwärtskanal empfangen, darin, eine universelle Zeitsteuerung für das große, geografisch verteilte Netz bereitzustellen. Ferner definiert die Überwachungsstation die Übertragungszeitintervalle für konfliktbehaftete Übertragungen von Stationen sowie für konfliktfreie Übertragungen mittels Zuweisungsnachrichten für Übertragung(swiederholung) und teilt den Stationen das Ergebnis der Übertragungen mittels Rückmeldenachrichten mit.
Damit die Überwachungsstation ihre Aufgaben so einfach wie möglich erledigen kann, wird davon ausgegangen, dass die Übertragungszeitintervalle gleich lang sind und als Zeitschlitze bezeichnet werden. Die Länge eines Zeitschlitzes dient dann als Zeiteinheit. Dieselbe Beziehung liegt zwischen Gruppen aufeinander folgender Zeitschlitze 501 (5) und Gruppen 201 (5), wobei jede Gruppe in einer Sequenz aus einer Gruppe aufeinander folgender Zeitschlitze besteht. Die Anzahl der Zeitschlitze in jeder Gruppe kann dynamisch variieren. Die Größe einer Gruppe, also die Anzahl ihrer Zeitschlitze, wird durch die Zuweisungsnachricht für Übertragung(swiederholung) festgelegt, welche die Überwachungsstation an die Datenübertragungsstationen sendet. Im System kann es viele Sequenzen von Gruppen mit Zeitschlitzen 301, 302 (3) geben, wobei jede dieser Sequenzen einem Konfliktauflösungsprozess zugeordnet ist. Die Konfliktauflösung in allen anderen Gruppensequenzen stellt eine unabhängige Prozedur dar, die aber ansonsten der im Folgenden beschriebenen identisch ist.
Für jeden Konflikt in einer Gruppe sind in einer oder mehreren nachfolgenden Gruppen eine fest vorgegebene Anzahl von n=2, 3, ... Zeitschlitzen reserviert, die nach dem Zufallsprinzip zur Sendewiederholung dieser kollidierten Nachrichten ausgewählt werden können. Ein fest vorgegebener Systemparameter n kann in den Datenübertragungseinheiten entweder fest verdrahtet oder programmierbar sein und während der Initialisierung des Systems eingestellt werden. Außerdem werden den Kollisionen keine CIDs wie bei den obigen Ausführungsarten zugewiesen. Das bedeutet, dass die Stationen selbst die Rückmeldenachrichten nacheinander beobachten und ermitteln müssen, in welcher Gruppe und in welchem Zeitschlitz dieser Gruppe sie die Sendewiederholung vornehmen können.
Um die Funktionsweise des System noch weiter zu vereinfachen, können neu hinzukommende Stationen im Gegensatz zu den obigen Ausführungsarten ohne Einschränkung in der ersten Gruppe der durch die von der Zentrale empfangenen Zuweisungsnachricht für Übertragung(swiederholung) definierten aufeinander folgenden Zeitschlitze senden. Wenn es im System mehrere Gruppensequenzen gibt, führt eine Station alle ihre nachfolgenden Sendewiederholungen in den Gruppen durch, die zu derselben Gruppensequenz gehören, in welcher sie ihre erste Übertragung getätigt hat.
Durch das oben Gesagte wird der Informationsstrom für die Konfliktauflösung zwischen der Überwachungsstation und den Stationen wesentlich verringert. Auf diese Weise wird der durch die Überwachungsstation zu leistende Verarbeitungsaufwand zur Unterstützung der Konfliktauflösung verringert.
Um auf die Darstellung der in den 6 und 7 gezeigten Einzelheiten der Zuweisungsnachrichten für Übertragung(swiederholung) und der Rückmeldenachrichten verzichten zu können, wird von der Annahme ausgegangen, dass eine Zuweisungsnachricht für Übertragung(swiederholung) mindestens die folgenden Informationen enthält:

(a) die absolute Zeit für den ersten Zeitschlitz in der angegebenen Gruppe; und
(b) die Anzahl M der Zeitschlitze in der Gruppe.

Die zweite Information nutzt die Tatsache, dass die Zeitschlitze gleich lang sind und als Zeiteinheit dienen und dass die Zeitschlitze in einer Gruppe aufeinander folgen. Die Rückmeldenachricht soll den Übertragungsstatus, z.B. Kollision, inaktiv, erfolgreich, jeder Übertragung in jedem Zeitschlitz in einer entsprechenden Gruppe enthalten. Die Rückmeldenachricht kann wahlweise eine Kennung enthalten, um diese Rückmeldenachricht der entsprechenden Gruppe zuzuordnen. Die Überwachungsstation kann die Rückmeldenachricht für eine Gruppe senden, sobald sie alle Übertragungen von dieser Gruppe empfangen und verarbeitet hat. Wenn die Umlaufverzögerung und die Verarbeitungsverzögerungen bekannt sind, kann eine Station ziemlich genau abschätzen, wann sie die Rückmeldenachricht für eine bestimmte Gruppe empfangen kann.
8(a) zeigt ein Flussdiagramm mit den Schritten der dritten Ausführungsart. Die Schritte 801 bis 805 entsprechen den Schritten 401 bis 405 des in 4(a) gezeigten und oben beschriebenen Flussdiagramms. Diese Schritte beschreiben die Erzeugung einer neuen Nachricht durch eine neu hinzugekommenen Station und die Erzeugung einer Kopie eines Prozesses zur Abwicklung der Übertragung einer gerade erst erzeugten Nachricht.
