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HINTERGRUND
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Die
Erfindung bezieht sich auf Funknetze, die Netze sind, in denen Einheiten
Information auf dem Weg von Funksignalen drahtlos austauschen. Es
werden insbesondere Funknetze betrachtet, in denen die Luftschnittstelle
Frequenzsprung (frequency hopping) anwendet, um das Signal über ein
breites Spektrum auszubreiten. Das angesprochene Problem ist der
Vielfachzugriff von unterschiedlichen Einheiten in einem gemeinsamen
Frequenzsprungkanal.
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Das
betrachtete System basiert auf einem Frequenzsprung- (FH, frequency
hopping) System, dessen unterschiedliche Aspekte beschrieben sind
in US-Patentanmeldungen Nr. 08/685,069; 08/932,911; und 08/932,244;
ebenso wie der provisorischen US-Anmeldung
Nr. 60/109,692 (Nr. der Anwaltsliste 040070-438, eingereicht am
24. November 1998 im Namen von J. Haartsen), aus denen weitere Details gefunden
werden können.
In diesem System ist ein Kanal als eine Frequenzsprungsequenz definiert,
die eine Pseudozufallszahlen- (PN) Sequenz ist, bestimmt durch die
Identität
einer der Einheiten, die an dem Kanal teilnimmt, was der Master
(Haupteinheit) genannt wird. Die Phase in der Sequenz wird durch einen
Mastertakt (Haupttakt) bestimmt, der mit dem Master in Verbindung
steht. während
der Mastertakt voranschreitet, springt der Kanal von Funkfrequenz (RF)
zu RF-Funkfrequenz in der Taktrate. Alle anderen Einheiten, die
an dem Kanal teilnehmen, die Slaves (Nebeneinheiten) genannt werden,
sind mit dem FH-Schema durch Verwenden der gleichen FH-Sequenz und
des gleichen Taktes wie durch den Master verwendet synchronisiert.
Der Kanal, der zwischen dem Master und dem einen oder mehr Slaves
gemeinsam genutzt wird, wird ein Pikonetz genannt.
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Bei
Verbindungseinrichtung werden die Masterparameter, die erforderlich
sind, um FH-Synchronisation aufrechtzuerhalten, von dem Master zu
dem Slave transferiert. Es wird ein striktes Zeitteilungsduplex-
(TDD, Time Division Duplex) Schema befolgt: Zeitschlitze ("Schlitze"), in denen Verkehr
von dem Master zum Slave transferiert wird, und Schlitze, in denen
Verkehr vom Slave zum Master transferiert wird, wechseln in der
Sprungrate ab. Vorzugsweise wird eine hohe Sprungrate verwendet,
um Immunität gegen
Störer
zu erhalten, die das Spektrum gemeinsam nutzen. Eine hohe Sprungrate
führt zu
kurzen Schlitzen und kleinen Paketen.
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Der
Master steuert den Zugang in dem Kanal. Ein verteilter Zugang, wie
etwa CSMA (Trägerabtastung
im Vielfachzugriff, carrier-sense multiple access), ist wegen dem
schnellen Springen des Kanals nicht anwendbar; die Verweilzeit in
einer RF-Sprungfrequenz ist zu kurz, um ein effektives konkurrenzbasiertes
Zugangsschema auszuführen.
Andererseits sind reservierte Zugangsschemata wie TDMA für paketvermittelte
Datenverbindungen nicht geeignet. Deshalb wird ein Abfrageschema
verwendet, das gänzlich
durch den Master des Pikonetzes gesteuert wird. In einem beliebigen
Zeitpunkt kann ein Master einen beliebigen der Slaves auswählen, die
in dem Kanal teilnehmen, um Daten zu ihm in dem Master-zu-Slave-Schlitz
zu senden. Es kann jedoch nur der Slave, der durch den Master in
diesem Master-zu-Slave-Schlitz angesprochen wird, in dem nachfolgenden
Slave-zu-Master-Schlitz antworten.
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In
diesem Schema wählt
der Master einen Slave in dem Master-zu-Slave-Schlitz aus, um Daten zu ihm
zu senden und von dem er Daten empfangen kann. Als ein Ergebnis
werden Kollisionen zwischen Slaves, die Information zu dem Master
in der gleichen Zeit senden wollen, verhindert. Wenn der Master
Information zu Slave X sendet, bedeutet dies implizit, dass Slave
X in dem nächsten
Slave-zu-Master-Schlitz antworten kann. Der Slave wird durch den Master
implizit abgefragt. Falls der Master keine Daten zu senden hat,
kann er ein spezifisches "Abfrage"-Paket senden, um
den Slave eine Möglichkeit
zu geben zu antworten. Ein Abfragepaket ist ein sehr kurzes Paket,
das keine Daten überträgt.
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Das
Adressierungsschema in dem System wird wie folgt ausgeführt. Jede
Einheit hat eine eindeutige Identität, die z.B. aus dem Adressierungsraum
von IEEE 802 von 48-Bit abgeleitet wird. Die Identität des Masters
wird verwendet, um die FH-Sequenz zu bilden, die durch den Kanal
in dem Pikonetz verwendet wird. Jedem Paket geht eine Präambel voraus,
die auch aus der Masteridentität
abgeleitet wird. Diese Präambel
wird durch alle Einheiten verwendet, die in dem Pikonetz teilnehmen,
um zu identifizieren, ob es ein Paket in dem Schlitz gibt, und falls
ja, ob das Paket zu diesem Pikonetz gehört. Da sich viele nicht koordinierte
Frequenzsprung-Pikonetze zusammen befinden können, kann es gelegentlich
auftreten, dass sie in der gleichen Sprungfrequenz landen. Die Präambel verhindert,
dass die Benutzer in einem Pikonetz Pakete akzeptieren, die zu einem
anderen Pikonetz gehören.
