EP2502361A1 - Verfahren zur zuordnung von zeitschlitzen zu links zwischen netzknoten eines drahtlosen vermaschten netzes - Google Patents

Verfahren zur zuordnung von zeitschlitzen zu links zwischen netzknoten eines drahtlosen vermaschten netzes

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EP2502361A1
EP2502361A1 EP11701380A EP11701380A EP2502361A1 EP 2502361 A1 EP2502361 A1 EP 2502361A1 EP 11701380 A EP11701380 A EP 11701380A EP 11701380 A EP11701380 A EP 11701380A EP 2502361 A1 EP2502361 A1 EP 2502361A1
Authority
EP
European Patent Office
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network
alternative
node
links
network nodes
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11701380A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Heinrich
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Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens AG filed Critical Siemens AG
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Publication of EP2502361A1 publication Critical patent/EP2502361A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/24—Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts
    • H04B7/26—Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts at least one of which is mobile
    • H04B7/2643—Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts at least one of which is mobile using time-division multiple access [TDMA]
    • H04B7/2656—Radio transmission systems, i.e. using radiation field for communication between two or more posts at least one of which is mobile using time-division multiple access [TDMA] for structure of frame, burst
    • H—ELECTRICITY
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    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L45/00—Routing or path finding of packets in data switching networks
    • H04L45/24—Multipath
    • H—ELECTRICITY
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    • H04W40/00—Communication routing or communication path finding
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    • H04W72/00—Local resource management
    • H04W72/04—Wireless resource allocation
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04W72/00—Local resource management
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/18—Self-organising networks, e.g. ad-hoc networks or sensor networks
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Definitions

  • the invention relates to a method for the assignment of
  • the invention relates to a
  • Network management unit and a wireless mesh network.
  • Wireless mesh networks are based on the principle that data is communicated from one network node to another via a plurality of interconnected network nodes having wireless communication functionality via so-called hops (ie, communications via other nodes) .
  • the networks are constructed in such a way that there are several other network nodes within reach of a network node to which data can be sent.
  • scheduling methods are used, with which corresponding links between two network nodes are assigned time slots in which the link can be used to transmit data.
  • the data transfer takes place usually over several transmission frequencies, in
  • channels Also referred to as channels below, with multiple links having different start and end nodes in a timeslot on different channels for disjoint links
  • Time slots are assigned for data transmission over as far as possible all channels used for data transmission away times. It is disadvantageous that the individual network nodes often for listening or sending in the appropriate Time slots are activated. If the wireless mesh network, for example, a sensor network with battery-powered sensors, this results in a shortened operating time of the sensors, because listening to the channels leads to high energy consumption, so that at short intervals, the batteries of the sensors must be replaced.
  • the object of the invention is therefore the assignment of
  • Time slots to form links between network nodes of a wireless mesh network such that in the context of data transmission, an energy efficient operation of
  • time slots are allocated to links between network nodes of a wireless mesh network of a plurality of wirelessly communicating network nodes, wherein data and in particular data packets in the network are time-slot-based by means of the assignment to
  • Network node exists over which data from the source node to the destination node can be forwarded. In this way, it is appropriate to determine how many nodes in a header plane between a source node and destination node
  • a main path is formed, each having one network node per hopplane and the corresponding links between the network nodes of neighboring (i.e., directly consecutive) hop planes of the one
  • a link is thus a directed transmission path between a hop plane to the next hop plane in the order of the hop planes. Furthermore, in a step b) for the Hopebenen between
  • Source nodes and destination nodes each have a number of
  • a step c) the time slots are assigned to the links of the main path and the alternative links in such a way that one of a respective one of them
  • This first criterion relates to network nodes of the main path.
  • incoming links in a respective network node receive time slots earlier than links extending from the respective network node.
  • Main path can be set appropriately alternative paths.
  • preference is given to a preference of the main path.
  • the second criterion that the data is sequentially connected between the source node and the destination node via the corresponding hop planes
  • a reliable data transmission can be achieved.