In Schritt 806 wartet eine neu hinzugekommene Station auf den Empfang einer Zuweisungsnachricht für Übertragung(swiederholung), welche eine Gruppe mit Zeitschlitzen definiert, während der sie ihre gerade erst erzeugte Nachricht zum ersten Mal senden wird. Nach dem Empfang der ersten derartigen Nachricht wird in Schritt 807 der Wert M, die Anzahl der in dieser Gruppe enthaltenen Zeitschlitze, d.h. die Größe der Gruppe, ermittelt. In Schritt 808 wählt die Station für eine interne Variable COUNT den Wert random{0, 1, ..., M-1}, wobei der Wert random{A, ..., L} die Auswahl eines der Elemente innerhalb der geschweiften Klammern nach dem Zufallsprinzip bedeutet.
In Schritt 809 wird ermittelt, ob der Wert COUNT kleiner als M, die in der zuletzt empfangenen Zuweisungsnachricht für Übertragung(swiederholung) definierte Anzahl der Zeitschlitze, ist. Gemäß der Initialisierungsregel der Variablen COUNT in Schritt 808 ist der Wert COUNT bei einer neu hinzugekommenen Station immer kleiner als M.
Wenn der Wert COUNT kleiner als M ist, wartet die Station in Schritt 810 bis zur Ankunft der Gruppe mit den für die Übertragung vorgesehenen Zeitschlitzen und führt im Zeitschlitz mit der Nummer COUNT die Übertragung durch, wobei der Index der Zeitschlitze in einer Gruppe gemäß {0, 1, ..., M-1} in der Reihenfolge vom ersten bis zum letzten Zeitschlitz geordnet ist. Das bedeutet, dass die neu hinzugekommene Station mit gleicher Wahrscheinlichkeit in einem der M Zeitschlitze diese Gruppe sendet. Zwar können auch andere Wahrscheinlichkeitsverteilungen für die Übertragung in Betracht gezogen werden, aber die gleichförmige Verteilung ist am einfachsten, am natürlichsten und am ausgewogensten. In Schritt 811 wartet die Station auf die entsprechende Rückmeldenachricht, um das Ergebnis ihrer eigenen sowie der anderen Übertragungen in derselben Gruppe zu erfahren.
Nach dem Empfang der Rückmeldenachricht wird in Schritt 812 ermittelt, ob die Übertragung zu einem Konflikt geführt hat. Wenn es bei der Nachrichtenübertragung der Station nicht zum Konflikt kam, hat die System in Schritt 813 ihre Nachricht im Konfliktmodus erfolgreich übertragen und beendet in Schritt 814 diese Konfliktauflösung. Wenn es jedoch in Schritt 818 zum Konflikt kam, wird in Schritt 820 (8(b)) als Variable COUNT der Wert (n·col{COUNT} + random{0,1, ...,n-1}) gewählt, wobei der Wert col{COUNT} die Anzahl der Konflikte darstellt, die sich in derselben durch die Station übertragenen Gruppe ereignet haben, aber auf der linken Seite des übertragenen Zeitschlitzes stehen, d.h. die Anzahl der Konflikte in den Zeitschlitzen 0, 1, ..., COUNT-1. Solange diese Verfahrensweise unverändert beibehalten wird, können stattdessen die Konflikte gezählt werden, die sich auf der rechten Seite des durch die Station übertragenen Zeitschlitzes ereignet haben. Nach der Aktualisierung ihrer Variablen COUNT kann die Station nun den Konfliktauflösungsprozess durchlaufen.
Nachdem die Station in Schritt 821 (8(b)) darauf gewartet hat, empfängt sie die folgende Zuweisungsnachricht für Übertragung(swiederholung). Diese Nachricht gibt die nächste Gruppe an, über welche die Station ihre Konfliktauflösung fortsetzt. Aus dieser neuen Zuweisungsnachricht für Übertragung(swiederholung) ermittelt die Station in Schritt 822 (8(b)) ebenso wie in Schritt 807 die Anzahl der Zeitschlitze M in dieser nächsten Gruppe. Nachdem die Station die Variable COUNT aktualisiert und die Größe M der Gruppe ermittelt hat, durchläuft sie den Prozess ab Schritt 809 (8(a)).
Wenn sich der Wert COUNT bei der Prüfung in Schritt 809 als nicht kleiner als M erweist, unterlässt sie die Übertragung während der Gruppe der durch die zuletzt empfangene Zuweisungsnachricht für Übertragung(swiederholung) definierten Zeitschlitze. Trotzdem wartet die Station in Schritt 816 auf die Rückmeldenachricht mit den Ergebnissen der Übertragungen in dieser Gruppe und empfängt diese. Das ist einer der wichtigsten Unterschiede zwischen dieser und den beiden oben beschriebenen Ausführungsarten. Die obigen Ausführungsarten benötigten lediglich eine Station zum Nachverfolgen der Rückmeldeinformation über ihre eigene Übertragung. In Schritt 817 wird diese Rückmeldenachricht gelesen und ihre Variable COUNT durch den Wert (n·col{M} + COUNT-M) aktualisiert, wobei der Wert col{M} die Anzahl der in den Zeitschlitzen 0, 1, ..., M-1 erfolgten Konflikte darstellt, mit anderen Worten, die Gesamtzahl der Konflikte in der betreffenden Gruppe. von Vorteil ist, dass die Stationen den Systemparameter n zu diesem Zeitpunkt bereits kennen. Wenn den an der Konfliktauflösung beteiligten Stationen ein Mittel zur dynamischen Aktualisierung dieses Parameters immer auf denselben Wert zur Verfügung gestellt wird, lässt sich so ein leistungsfähigeres System schaffen. Dann geht der Prozess über Schritt 819 weiter zu Schritt 821 (8(b)).