Die Masteradresse identifiziert deshalb das Pikonetz (oder Kanal)
und kann als ein Kanalidentifikator betrachtet werden.
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Um
zwischen den unterschiedlichen Teilnehmern in dem Pikonetz zu unterscheiden,
wird eine Medienzugangssteuer- (MAC, Medium Access Control) Adresse
kurzer Länge
verwendet, die durch den Master dem Slave zeitweilig zugeordnet
wird, wenn der Slave mit dem Pikonetz verbunden ist. Die MAC-Adresse
befindet sich in dem Header (Kopf) des Paketes. Der Master verwendet
die richtige MAC-Adresse, um einen Slave anzusprechen. Die Größe der MAC-Adresse
ist vorzugsweise klein, um den Overhead in dem Paketheader zum minimieren. Wie
zuvor erwähnt
wurde, verwendet das System vorzugsweise eine schnelle Sprungrate.
Als ein Ergebnis kann das Paket nur kurz sein und die Menge von
Overhead (einschließlich
der MAC-Adresse) muss minimiert werden. Die Verwendung nur einer MAC-Adresse
kurzer Länge
begrenzt jedoch die Zahl von Slaves, die gleichzeitig in dem Kanal
teilnehmen können.
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Slaves,
die nicht einen großen
Teil von Information austauschen müssen, können in einen Niederleistungsmodus
platziert werden, der HOLD (HALTEN) genannt wird. Wenn der Slave
in dem HOLD-Modus ist, nimmt er nicht an dem Kanal teil. Er überträgt oder
empfängt
keine Daten, sondern lässt seinen
Takt laufen (sodass er mit dem FH-Kanal synchronisiert bleibt),
und er behält
seine MAC-Adresse bei. Beim Abschluss eines HOLD-Intervalls (dessen Dauer
durch sowohl den Master als auch den Slave vor einem Eintritt in
den HOLD-Modus vereinbart wird) verlässt der Slave den HOLD-Modus
und nimmt an dem Kanal wie zuvor teil.
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Einheiten,
die wünschen,
mit dem Kanal verriegelt zu bleiben, können in den HOLD-Modus eintreten,
um Energieverbrauch einzusparen. Da sie jedoch ihre MAC-Adressen
beibehalten, verweigern Einheiten, die selten an dem Kanal teilnehmen,
anderen Einheiten Zugang zu dem Kanal, da der MAC-Adressraum begrenzt
ist. Diese ineffiziente Verwendung der MAC-Adressen ist mehr ein
Problem in jenen beschriebenen FH-Systemen, in denen die MAC-Adresse
kurz ist (um Overhead zum minimieren), was dazu führt, dass
nur einige wenige Slaves in der Lage sind, an dem Kanal teilzunehmen.
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In
US-A-5 577 043 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Steuern
von Informationsübertragung
in einer Multipunkt-Kommunikationsverknüpfung offenbart,
die eine Vielzahl von Slave-Stationen und eine Master-Station koppelt.
Rundrufsignale enthalten eine Zeitschlitzmarkierung oder Identifikator, die/der
mit einer Slave-Station in Verbindung steht.
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In
US-A-4 680 583 wird ein Rundrufübertragungssystem
offenbart, in dem normale Betriebsnachrichten und Endgerätadressen
zwischen einer Master-Station und einer Vielzahl von Endgeräten, jedes
mit einer zugewiesenen Adresse, übertragen werden.
Die Master-Station weist anfangs die Adressen den Endgeräten zu,
die einzeln isoliert sind, damit eine Adresse zugewiesen wird. Die
Prozedur wird wiederholt, bis allen Endgeräten Adressen zugewiesen wurden.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es
ist deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung, Techniken vorzusehen,
um Einheiten mit dem Kanal in einem Pikonetz synchronisiert zu halten, ohne
von ihnen zu fordern, ihre MAC-Adressen
beizubehalten.