  • the number of transmission possibilities is limited via corresponding links via the scheduling defined according to the invention, so that the number of time slots not used for transmission decreases and as a result a significantly more energy-efficient data transmission with comparable reliability to known methods is made possible.
  • step c) The time slot assignment defined in step c) according to the invention is implemented in a preferred embodiment based on the following rule:
  • each one is obtained from the respective network node alternative Link a temporally later time slot than the extending from the respective network node link of the main path;
  • the alternative link entering the respective alternative network node receives a time slot earlier than the alternative link extending from the respective alternative network node.
  • a high reliability of the data transmission can be achieved in particular based on a criterion, according to which the main path or its links the lowest possible data error rate and / or the highest possible reliability / link stability during data transmission and / or the best possible energy efficiency of the
  • the alternative network nodes are preferably selected such that their alternative links have the lowest possible data error rate and / or one
  • the number of alternative network nodes used in the process may vary. If a particularly energy-efficient operation of the network is in the foreground, then in a preferred variant, a single alternative network node is defined for at least one and in particular all hops planes. Is a high
  • Reliability of data transmission in the foreground it can be set in a further variant for at least one and in particular all Hopebenen several alternative network nodes.
  • the alternative for a particular Hopebene the alternative for a particular Hopebene
  • At least one additional link between alternative network nodes of the neighboring hop planes is defined for at least one pair of adjacent hop planes, with an alternative link extending from an alternative network node being earlier in time
  • time slots with variable length can be assigned to the respective links.
  • time slots with variable length can be assigned to the respective links.
  • Timeslot length be given, wherein extending a time slot of several slots with this fixed
  • Time slot length can be sequentially assigned to the same link.
  • the method is characterized by an energy-efficient operation of the network. Accordingly, the method is preferably carried out in a meshed network in the form of a wireless sensor network in which the Nodes at least partially sensors with autarkic
  • Sensor networks are used in which the sensors are not subject to energy limitations.
  • the invention further comprises a resulting method for timeslot-based
  • time slots are allocated to links between a source node and a destination node according to the inventive method described above, data being transmitted on one or more channels based on this association between the source node and the destination node.
  • the method according to the invention can be combined with data transfer methods known per se, such as e.g. with the standard known from the prior art WirelessHART or IEEE 805.15.4e or ISA 100.11a. In this case, only the assignment of the time slots to network nodes, e.g. be realized in a network management unit.
  • the invention further relates to a network management unit for a wireless mesh network of a plurality of network nodes communicating with each other wirelessly, wherein the network management unit is arranged to allocate time slots to links between network nodes based on the above-described association method according to the invention.
  • the invention also relates to a
  • wireless mesh network of a plurality of wirelessly communicating network nodes with such a network management unit.
  • Network management units are designed in such a way that they have data based on the one described above
  • Fig. 1 to Fig. 3 are schematic representations which the
  • Fig. 5 is a diagram showing the assignment of
  • Embodiments of the inventive method for a multi-hop mesh network are described below, in which data packets are zeitzlitz-based with a suitable standard, such as e.g. WirelessHART, to be transmitted.
  • a suitable standard such as e.g. WirelessHART
  • inventive method is doing a novel
  • the method is suitable in particular for use in sensor networks, in which at least part of the network nodes are sensors, which usually have a self-sufficient
  • Power supply eg battery
  • data is not continuously transmitted from a source node to a destination node, but there are often longer transmission pauses, until a corresponding sensor again has determined new sensor data, which he others
  • Fig. 4 shows an example of a section of a multi-hop mesh network. From this network a total of 24 network nodes 1, 2, 3, 24 are shown. Further, dashed lines indicate possible links in the form of direct communication paths between network nodes in
  • a so-called main path for data transmission from a source node to a destination node is defined.
  • a main path is denoted by reference MP and indicated by corresponding arrows. It can be seen that the main path, starting from the node 9, extends horizontally via the nodes 10, 11, 15 to the
  • the main path may vary depending on Use case can be determined suitably.