Tabelle 1 zeigt eine Übersicht des Algorithmus, der von jeder Station ausgeführt wird, die auf den Sendetermin wartet. Für jede Gruppe von Zeitschlitzen in einer bestimmten Sequenz von Zeitschlitzgruppen wird ein Zyklus des Algorithmus durchlaufen.
Tabelle 1: Algorithmus der Konfliktauflösung
Die 9(a) bis 9(d) zeigen eine Sequenz von Zyklen 901 bis 904 auf der Zeitachse 203 der Aufwärtsübertragung, die ein Beispiel des durch die Stationen ausgeführten Konfliktauflösungsprozesses darstellen. Innerhalb jedes Zyklus gibt es eine entsprechende Gruppe mit aufeinander folgenden Zeitschlitzen mit den Indizes 0, 1, ..., M-1, während derer die Stationen ihre Nachrichten zu übertragen versuchen. Man beachte, dass weder die Länge eines Zyklus noch die Anzahl M für die einzelnen Zyklen untereinander fest vorgegeben sein müssen. Die Sequenz der Gruppen 905 bis 908 entspricht einer der Sequenzen von Gruppen von Übertragungszeitintervallen 305 bis 308 (3) und 201 (5). Die Zeitschlitze, in denen es zu Konflikten kam, sind in Klammern dargestellt, zum Beispiel enthalten die Zeitschlitze (1) und (2) der Gruppe 905 einen Konflikt, während die Zeitschlitze 0 und 33 derselben Gruppe keinen Konflikt enthalten, d.h., sie sind entweder inaktiv oder enthalten eine einzige erfolgreiche Übertragung.
Der Stapel 908 bis 910 dient zur Darstellung der Funktionsweise des Algorithmus und ist in keiner Station untergebracht. Der Stapel besteht aus Zellen, deren Inhalt während jedes Zyklus einmal aktualisiert wird. Zellenstapel enthalten Stationen, deren Nachrichten in der aktuellen Gruppe nicht gesendet werden dürfen. In jedem Zyklus tragen die Stapelzellen die Indizes M, M + 1, M + 2, ..., wobei M gleich der Anzahl der Zeitschlitze in der Gruppe des entsprechenden Zyklus ist. Zum Beispiel gibt es im Zyklus (i-1) 901 und in der entsprechenden Gruppe 905 und im Stapel 908 vier Zeitschlitze in der Gruppe mit den Indizes 0, 1, 2 und 3, während die Zellen des Stapels die Indizes 4, 5 und so fort tragen.
Neu hinzugekommene Stationen 911 bis 914 senden immer in der ersten angetroffenen Gruppe, indem sie nach dem Zufallsprinzip einen der Zeitschlitze der Gruppe auswählen. Nach einer Kollision wird jede Gruppe von Stationen mit kollidierten Übertragungen in drei Gruppen mit gleicher Wahrscheinlichkeit aufgeteilt. Für jeden derartigen Konflikt versuchen die entsprechenden Gruppen während der Zeitschlitze der nächsten Gruppe in der Sequenz erneut zu senden. Stationen, die nicht in eine Gruppe passen, werden in die entsprechenden Zellen des Stapels eingeordnet, als wären es normale Zeitschlitze. Zum Beispiel werden die Zeitschlitze 1 und 2 der Gruppe 905, in denen es zum Konflikt. kam, als Zeitschlitze 905-1 und 905-2 bezeichnet. Die Stationen mit einem Konflikt im Zeitschlitz 905-1, also der ersten Kollision in der Gruppe 905, werden in drei Untergruppen aufgeteilt, von denen jede in den ersten drei Zeitschlitzen 906-0, 906-1 und 906-2 der Gruppe 906 zu senden versucht. Die Stationen mit einem Konflikt im Zeitschlitz 905-2 werden ebenfalls in drei Untergruppen aufgeteilt und versuchen, da sie zur zweiten Kollision in der Gruppe 905 gehören, die Übertragung in den drei auf die Zeitschlitze 906-0, 906-1 und 906-2 folgenden Zeitschlitzen zu wiederholen, die für die im Zeitschlitz 905-1 kollidierten Stationen reserviert wurden.