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Gemäß einem
Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren vorgesehen zum Betreiben
eines Systems, umfassend eine drahtlose Mastereinheit (Haupteinheit)
und eine oder mehr drahtlose Slaveeinheiten (Nebeneinheiten), die
anfangs miteinander synchronisiert sind, wobei jede der einen oder mehr
drahtlosen Slaveeinheiten einen eindeutigen Identifikator hat und
das System einen Parkoperationsmodus enthält, auf einen Eintritt in den
hin die eine oder mehr drahtlosen Slaveeinheiten eine beliebige
zuvor zugewiesene Adresse aufgeben, das Verfahren die Schritte umfassend:
Rundrufen
eines Funkfeuerpaketes zu jeder der einen oder mehr drahtlosen Slaveeinheiten
in dem Parkmodus von der drahtlosen Mastereinheit in fixierten Intervallen
während
eines Master-zu-Slave-Zeitschlitzes,
um den drahtlosen Slaveeinheiten zu gestatten, ihre Takte abzustimmen,
um eine Drift zu berücksichtigen,
wenn in dem Parkmodus;
Empfangen des Funkfeuerpaketes in jeder
der einen oder mehr drahtlosen Slaveeinheiten in dem Parkmodus;
auf
eine Anforderung für
die drahtlose Mastereinheit hin, die drahtlose Slaveeinheit in dem
Parkmodus zu aktivieren, Rundrufen durch die drahtlose Mastereinheit
einer Funkrufnachricht in dem Funkfeuerpaket, die den jeweiligen
eindeutigen Identifikator enthält;
in
jeder der einen oder mehr drahtlosen Slaveeinheiten, Bestimmen,
ob die Funkfeuerpaket-Funkrufnachricht den eindeutigen Identifikator
enthält,
der zu der drahtlosen Slaveeinheit gehört, wobei das Vorhandensein
des eindeutigen Identifikators die Absicht der drahtlosen Mastereinheit
für die
drahtlose Slaveeinheit anzeigt, aktiv zu werden;
in jeder der
einen oder mehr drahtlosen Slaveeinheiten, Abrufen einer jeweiligen
zeitweiligen Adresse von der Funkfeuerpaket-Funkrufnachricht, ob
die Funkfeuerpaket-Funkrufnachricht den eindeutigen Identifikator
enthalten hat, der zu der drahtlosen Slaveeinheit gehört, wodurch
die drahtlose Slaveeinheit den Parkmodus verlassen kann, wobei die
jeweilige zeitweilige Adresse durch jede drahtlose Slaveeinheit
verwendet wird, sodass sie zukünftige
Pakete erkennen wird, die zu ihr durch die drahtlose Mastereinheit
gerichtet sind, bis sie erneut in den Parkmodus eintritt; und
in
jeder der einen oder mehr drahtlosen Slaveeinheiten, Übertragen
einer Antwort zu der drahtlosen Mastereinheit während eines nachfolgenden Slave-zu-Master-Zeitschlitzes,
falls die Funkfeuerpaket-Funkrufnachricht den eindeutigen Identifikator enthalten
hat, der zu der drahtlosen Slaveeinheit gehört.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung wird ein System vorgesehen, umfassend:
eine
drahtlose Mastereinheit; und
eine oder mehr drahtlose Slaveeinheiten,
gekennzeichnet dadurch, dass jede der einen oder mehr drahtlose
Slaveeinheiten einen eindeutigen Identifikator hat, und das System
einen Parkoperationsmodus enthält,
auf einen Eintritt in den hin die eine oder mehr drahtlosen Slaveeinheiten
eine beliebige zuvor zugewiesene Adresse aufgeben, und die drahtlose Mastereinheit
und die eine oder mehr drahtlosen Slaveeinheiten anfangs miteinander
synchronisiert sind,
wobei:
die drahtlose Mastereinheit
umfasst:
Mittel zum Rundrufen eines Funkfeuerpaketes zu jeder
der einen oder mehr drahtlosen Slaveeinheiten in dem Parkmodus in
fixierten Intervallen während
eines Master-zu-Slave-Zeitschlitzes, um den drahtlosen Slaveeinheiten
zu gestatten, ihre Takte abzustimmen, um eine Drift zu berücksichtigen,
wenn in dem Parkmodus; und
Mittel zum Rundrufen einer Funkrufnachricht
in dem Funkfeuerpaket, enthaltend einen jeweiligen eindeutigen Identifikator
auf eine Anforderung hin für
die drahtlose Mastereinheit, die drahtlose Slaveeinheit in dem Parkmodus
zu aktivieren; und
jede der drahtlosen Slaveeinheiten umfasst:
Mittel
zum Empfangen des Funkfeuerpaketes in dem Parkmodus;
Mittel
zum Bestimmen, ob die Funkfeuerpaket-Funkrufnachricht den eindeutigen
Identifikator enthält,
der zu der drahtlosen Slaveeinheit gehört, wobei das Vorhandensein
des eindeutigen Identifikators die Absicht der drahtlosen Mastereinheit
für die
drahtlose Slaveeinheit anzeigt, aktiv zu werden;
Mittel zum
Abrufen einer jeweiligen zeitweiligen Adresse von der Funkfeuerpaket-Funkrufnachricht, falls
die empfangene Funkfeuerpaket-Funkrufnachricht den eindeutigen Identifikator
enthalten hat, der zu der drahtlosen Slaveeinheit gehört, wodurch
die drahtlose Slaveeinheit den Parkmodus verlassen kann, wobei die
jeweilige zeitweilige Adresse durch jede drahtlose Slaveeinheit
verwendet wird, sodass sie zukünftige
Pakete erkennen wird, die zu ihr durch die drahtlose Mastereinheit
gerichtet sind, bis sie in den Parkmodus erneut eintritt; und
Mittel
zum Übertragen
einer Antwort zu der drahtlosen Mastereinheit während eines nachfolgenden Slave-zu-Master-Zeitschlitzes,