Die Gruppe 906 hat nur 5 Zeitschlitze, daher kann sie nicht alle drei Untergruppen aufnehmen, in welche die im Zeitschlitz 905-2 kollidierten Stationen aufgeteilt wurden. Stattdessen wird die dritte Untergruppe in die erste Zelle des Stapels 909 überführt, die praktischerweise den Index 5 trägt, so, als gäbe es in der Gruppe 906 den Zeitschlitz 906-5 und die Stationen dürften während dieses Zeitschlitzes senden. Die in den Zellen des Stapels vorhandenen Stationen werden in Zellen mit höheren Indizes verschoben, z.B. werden die zuvor in den Zellen 4 und 5 des Stapels 908 befindlichen Stationen, d.h. die beiden untersten Zellen des Stapels, im Stapel 909 um eine Zelle weiter nach oben verschoben, um Platz zu schaffen für die dritte Untergruppe, die während der Zeitschlitze der Gruppe 906 leider nicht senden darf. Stationen innerhalb des Stapels werden in Richtung der unteren Zellen des Stapels und letztendlich in die eigentlichen Übertragungszeitschlitze einer Gruppe verschoben, wenn eine Gruppe über mehr Zeitschlitze verfügt, als Zeitschlitze zum Aufnehmen der Untergruppen benötigt werden, die sich aus der Teilung von Konfliktstationen in der vorangehenden Gruppe ergeben. Dies wird am Beispiel der Zyklen (i+1) und (i+2) gezeigt. Die Gruppe 907 im Zyklus (i+1) enthält keine Konflikte, sodass die Stationen in den Zellen 4 und 5 der Gruppe 910 in die Zeitschlitze 0 und 1 der Gruppe 908 im Zyklus (i+2) verschoben werden und somit senden können.
Die während verschiedener Zeitschlitze einer Gruppe sendenden Stationen können in späteren Gruppen nie wieder kollidieren, sodass dieser Algorithmus zur Klasse der Baumsuchalgorithmen gehört. In einer Gruppe kollidierende Stationen lassen nach ihrer Teilung in der nächsten Gruppe auf ihrer linken Seite ausreichend Platz für die nach weiteren Konflikten auf der linken Seite in der ersten Gruppe geteilten Stationen. Dadurch, dass die Stationen durch die Zellen des Stapels und die Zeitschlitze der Gruppen geschoben werden, senden sie letztlich erfolgreich. Der Stapel stellt jedoch, wie oben erwähnt, nur einen Kunstgriff zur Veranschaulichung der Funktionsweise des Systems dar und wird durch keine Station realisiert.
Damit jede Station auf definierte Weise durch die Zellen des Stapels und die Übertragungszeitschlitze einer Gruppe geschoben werden kann, bedient sie sich einfach der internen Variablen COUNT, die sie gemäß dem im Flussdiagramm von 8 (a, b) und in Tabelle 1 gezeigten Algorithmus aktualisiert. Während jedes Zyklus legt der Wert der Variablen COUNT zu Beginn des Zyklus fest, ob die Station während dieses Zyklus senden wird, und wenn ja, in welchem Zeitschlitz, oder ob sie in einer Zelle mit der Nummer COUNT des Stapels verbleibt. Im Anschluss an die Übertragungen in einer Gruppe aktualisieren alle kollidierten Stationen und alle Stationen in dieser Gruppe, die nicht gesendet haben, d.h. Stationen, die in einer Zelle des Stapels warten, aktualisieren ihre Variable COUNT und senden im Zeitschlitz mit der Nummer COUNT der nächsten Gruppe, wenn deren Größe M der Beziehung COUNT<M genügt, oder sie werden in die Zelle mit der Nummer COUNT des Stapels geschoben.
In 9 ist zum Beispiel für den Parameter n absichtlich der Wert 3 gewählt worden, da sich gezeigt hat, dass dieser Wert bei fest vorgegebenem n am effektivsten ist. Vom oben zitierten Stand der Technik ist bekannt, dass der maximale Datendurchsatz nach dem Poissonschen Verkehrsmodell mit unendlich vielen Stationen bei lediglich einem Zeitschlitz je Gruppe wie folgt erreicht wird:

(a) für n=2: 0,360 Nachrichten je Zeitschlitz;
(b) für n=3: 0,401 Nachrichten je Zeitschlitz;
(c) für n=4: 0,399 Nachrichten je Zeitschlitz;
(d) für größere Werte von n nimmt die Anzahl der je Zeitschlitz übertragenen Nachrichten monoton ab.

Unter denselben Bedingungen erreicht das beste ALOHA-Protokoll einen Datendurchsatz von 0,368 Nachrichten je Zeitschlitz.
10 zeigt die Ergebnisse eines Leistungsvergleichs zwischen einem System, das den in der vorliegenden Ausführungsart beschriebenen Algorithmus mit n=3 verwendet (durchgehende Linien 110, 120, 130 und 140), der als n-ärer Mehrfachzeitschlitz-Stapelalgorithmus (msSTART) bezeichnet wird, und dem idealen ALOHA-Konfliktauflösungsprotokoll (gestrichelte Linien 115, 125, 135 und 145). Gemäß dem idealen ALOHA-Protokoll, das sich zwar nicht realisieren lässt, aber einen Grenzwert für das effektivste ALOHA-Protokoll liefert, ist zu Beginn jeder Gruppe die genaue Anzahl der auf das Senden oder die Sendewiederholung wartenden Stationen bekannt, sodass alle diese Stationen mit einer Wahrscheinlichkeit während der Zeitschlitze einer Gruppe senden, die dieser Anzahl umgekehrt proportional ist. Die Darstellung in dieser Figur geht davon aus, dass die Dauer aller (als Blöcke bezeichneten) Zyklen gleich lang ist, aber die Größe der Gruppe von konfliktbehafteten Zeitschlitzen je Block variieren kann. Die Kurven zeigen die mittlere Verzögerung E(D) der Pakete von Nachrichten mit fest vorgegebener Größe als Funktion des Verkehrsaufkommens des Systems. Unter der Annahme eines Poissonschen Verkehrsmodells mit unendlich vielen Stationen erfasst die Verzögerung D die mittlere seit der Erzeugung des Paketes durch eine Station bis zum Endes des Blocks vergangene Zeit, in welchem dieses Paket erfolgreich übertragen wurde. Der ganzzahlige Teil von D steht für die Anzahl der algorithmischen Iterationszyklen, die für die Übertragung eines Paketes erforderlich sind.
Für die Kurven 110, 115, 120 und 125 mit der Bezeichnung ein und zwei Konfliktzeitschlitze (CSs) wird davon ausgegangen, dass immer ein oder zwei konfliktbehaftete Zeitschlitze je Gruppe vorhanden sind. Für die Kurven 130 und 135 mit der Bezeichnung 2:8 CSs wird davon ausgegangen, dass die Anzahl der konfliktbehafteten Zeitschlitze in aufeinander folgenden Gruppen zwischen 2 und 8 schwankt. Und schließlich wird für die Kurven 140 und 145 mit der Bezeichnung 4:10:16 CSs davon ausgegangen, dass die Anzahl der konfliktbehafteten Zeitschlitze CSs in einer Gruppe nach dem Zufallsprinzip gewählt wird und entweder den Wert 4, 10 oder 16 annimmt. In allen Fällen zeigt die Verwendung von msSTART mit dem fest vorgegebenen Teilungsparameter von 3 bei niedrigem Verkehrsaufkommen eine dem idealen ALOHA-Protokoll vergleichbare Leistung und bei höherem Verkehrsaufkommen eine durchweg höhere Leistung.
Obwohl die Erfindung insbesondere unter Bezug auf ihre anschaulichen und bevorzugten Ausführungsarten dargestellt und beschrieben wurde, ist dem Fachmann klar, dass das oben Gesagte ausgeführt sowie weitere Änderungen in Form und Detail daran vorgenommen werden können, ohne von den beiliegenden Ansprüchen abzuweichen.

Claims

Verfahren zur Datenübertragung in einem Computer-Datenübertragungssystem mit Mehrfachzugriff, das eine Vielzahl von Stationen (102) und einen ersten Datenübertragungskanal umfasst, wobei die Stationen miteinander kommunizieren, indem sie Nachrichten über den ersten Datenübertragungskanal übertragen, wobei das Verfahren Folgendes umfasst: Erzeugen (402, 302) einer Vielzahl von nichtüberlappenden Übertragungszeitintervallen (202); Zusammenfassen (403, 803) der Zeitintervalle zu einer Vielzahl von Gruppen (201), wobei die Anzahl der Zeitintervalle und die zeitlichen Abstände zwischen diesen innerhalb jeder der Gruppen variieren; Bilden (405, 805) einer Vielzahl von Sequenzen (301, 302) der Gruppen (201), wobei der zeitliche Abstand (303) vom Ende einer der Gruppen in einer der Sequenzen bis zum Anfang (304) der nächsten der Gruppen in derselben Sequenz so groß ist, dass jede beliebige der in der einen der Gruppen (201) sendenden Stationen (162) Statusinformationen der Nachrichtenübertragung vor dem Beginn der nächsten der Gruppen (201) erfährt; und Senden (406, 806) der zu übertragenden Nachricht von den Stationen (102) während der Zeitintervalle über den ersten Datenübertragungskanal.
Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem der Status als nichterfolgreich (416) ermittelt wird, wenn nach der Nachrichtenübertragung in einer ersten Gruppe einer Sequenz (301) der Inhalt der Nachrichtenübertragung in der ersten Gruppe durch einen Konflikt der Nachrichtenübertragung von den Stationen beschädigt wird, und die Stationen vor einem Beginn einer auf die erste Gruppe aus derselben Sequenz folgenden zweiten Gruppe erfahren, dass der Inhalt beschädigt ist.
Verfahren nach Anspruch 2, welches ferner die folgenden Schritte umfasst: iteratives Fortschreiten von einer Gruppe der Sequenzen zur nächsten, wobei sich jede Iteration ausschließlich auf alle Zeitintervalle in einer der Gruppen und alle Nachrichtenübertragungen während der Zeitintervalle bezieht; und Auflösen (419) des Konflikts durch erneutes Senden der Nachricht, die zu dem Konflikt geführt hat, gemäß den Regeln für die Nachrichtenübertragung so lange, bis die Nachricht konfliktfrei übertragen wurde.
Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem die Regeln zur Nachrichtenübertragung Folgendes umfassen: Regeln für die erste Nachrichtenübertragung zur Regelung einer ersten Nachrichtenübertragung durch eine neu hinzugekommene Station, bei welcher die Nachrichtenübertragung darauf wartet, während eines der Zeitintervalle gesendet zu werden.
Verfahren nach Anspruch 4, bei welchem die Regeln für die Nachrichtenübertragung ferner Folgendes umfassen: Regeln für die nachfolgende Übertragung zur zukünftigen Regelung einer nachfolgenden Übertragung von Konfliktnachrichten während der Zeitintervalle in Bezug auf das eine der zur Nachrichtenübertragung verwendeten Zeitintervalle, während dessen es zum Konflikt kam.