falls die Funkfeuerpaket-Funkrufnachricht den eindeutigen Identifikator enthalten
hat, der zu der drahtlosen Slaveeinheit gehört.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der Erfindung wird eine drahtlose Mastereinheit
vorgesehen zur Verwendung in einem System, umfassend die drahtlose
Mastereinheit und eine oder mehr drahtlose Slaveeinheiten, die anfangs
miteinander synchronisiert sind, wobei jede der einen oder mehr
Slaveeinheiten einen eindeutigen Identifikator hat und das System
einen Parkoperationsmodus enthält,
auf einen Eintritt in den hin die eine oder mehr drahtlosen Slaveeinheiten
eine beliebige zuvor zugewiesene Adresse aufgeben, wobei die drahtlose
Mastereinheit gekennzeichnet ist zu umfassen:
Mittel zum Generieren
eines Funkfeuerpaketes mit einem Headerabschnitt, der eine vordefinierte
zeitweilige Adresse enthält,
die der einen oder mehr drahtlosen Slaveeinheiten in dem System
niemals zugewiesen wird;
Mittel zum Rundrufen des Funkfeuerpaketes
zu jeder der einen oder mehr drahtlosen Slaveeinheiten in dem Parkmodus
in fixierten Intervallen während
eines Master-zu-Slave-Zeitschlitzes, um den drahtlosen Slaveeinheiten
zu gestatten, ihre Takte abzustimmen, um eine Drift zu berücksichtigen,
wenn in dem Parkmodus; und
Mittel zum Rundrufen einer Funkrufnachricht
in dem Funkfeuerpaket, enthaltend einen jeweiligen eindeutigen Identifikator
auf eine Anforderung hin für
die drahtlose Mastereinheit, die drahtlose Slaveeinheit in dem Parkmodus
zu aktivieren, und Mittel zum Enthalten einer zeitweiligen Adresse
in der Funkrufnachricht zur Verwendung durch die aktivierte drahtlose Slaveeinheit,
wodurch die drahtlose Slaveeinheit den Parkmodus verlassen kann,
wobei die jeweilige zeitweilige Adresse durch jede drahtlose Slaveeinheit verwendet
wird, sodass sie zukünftige
Pakete erkennen wird, die zu ihr durch die drahtlose Mastereinheit gerichtet
sind, bis sie in den Parkmodus erneut eintritt.
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Gemäß noch einem
anderen Aspekt der Erfindung wird eine drahtlose Slaveeinheit vorgesehen zur
Verwendung in einem System, umfassend eine drahtlose Mastereinheit
und eine oder mehr drahtlose Slaveeinheiten, die anfangs miteinander
synchronisiert sind, wobei jede der einen oder mehr Slaveeinheiten
einen eindeutigen Identifikator hat und das System einen Parkoperationsmodus
enthält,
auf einen Eintritt in den hin die eine oder mehr drahtlosen Slaveeinheiten
eine beliebige zuvor zugewiesene Adresse aufgeben, dadurch gekennzeichnet
zu umfassen:
Mittel zum Empfangen in dem Parkmodus eines Funkfeuerpaketes,
das von der drahtlosen Mastereinheit in fixierten Intervallen während eines
Master-zu-Slave-Zeitschlitzes rundgerufen wird, um den drahtlosen
Slaveeinheiten zu gestatten, ihre Takte abzustimmen, um eine Drift
zu berücksichtigen, wenn
in dem Parkmodus;
Mittel zum Bestimmen, ob das Funkfeuerpaket
eine Funkrufnachricht enthält,
die den eindeutigen Identifikator enthält, der zu der drahtlosen Slaveeinheit
gehört;
Mittel
zum Abrufen einer zeitweiligen Adresse von der Funkfeuerpaket-Funkrufnachricht,
falls die Funkfeuerpaket-Funkrufnachricht den eindeutigen Identifikator
enthalten hat, der zu der drahtlosen Slaveeinheit gehört, wodurch
die drahtlose Slaveeinheit den Parkmodus verlassen kann, wobei die
jeweilige zeitweilige Adresse durch jede drahtlose Slaveeinheit verwendet
wird, sodass sie zukünftige
Pakete erkennen wird, die zu ihr durch die drahtlose Mastereinheit gerichtet
sind, bis sie erneut in den Parkmodus eintritt; und
Mittel
zum Übertragen
einer Antwort zu der drahtlosen Mastereinheit während eines nachfolgenden Slave-zu-Master-Zeitschlitzes,
falls die Funkfeuerpaket-Funkrufnachricht den eindeutigen Identifikator enthalten
hat, der zu der drahtlosen Slaveeinheit gehört.
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In Übereinstimmung
mit der Erfindung kann eine drahtlose Slaveeinheit in einem sogenannten PARK-Modus
sein, in dem sie nicht mit einer zeitweiligen Adresse (z.B. einer
MAC-Adresse, die in der Hintergrundsektion beschrieben wird) in
Verbindung steht. Um eine geparkte drahtlose Slaveeinheit auszurufen,
wird ein Funkfeuerpaket einschließlich einer Funkrufnachricht
rundgerufen zu, und empfangen in, jeder der einen oder mehr drahtlosen
Slaveeinheiten in fixierten Intervallen während eines Master-zu-Slave-Zeitschlitzes.
Jede drahtlose Slaveeinheit bestimmt, ob das empfangene Funkfeuerpaket
den eindeutigen Identifikator enthält, der zu der drahtlosen Slaveeinheit
gehört.
Falls ja, dann ruft die drahtlose Slaveeinheit eine zeitweilige
Adresse aus dem Funkfeuerpaket ab, und überträgt eine Antwort zu der drahtlosen
Mastereinheit während
eines anschließenden
Slave-zu-Master-Zeitschlitzes.