Verfahren nach Anspruch 5, bei welchem die neu hinzugekommene Station aus den Zeitintervallen der Gruppen der Sequenzen ein Zeitintervall, eine Gruppe und eine Sequenz auswählt (420), um die Nachrichtenübertragung gemäß den ersten Nachrichtenübertragungsregeln durchzuführen, und bei welchem die Station, wenn die übertragene Nachricht durch den Konflikt beschädigt wurde, anschließend eine Übertragung (411) jeder nachfolgenden, durch den Konflikt beschädigten Nachricht durchführt.
Verfahren nach Anspruch 6, bei welchem jede nachfolgende Übertragung gemäß den Regeln für die nachfolgende Übertragung während eines Zeitintervalls erfolgt, welches auf das Zeitintervall folgt, während dessen eine frühere Übertragung erfolgt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei welchem die Regeln für die erste Übertragung jeweils getrennt auf jedes einzelne der Zeitintervalle angewendet werden, welche die neu hinzugekommene Station für die erste Nachrichtenübertragung verwendet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei welchem die Regeln für die erste Übertragung wahlweise auf verschiedene Untergruppen der Zeitintervalle angewendet werden, welche die neu hinzugekommene Station für die erste Nachrichtenübertragung verwendet, wobei die Untergruppen einen Anteil der Zeitintervalle umfassen und die Regeln für die erste Übertragung identisch auf alle Zeitintervalle in jeder der Untergruppen angewendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 7, bei welchem die Regeln für die erste Übertragung für alle Zeitintervalle identisch sind, welche die neu hinzugekommene Station für die erste Nachrichtenübertragung verwendet.
Verfahren nach Anspruch 10, bei welchem die Regeln für die erste Übertragung auf neu hinzugekommene Gruppen angewendet werden, wobei alle Zeitintervalle zu einer Gruppe der Sequenzen gehören, die für die erste Nachrichtenübertragung durch die neu hinzugekommenen Stationen vorgesehen sind, welche darauf warten, die erste Nachrichtenübertragung durchzuführen.
Verfahren nach Anspruch 11, bei welchem die Regeln für die erste Übertragung die Anzahl derjenigen der neu hinzugekommenen Stationen, welche senden dürfen, gemäß einer Zulassungsregel einschränken.
Verfahren nach Anspruch 12, bei welchem die Zulassungsregel neu hinzugekommenen Stationen nur das Übertragen während einer bestimmten Zeitspanne erzeugter Nachrichten während der Zeitintervalle, die den neu hinzugekommenen Stationen zugewiesen wurden, und während der Zeitintervalle, die den Gruppen neu hinzugekommener Stationen zugewiesen wurden, erlaubt.
Verfahren nach Anspruch 13, bei welchem die Zulassungsregel ferner eine Zulassungseigenschaft umfasst, wobei die Zulassungsregel die erste Nachrichtenübertragung von den neu hinzugekommenen Stationen nur dann erlaubt, wenn der Inhalt der ersten Nachrichtenübertragung die Zulassungseigenschaft aufweist.
Verfahren nach Anspruch 14, bei welchem die Zulassungseigenschaft die Nachrichten nach verschiedenen Konfliktlösungsprioritäten voneinander unterscheidet, wobei die Auflösung des Konflikts der Nachrichtenübertragung mit einer höheren Priorität vor der Auflösung des Konflikts der Nachrichtenübertragung mit einer niedrigeren Priorität versucht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 15, bei welchem die Stationen mit Nachrichtenübertragungen, die zur Übertragung zugelassen sind, die Zeitintervalle nach dem Zufallsprinzip auswählen und während eines beliebigen dieser Zeitintervalle senden, die den neu hinzugekommenen Stationen und den Gruppen von neu hinzugekommenen Stationen zugewiesen wurden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 16, bei welchem es für jeden aus einer Vielzahl von Konflikten in einer Elterngruppe einer Auflösungssequenz eine Gruppe von Zeitintervallen für eine Kindübertragung in einer nachfolgenden Gruppe der Auflösungssequenz gibt, wobei gemäß den Regeln für die nachfolgende Übertragung die Elterngruppe diejenige Gruppe ist, während der sich einer der Konflikte ereignete, und die Auflösungssequenz diejenige Sequenz ist, zu welcher die Elterngruppe gehört.
Verfahren nach Anspruch 17, bei welcher die Kindgruppe eine variable Anzahl der Zeitintervalle umfasst.
Verfahren nach Anspruch 18, bei welchem die Kindgruppe ferner eine oder mehrere Kinduntergruppen der Zeitintervalle umfasst, wobei die Untergruppe zu verschiedenen zukünftigen Gruppen der Auflösungssequenz gehört.
Verfahren nach Anspruch 19, bei welchem sich die Anzahl der Kinduntergruppen in einer Kindgruppe in Abhängigkeit von Nachrichtenübertragungen und Nachrichtenübertragungsergebnissen in einer Untergruppe der Kinduntergruppen dynamisch ändert.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 20, bei welchem die Zeitintervalle der Kindgruppe zur erneuten Übertragung der Nachrichten verwendet werden, die bei einem der Elternkonflikte beschädigt wurden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, bei welchem die Regeln für nachfolgende Übertragungen getrennt auf jedes der Zeitintervalle der Kindgruppe angewendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, bei welchem die Regeln für nachfolgende Übertragungen wahlweise auf Untergruppen der Zeitintervalle der Kindgruppe angewendet werden, wobei die Untergruppen einen Anteil er Zeitintervalle der Kindgruppe umfassen und die Regeln für nachfolgende Übertragungen identisch auf alle Zeitintervalle in jeder Untergruppe angewendet werden können.
Verfahren nach einem der Ansprüche 17 bis 21, bei welchem die Regeln für nachfolgende Übertragungen für alle Zeitintervalle der Kindgruppe identisch sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, bei welchem die Stationen die nachfolgenden Übertragungen in der Kindgruppe gemäß den Regeln für nachfolgende Übertragungen und gemäß einer Wahrscheinlichkeitsverteilung durchführen, wobei die Wahrscheinlichkeitsverteilung den Stationen erlaubt, nach dem Zufallsprinzip während des i-ten der Zeitintervalle mit der Wahrscheinlichkeit pi mit i = 1, ..., k zu senden, wobei die Kindgruppe aus k Zeitintervallen besteht und p1 + ... + pk = 1 ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, bei welchem die Stationen die nachfolgenden Übertragungen in der Kindgruppe gemäß den Regeln für nachfolgende Übertragungen und gemäß einer Wahrscheinlichkeitsverteilung durchführen, wobei die Wahrscheinlichkeitsverteilung den Stationen erlaubt, während des m-ten der Zeitintervalle mit der Wahrscheinlichkeit bm mit m = j, ..., k zu senden, wobei die Kindgruppe aus k Zeitintervallen besteht, bj + ... + bk = 1 ist und sich die Station noch nicht entschieden hat, während eines der ersten j – 1 der Übertragungszeitintervalle zu senden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 22 bis 24, bei welchem die Stationen die nachfolgenden Übertragungen in der Kindgruppe gemäß den Regeln für die nachfolgende Übertragung und gemäß einer Gruppe von Zeitabschnitten durchführen, wobei die Station während des i-ten der Zeitintervalle sendet, wenn der Inhalt der Nachrichtenübertragung während eines Zeitabschnittes ti aus der Gruppe der Zeitabschnitte erzeugt wurde, wobei die Kindgruppe aus k Zeitintervallen besteht, sich die Zeitabschnitte ti, i = 1, ..., k, nicht überschneiden t1 + ... + tk = tp 1 ist und tp den Zeitabschnitt darstellt, während dessen alle Nachrichten bei einem der Elternkonflikte erzeugt wurden.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, welches ferner eine Überwachungsstation und einen zweiten Datenübertragungskanal umfasst, wobei die Überwachungsstation über den von den Stationen nicht für Nachrichtenübertragungen verwendeten zweiten Datenübertragungskanal Nachrichten an die Stationen sendet.
Verfahren nach Anspruch 28, bei welchem die Überwachungsstation einen Startzeitpunkt und eine Dauer der Zeitintervalle im ersten Datenübertragungskanal ermittelt und den Stationen den Startzeitpunkt und die Dauer der Zeitintervalle über den zweiten Datenübertragungskanal mitteilt.
Verfahren nach Anspruch 29, bei welchem die Überwachungsstation den Startzeitpunkt und die Dauer der für eine erste Übertragung von neuen Nachrichten zugewiesenen Zeitintervalle ermittelt und den neu hinzugekommenen Stationen durch Aufforderungsnachrichten die für eine erste Übertragung von neuen Nachrichten zugewiesenen Zeitintervalle mitteilt.
Verfahren nach Anspruch 30, bei welchem die Überwachungsstation den Stationen durch Aufforderungsnachrichten und innerhalb anderer Nachrichten Regeln für die erste Übertragung mitteilt, wobei die Regeln für die erste Übertragung durch die Stationen für die erste Nachrichtenübertragung zu verwenden sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 31, bei welchem die Überwachungsstation die durch die Stationen durchgeführten Nachrichtenübertragungen während jedes der Zeitintervalle überwacht und den Stationen durch Rückmeldenachrichten mittelt, ob Nachrichtenübertragungen während jedes der Zeitintervalle zu einem Konflikt geführt haben.
Verfahren nach Anspruch 32, bei welchem die Überwachungsstation die in einer Kindgruppe für die nachfolgenden Übertragungen zugewiesenen Zeitintervalle ermittelt und die Stationen davon durch Zuweisungsnachrichten für die Sendewiederholung in Kenntnis setzt.
Verfahren nach Anspruch 33, bei welchem die Überwachungsstation den Stationen die Regeln für nachfolgende Übertragungen durch Zuweisungsnachrichten für die Sendewiederholung und andere Nachrichten mitteilt, wobei die Regeln für nachfolgende Übertragungen durch die Stationen für nachfolgende Übertragungen zu verwenden sind, wenn eine vorangehende Nachrichtenübertragung durch den Konflikt beschädigt wurde.
Verfahren nach einem der Ansprüche 30 bis 34, bei welchem die Überwachungsstation den neu hinzugekommenen Stationen eine Zulassungsregel durch die Aufforderungsmitteilung und innerhalb anderer Nachrichten mitteilt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 32 bis 35, bei welchem die Überwachungsstation jedem Konflikt nach einer Zuweisungsregel eine Konflikt-ID zuweist, die Konflikt-ID den Stationen durch Rückmeldenachrichten und andere Nachrichten mitteilt, wobei die Stationen die Konflikt-ID zur zukünftigen Verwendung bei Sendewiederholungen der bei einem Konflikt beschädigten Nachrichtenübertragung speichern.