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In
einem anderen Aspekt der Erfindung kann die drahtlose Slaveeinheit
bestimmen, ob ein Verkehrspaket von der drahtlosen Mastereinheit
anschließend
zu der Funkfeuerpaket-Funkrufnachricht die zeitweilige Adresse enthält, und
falls ja, durch Übertragen
einer Antwort zu der drahtlosen Mastereinheit während eines anderen anschließenden Slave-zu-Master-Zeitschlitzes
antworten.
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In
noch einem anderen Aspekt der Erfindung hat das Funkfeuerpaket einen
Headerabschnitt, der eine vordefinierte zeitweilige Adresse enthält, die
niemals einer beliebigen der einen oder mehr drahtlosen Slaveeinheiten
in dem System zugewiesen wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER
ZEICHNUNGEN
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Die
Ziele und Vorteile der Erfindung werden durch Lesen der folgenden
detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen verstanden,
in denen:
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1 ein
Zeitsteuerungsdiagramm einer beispielhaften Luftschnittstelle in Übereinstimmung mit
der Erfindung ist;
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2 ein
Diagramm eines beispielhaften Paketformates zur Verwendung in der
Luftschnittstelle in Übereinstimmung
mit der Erfindung ist;
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3 ein
beispielhaftes Adressierungsschema zur Verwendung mit der Luftschnittstelle
in Übereinstimmung
mit der Erfindung schematisch darstellt;
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4 ein
Zeitsteuerungsdiagramm ist, das Funkfeuerübertragung und Parkaufwachen
in Übereinstimmung
mit der Erfindung veranschaulicht; und
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5 ein
Zeitsteuerungsdiagramm ist, das das Ausrufen eines geparkten Slaves
A in Übereinstimmung
mit der Erfindung veranschaulicht.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG
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Zuerst
wird ein Überblick über verschiedene Aspekte
der Erfindung präsentiert,
gefolgt durch eine detailliertere Beschreibung.
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Überblick
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Es
wird ein Verfahren beschrieben, in dem Einheiten mit dem Frequenzsprungkanal
synchronisiert bleiben, ohne eine MAC-Adresse zu besitzen. Diese
Einheiten sind in einem neuen Modus, der hierin als PARK-Modus bezeichnet
wird. Der Kanalidentifikator wird verwendet, um anfangs zwischen
dem Pikonetz-Master und geparkten Slaves zu kommunizieren. Wenn
ein geparkter Slave aktiv werden will, zeigt er dies dem Master
an, in welchem Zeitpunkt der Master diesem Slave eine freie zeitweilige MAC-Adresse
zuordnet. Sobald er aktiv ist, kann der Slave in dem Pikonetz teilnehmen,
und kann für
kurze Zeitperioden gelegentlich auf HALT gesetzt werden, wobei seine
MAC-Adresse beibehalten wird. Für längere Perioden
von Inaktivität
kann der Slave in den PARK-Modus eintreten, wobei seine MAC-Adresse
in dem Prozess aufgegeben wird, wobei dadurch die MAC-Ad resse für eine Verwendung durch
einen anderen Slave freigegeben wird.
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Um
den PARK-Modus unterstützen, überträgt der Master
ein Rundrufpaket in fixierten Intervallen, welches als eine Art
von Funkfeuer arbeitet. Das Rundrufpaket wird durch eine MAC-Adresse mit nur Nullen
identifiziert. Alle Slaves im PARK-Modus wachen stets auf, um das
Funkfeuer zu lesen. Falls der Master wünscht, dass ein geparkter Slave
aktiv wird, gibt er eine Funkrufnachricht in der Nutzlast des Funkfeuerpaketes
aus. Diese Funkrufnachricht enthält
die vollständige
48-Bit-Identität des Slaves
und die zeitweilige MAC-Adresse, die durch diesen Slave zu verwenden
ist. Nur dem Slave, der ausgerufen wurde, wird erlaubt, in dem nächsten Slave-zu-Master-Schlitz zu antworten.
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Die
Erfindung unterscheidet zwischen aktiven Slaves in einem Hochleistungsmodus
und inaktiven Slaves in einem Niederleistungsmodus. Durch Reservieren
der MAC-Adresse nur für
die aktiven Slaves kann eine große Zahl von inaktiven Slaves ohne
viel Overhead in dem Kanal unterstützt werden. Für häufungsartigen
Datenverkehr können
aktive und inaktive Slaves basierend auf ihren Verkehrsanforderungen
ausgetauscht werden (unter Wiederverwendung der MAC-Adressen). Auf
diese Weise kann die Zahl von Slaves, die mit dem Kanal virtuell
verbunden sind, viel größer sein,
als durch die MAC-Adresse angezeigt wird.
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Detailliertere
Beschreibung
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Die
verschiedenen Merkmale der Erfindung werden nun noch detaillierter
mit Bezug auf die Figuren beschrieben, in denen gleiche Teile mit
den gleichen Bezugszeichen identifiziert werden. Um ein besseres
Verständnis
der Erfindung zu unterstützen, konzentriert
sich die Erörterung
auf die Luft schnittstelle, die Typen von Kommunikationen, die zwischen
Master und Slaveeinheiten stattfinden, und die verschiedenen Wege,
auf denen Master und Slaveeinheiten auf Empfang verschiedener Typen
von Paketen antworten. Ein Durchschnittsfachmann sollte kein Problem
haben, betriebsfähige
Systeme basierend auf der hierin präsentierten funktionalen Beschreibung
zu gestalten und zu erstellen. Derartige Systeme können z.B.
enthalten programmierbare Ausrüstung,
die Programminstruktionen ausführt,
die in Übereinstimmung
mit den hierin dargelegten Prinzipien erstellt werden, und in beliebigen
aus einer Vielfalt von computerlesbaren Speichermedien gespeichert
sind, einschließlich,
aber nicht darauf begrenzt, eines Speichers mit wahlfreiem Zugriff
(RAM, Random Access Memory), magnetischer Speichermedien (z.B. Festplatte
und/oder Floppy-Disk)
und optischer Speichermedien (z.B. Kompaktdisk (CD), Nur-Lesespeicher
(ROM)).
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Private
Funkkommunikationen erfordern die Aufstellung von nicht-lizenzierten
Bändern.
Gegenwärtig
gibt es nicht viel nicht-lizenziertes Funkspektrum, das global verfügbar ist.
Ein Band, das industrielle wissenschaftliche medizinische (ISM,
Industrial Scientific Medical) Band bei 2,4 GHz ist eine Ausnahme;
es ist weltweit verfügbar,
obwohl sich die genauen Betriebskanäle je nach Land unterscheiden
können.
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Die
Verwendung des ISM-Bandes ist auf Funksysteme begrenzt, die Signalspreizung
anwenden. Auf diese Weise spreizen unkoordinierte Systeme ihre Interferenz.
Jedem System wird eine faire Chance gegeben, von dem Spektrum Gebrauch
zu machen, und kein einzelnes System kann die Verwendung dominieren.
Ein kosteneffektives Spreizverfahren ist die Verwendung von Frequenzsprungspreizung
(frequency-hop spreading), d.h. das ISM-Band ist in eine Zahl, M, von RF-Sprungfrequenzen
unterteilt und der Kanal springt von einer Sprungfrequenz zu der
nächsten
gemäß einer
pseudozufälligen
Sprungsequenz.
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Die
Sprungrate ist auf ein Minimum von 2,5 Sprüngen/s eingeschränkt. Die
Wahl der Sprungrate hängt
von einer Reihe von Kriterien ab. Um die optimale Interferenzimmunität (durch
Interferenzdiversifizierung und statistisches Multiplexen) zu erhalten,
ist eine hohe Sprungrate erwünscht.
Falls ein Sprung wegen Interferenz verloren geht, geht nur eine
kleine Häufung
der Kommunikationen verloren. Dies ist besonders für Sprachkommunikationen
von Vorteil, die nur kurze Perioden hoher Bitfehlerraten ohne merkliche
Effekte überwinden
können.
Für Datenkommunikationen
hängt die
Wahl einer geeigneten Sprungrate von der Wahl des Zugriffsschemas
ab. Für
ein Zugriffsschema mit Ethernet, wie Vielfachzugriff mit Trägerabtastung
(CSMA, auch als "hören vor
sprechen" bekannt),
ist für
eine optimale Konkurrenzauflösung langsames
Springen erwünscht.
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Falls
Sprache und Daten zu kombinieren sind, muss für Sprachübertragung eine hohe Sprungrate
verwendet werden, was für
die Daten ein anderes Zugriffsschema erfordert. An Stelle von CSMA/CA
(CSMA/Kollisionsvermeidung) wird ein Abfrageschema verwendet, in
dem eine zentrale Einheit, der Master, den Zugang zu dem Kanal steuert.
Das System wurde ausgelegt, in dem alle Einheiten im Prinzip Peer-Einheiten
sind, wenn aber eine Verbindung zwischen den Einheiten hergestellt
wird, wird eine der Einheiten der Master sein, wohingegen die anderen
Einheiten Slaves werden. Die Master-Slave-Beziehung ist nur für die Dauer
der Verbindung gültig.
Der Master kann ein Pikonetz einrichten. Das Pikonetz verwendet
einen FH-Kanal in einer hohen Sprungrate. Es wird ein striktes TDD-Schema
verwendet, in dem sich die Master-zu-Slave- und Slave-zu-Master-Übertragungen
in der Sprungrate abwechseln. Die FH-Sequenz wird durch die Masteridentität bestimmt,
die Phase in der Sequenz wird durch den Mastersystemtakt bestimmt.
Bei Verbindungseinrichtung transferiert der Master seine Identität und Takt
zu allen Slaves. Durch Verwenden dieser einzelnen Identität und Taktes
sind alle Benutzer (Master und Slaves) synchronisiert und können dem Sprungkanal
folgen. 1 ist ein Zeitsteuerungsdiagramm
eines beispielhaften FH-TDD-Kanals, wie in dieser Offenbarung gemeint.
Jedes Paket 101, das in dem Kanal zu verwenden ist, wird
durch eine Präambel
eindeutig identifiziert. Dies ist z.B. ein eindeutiges 64-Bit-Wort
mit guten Kreuz- und Auto-Korrelationseigenschaften. Die Präambel wird
aus der Masteridentität
abgeleitet. Ein Paket 101 muss die richtige Präambel haben,
bevor es durch die teilnehmenden Einheiten akzeptiert wird. Die
Präambel
kann als der Kanalidentifikator betrachtet werden, da es die Pakete
identifiziert, die zu dem Kanal gehören. Ein Paket 101 hat
ein typisches Format, wie in 2 gezeigt wird.
In dem Beispiel folgt der Präambel 201 ein
Header 203, dem eine Nutzlast 205 folgt.