Verfahren nach einem der Ansprüche 34 bis 36 als Unteranspruch von Anspruch 34, bei welchem die Überwachungsstation die Zeitintervalle der Kindgruppen ermittelt und dann den Stationen, bei denen jedem der Elternkonflikte eine Elternkonflikt-ID zugewiesen wurde, durch eine Sende(wiederholungs)zuweisung mitteilt, dass der Elternkonflikt-ID eine Kindgruppe zugewiesen ist.
Verfahren nach Anspruch 36 oder 37, bei welchem die Überwachungsstation den Stationen, deren jüngste Nachrichtenübertragung ein durch die Konflikt-ID gekennzeichneter Konflikt war, durch Zuweisungsnachrichten für Sendewiederholungen oder innerhalb anderer Nachrichten die Regeln für nachfolgende Übertragungen mitteilt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 36 bis 38, bei welchem die durch die Überwachungsstation verwendete Zuweisungsregel besagt, dass jedem dieser Konflikte eine eindeutige Konflikt-ID zugewiesen wird, die zu einer Liste nichtzugewiesener Konflikt-IDs gehört, wobei die Überwachungsstation jede zugewiesene Konflikt-ID in eine Liste der zugewiesenen Konflikt-IDs einträgt, eine Konflikt-ID aus der Liste der zugewiesenen Konflikt-IDs entfernt und wieder zurück in die Liste der nichtzugewiesenen Konflikt-IDs einträgt, nachdem alle Nachrichten mindestens einmal wiederholt gesendet wurden, die in einem Elternkonflikt mit derselben zugewiesenen Konflikt-ID zum Konflikt geführt haben.
Verfahren nach Anspruch 39, bei welchem die Überwachungsstation jedem Konflikt in einer ersten monoton steigenden oder fallenden Reihenfolge Konflikt-IDs aus der Liste der nicht zugewiesenen Konflikt-IDs zuweist.
Verfahren nach Anspruch 38 oder 39 als Unteranspruch von Anspruch 38, bei welchem die Überwachungsstation der Kindgruppe die Konflikt-IDs für die Nachrichtensendewiederholung in dem Elternkonflikt mit derselben ihm zugewiesenen Konflikt-ID in einer zweiten Reihenfolge der Konflikt-IDs in der Liste der zugewiesenen Konflikt-IDs zuweist, wobei die zweite Reihenfolge in einer der ersten monotonen Reihenfolge entgegengesetzten Richtung verläuft.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 41, bei welchem die Stationen nur über einen gemeinsam genutzten ersten Datenübertragungskanal an die Überwachungsstation senden und nur über einen zweiten Datenübertragungskanal Übertragungen von der Überwachungsstation empfangen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die Nachrichtenübertragungen und Sendewiederholungen von Nachrichten innerhalb verschiedener Sequenzen nach voneinander unabhängigen Regeln für die Nachrichtenübertragungen und die Sendewiederholungen von Nachrichten erfolgen.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die Stationen mit einer Vielzahl auf die Übertragung wartenden Nachrichten parallel eine Vielzahl von Konfliktlösungsverfahren durchführen, um die Vielzahl von Nachrichten zu übertragen.
Verfahren nach Anspruch 44, bei welchem die Stationen bei jeder sich bietenden Übertragungsmöglichkeit gemäß einer Auswahlregel eine aus der Vielzahl auf die Übertragung wartenden Nachrichten auswählen.
Verfahren nach Anspruch 45, bei welchem ein solches aus der Vielzahl der durch die Stationen parallel ausgeführten Konfliktlösungsverfahren den Stationen das Senden erlaubt und die Stationen eine solche Nachricht auswählen, die auf die Sendewiederholungen der Nachricht wartet.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem nach jeder erfolgreichen Nachrichtenübertragung durch eine der Stationen während eines ersten der Zeitintervalle für diese Station eine oder mehrere konfliktfreie Nachrichtenübertragungen während nachfolgender Zeitintervalle eingeplant werden, wobei die Dauer der Zeitintervalle und die Abstände zwischen ihnen variabel ist die Zeitintervalle zu keiner der Gruppensequenzen gehören, die ausschließlich für Nachrichtenübertragungen verwendet werden, bei denen es zu einem Konflikt kommen kann.
Verfahren nach Anspruch 47, bei welchem das Einplanen zukünftiger konfliktfreier Nachrichtenübertragungen durch Stationen durch die Überwachungsstation erfolgt, wobei die Überwachungsstation einen Startzeitpunkt und eine Dauer der Zeitintervalle für konfliktfreie Nachrichtenübertragungen ermittelt und den Stationen die Zeitintervalle mitteilt, während denen die Stationen zukünftige konfliktfreie Nachrichten übertragen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 48, bei welchem der für die Übertragungen der Überwachungsstation verwendete zweite Datenübertragungskanal über ein anderes Datenübertragungsmedium läuft als der für Übertragungen der Stationen verwendete erste Datenübertragungskanal.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die Zeitintervalle eine feste Größe haben.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem die Zeitintervalle in jeder Gruppe der Sequenz in Gruppen von angrenzenden Zeitintervallen angeordnet sind.
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, bei welchem der zeitliche Abstand zwischen den Anfangszeitpunkten aufeinander folgender Gruppen der Sequenz konstant ist.