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Jede
Einheit hat eine eindeutige Identität, die z.B. aus dem Adressraum
von IEEE 802 von 48 Bit abgeleitet wird. Diese Identität wird nur
zur Zeit einer Rufeinrichtung für
den Zweck zum Ausrufen einer Einheit verwendet. Während der
Verbindung wird eine zeitweilige MAC-Adresse verwendet. Dies kann eine
viel kleinere Adresse sein, z.B. 3 Bits, da sie nur zwischen den
teilnehmenden Einheiten unterscheiden muss. Diese MAC-Adresse ist
Teil des Headers 203. Die Adressierung wird in 3 schematisch
detaillierter gezeigt. Jede Einheit hat eine eindeutige Identität (Aufwachidentifikator) 301,
die während
des Ausrufungsprozesses verwendet wird. Aus der Masteridentität 303 wird
ein Kanalidentifikator 307 abgeleitet. Schließlich identifiziert
eine MAC-Adresse 305 in dem Header die Einheiten, die in
dem gleichen Pikonetz teilnehmen. Die Einheitenidentitäten 301 und die
abgeleiteten Kanalidentifikatoren 307 sind eindeutig. Die
MAC-Adresse 305 wird nur zeitweilig zugeordnet und ist
während
der Verbindung gültig.
Die MAC-Adresse aus nur Nullen ist für Rundrufnachrich ten reserviert.
Um Kollisionen in dem Kanal zu vermeiden, folgen der Master und
Slave strikt dem TDD-Schema: dem Master wird nur erlaubt, in dem Master-zu-Slave-Schlitz
zu übertragen,
und den Slaves wird nur erlaubt, in dem Slave-zu-Schlitz zu übertragen.
Um Kollisionenen zwischen Slaves zu vermeiden, ist der einzige Slave,
dem erlaubt wird zu übertragen,
der Slave, der mit seiner MAC-Adresse 305 durch den Master
in dem vorangehenden Master-zu-Slave-Schlitz adressiert wurde. Dies
wird Abfragen genannt: ein Slave kann nur antworten, wenn durch
den Master abgefragt/adressiert. Dieses Abfragen kann implizit geschehen,
d.h. durch Senden eines Paketes, das Verkehr in der Nutzlast enthält, das zu
den richtigen Slave adressiert ist; oder explizit durch Verwenden
eines speziellen ABFRAGE-Paketes ohne Nutzlast, aber zu dem richtigen
Slave adressiert.
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Die
MAC-Adresse 305 ist viel kleiner als die Einheitenidentität 301.
Dies wird den Overhead in dem Paket reduzieren, da die (Vorwärtsfehlerkorrektur
(FEC, Forward Error Correction) kodierte) MAC-Adresse 305 in
jedem Paketheader vorhanden ist. Dies begrenzt jedoch die Menge
von Einheiten, die in einem Pikonetz teilnehmen können. Insbesondere
benötigen
Einheiten, die wünschen,
an einem Pikonetz angebracht werden wollen, aber nicht aktiv in
Kommunikationen einbezogen sind (wie schlafende Teilnehmer) eine
MAC-Adresse 305, die ineffizient verwendet wird. Deshalb
wird nun ein Verfahren beschrieben, das Einheiten erlaubt, zu dem
Pikonetzkanal geparkt zu bleiben, ohne dass ihnen eine MAC-Adresse 305 zugewiesen
ist.
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Einheiten,
die mit dem Pikonetz in Verbindung gewesen sind, haben alle Information,
die benötigt
wird, um mit dem Pikonetz synchronisiert zu bleiben, d.h. sie haben
die Masteridentität 303 und den
Mastertakt. Aus der Masteridentität 303 können die
FH-Sequenz und der Kanalidentifikator 307 (Paketpräambel) abgeleitet
werden; aus dem Takt kann die Phase in der FH-Sequenz abgeleitet
werden. Gelegentlich muss eine Einheit auf die Masterübertragung
hören,
um ihren Takt abzustimmen, um Taktdriften zu berücksichtigen. Wir unterscheiden
nun zwischen vier unterschiedlichen Betriebsmodi: STANDBY (Bereitschaft),
AKTIV, HALT und PARKEN. Bei STANDBY ist eine Einheit nicht an einer
beliebigen anderen Einrichtung angebracht. Sie wacht periodisch
auf, um auf Funkrufnachrichten zu hören. Die Funkrufnachricht muss
die Identität
der Einheit enthalten. Eine Einheit im Modus AKTIV verwendet die Masteridentität 303 und
den Takt, um Synchronismus mit dem FH-Kanal beizubehalten und die
richtigen Pakete durch Filtern der Pakete mit der richtigen Präambel zu
extrahieren. Außerdem
hat sie eine MAC-Adresse 305, um durch den Master erkannt
zu werden. Einheiten, die für
einen kurzen Moment auf inaktiv gesetzt werden können, werden in den HALT-Modus
eintreten. In diesem Modus schläft
der Slave für
eine vorbestimmte Zeitperiode, wonach er erneut aktiv wird. Während des
Schlafmodus kann der Slave Zugriff zu dem Kanal nicht erhalten,
noch kann er durch den Master erreicht werden. Ein Slave im HALT-Modus
behält
seine MAC-Adresse 305 bei. Ein Slave, der für eine längere Zeit
inaktiv gesetzt werden kann, wird in den PARK-Modus eintreten. In diesem Modus gibt
ein Slave die MAC-Adresse 305 auf, wobei dadurch diese
MAC-Adresse 305 für
eine Zuweisung zu einer anderen Slaveeinheit verfügbar gemacht
wird. Der Slave im PARK-Modus wacht periodisch auf, um auf den Kanalidentifikator 307 zu
hören,
um seinen Takt abzustimmen, um Drift zu berücksichtigen.
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Um
geparkte Einheiten erneut teilnehmen zu lassen, muss ein spezielles
Zugriffsverfahren ausgeführt
werden. Ein Master kann eine geparkte Einheit durch ihr Ausrufen
aktivieren. Um dieses Ausrufen zu unterstützen, überträgt der Master eine Rundrufnachricht
in regelmäßigen Intervallen
(hierin nachstehend auch als ein Funkfeuer bezeichnet). Während dieses
Funkfeuerereignisses kann die geparkte Einheit erneut aktiv werden,
sodass im Prinzip der geparkte Slave nur während der Funkfeuer aufwachen muss.
Die Funkrufnachricht wird durch eine vordefinierte MAC-Adresse identifiziert,
die niemals irgendeinem der Slaves zugewiesen wird. In der beispielhaften
Ausführungsform
ist die vordefinierte MAC-Adresse die MAC-Adresse aus nur Nullen.
Um einen geparkten Slave zu aktivieren, ruft der Master diesen Slave
durch Einschließen
der Identität
des Slaves 301 in die Nutzlast 205 des Rundrufpaketes 101 auf.
Außerdem
enthält
die Nutzlast 205 die (zeitweilige) MAC-Adresse 305, die durch den
geparkten Slave zu verwenden ist. Einem Slave, der auf diese Art
und Weise ausgerufen wird, wird erlaubt, in dem folgenden Slave-zu-Master-Schlitz
direkt zu antworten. Der Slave behält auch die zugewiesene MAC-Adresse 305 bei,
sodass er zukünftige
Pakete erkennen wird, die durch die Mastereinheit an ihn gerichtet
sind.
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Ein
Beispiel wird die Prozeduren im PARK-Modus weiter verdeutlichen. 4 ist
ein Zeitsteuerungsdiagramm, das zeigt, wie eine Rundrufnachricht 401 (z.B.
ein Paket, das einen Header 203 enthält, der eine Null-MAC-Adresse
enthält)
in regelmäßigen Intervallen
gesendet wird, um wie ein Funkfeuer zu agieren. Einheiten im PARK-Modus
wachen nur während
des Funkfeuers auf (oder alternativ nur während aller N Funkfeuer, um
Energieverbrauch reduzieren). Bezug nehmend nun auf 5 sendet, wenn
ein Master wünscht,
einen geparkten Slave A zu aktivieren, er eine Funkrufnachricht 501,
die die Identität
von A 301 und eine zeitweilige MAC-Adresse "A" enthält. In dem Slave-zu-Master-Schlitz,
der der Funkrufnachricht 501 folgt, kann Slave A als ein aktivierter
Slave unter Verwendung der gerade zugeordneten MAC-Adresse "A" antworten 503.
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Zusätzlich zu
der Unterstützung
für Niederleistungsmodi,
d.h. für
Einheiten, die mit dem Kanal verriegelt bleiben wollen, ohne tatsächlich in
dem Kanal teilzunehmen, können
die beschriebenen Techniken verwendet werden, um eine viel größere Zahl von
Benutzern zu unterstützen,
als durch die MAC-Adresse angezeigt. Dies kann für Slaves, die Datenverkehr
unterstützen,
von Vorteil verwendet werden. Datenverkehr ist häufungsartig: wenn eine Nachricht
ankommt, müssen
der Master und Slave beliebige Pakete austauschen, um die Information übermitteln,
aber zwischen Nachrichten kann es eine lange Leerlaufzeit geben.
Durch richtiges Planen des Verkehrs werden Slaves, die zwischen
den Nachrichten in der Leerlaufzeit sind, in den PARK-Modus platziert,
und Slaves, die Nachrichten austauschen müssen, sind in dem AKTIV-Modus.
Sobald eine Nachricht übertragen
wurde, wird der Slave in den PARK-Modus gebracht, wobei dadurch
seine MAC-Adresse aufgegeben wird. Ein geparkter Slave kann dann
aktiviert werden, und diese gleiche MAC-Adresse für Informationsaustausch
erneut verwendet werden. D.h. aktive und inaktive Slaves werden
die ganze Zeit zwischen dem AKTIV-Modus und dem PARK-Modus abhängig von
ihren Verkehrsanforderungen ausgetauscht. Auf diese Weise ist die Menge
von Slaves, die virtuell in dem Kanal teilnehmen, viel größer als
durch die kleine MAC-Adresse angezeigt wird.
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Die
Erfindung wurde mit Bezug auf eine bestimmte Ausführungsform
beschrieben. Es wird einem Fachmann jedoch leicht offensichtlich
sein, dass es möglich
ist, die Erfindung in spezifischen Formen außer jenen der oben beschriebenen
bevorzugten Ausführungsform
zu verkörpern.
Dies kann ohne Abweichen von dem Bereich der Erfindung geschehen, wie
durch die angefügten
Ansprüche
definiert, an Stelle der vorangehenden Beschreibung, und alle Variationen
und Entsprechungen, die in den Bereich der Ansprüche fallen, sind gedacht, darin
eingeschlossen zu sein.