  • the path is chosen such that the packet error rate on the main path is small compared to other paths.
  • corresponding alternative paths with alternative links via further network nodes are defined in order to ensure data transmission via other links in the event of packet loss on the main path.
  • a corresponding scheduling method is defined, which is designed such that the transmission along the main path is preferred over other transmission paths, and which further comprises a sequential multi-hop transmission from the source node to
  • Fig. 1 to Fig. 3 show different variants of
  • Network nodes 1, 2, 10 of a wireless mesh network are Network nodes 1, 2, 10 of a wireless mesh network.
  • FIGS. 1 to 3 show a detail of a multi-hop network with correspondingly usable links. It is again a main path for data transmission
  • Links LI, L2, L3 and L4 includes. Generally, the
  • alternative network nodes are now defined with incoming and outgoing alternative links for the individual hop levels lying between source nodes and destination nodes, which in FIG. 1 to FIG. 3 have h-2, h-1, h, h + 1 and h + 2 are designated.
  • a number of alternative 2-hop paths (l ia , l ak ) are calculated for each 2-hop path. Segment l jj , l jk ) on the main path using a
  • An adjacent network node is a network node defined for the 2-hop segment or the middle level of this segment, via which data packets can also be routed as part of the multi-hop transmission.
  • the number of adjacent network nodes can be described mathematically as follows:
  • N neigh ⁇ a: 3ae N t and a & N k and a £ N main ⁇ .
  • N k denotes network nodes which belong to the network node of the hopplane k of the
  • Main paths are adjacent. The number of adjacent ones
  • Node in the main path in the header plane i thus has
  • FIG. 3 shows a further modification of the method of FIG. 1, in which data transmissions are also permitted directly between alternative network nodes.
  • the additional links L15 and L16 are provided for this purpose, with which data packets between the network nodes 7 and 8 or the
  • Network nodes 8 and 9 can be transmitted.
  • the method of Fig. 3 may also be combined with the method of Fig. 2, i. There may be more than one alternative network node for each header level
  • a path is set for the main path which results in a minimum end-to-end packet error rate and thus the highest reliability, while maintaining low
  • a node on the main path in the hop level h has to have a temporally earlier time slot for each alternative link in the hop level h-1 entering the node than that from the node to the hop level h + 1
  • a node on the main path in the hop plane h must have a time slot that is later than the time from the node to the hop plane h + 1 for each alternative link extending from the node to the hop level h + 1
  • An alternative network node in the hop level h has to assign to each link from the hop level h-1 arriving in the alternative network node a timeslot earlier than the alternative link extending from the alternative network node to the hop level h + 1.
  • the alternative network nodes are suitably sorted, for example based on a list. In this case, the order of the nodes in N neih the order set in the alternative paths
  • the network node on the main path in the level h must sort timeslots for alternative links extending from that node in the same order. That is, the first choice of alternative network nodes determined according to the order must be taken into account in the allocation of time slots before the second choice of alternative network nodes, and so forth.
  • Hope level h + 1 obtains a timeslot earlier than any additional link to an alternative network node of level h + 1.
  • Timeslots to links will be continuously after
  • the allocation of time slots is usually for a plurality of wireless ones
  • time slots for corresponding links have variable lengths. This is achieved by assigning a plurality of predetermined time slots of predetermined length one behind the other to the corresponding link for data transmission with a longer time slot.
  • Fig. 5 is a diagram along the abscissa
  • Time slots SO, Sl, S16 and along the ordinate the corresponding usable channels CO, Cl, C9 are indicated. It was the indicated in Fig. 4
  • Destination node 16 considered.
  • a variant of the method was implemented in which two alternative network nodes per Hopebene have been considered for data transmission in addition to the network node of the main path MP. That is, for the Hopebene with the network node 10 were the other, in Fig. 4
  • Network node 11 the two alternative network nodes 3 and 19 with the corresponding alternative links, etc.
  • Target node of the link indicated by an arrow in between For example, for the time slot S2, data transmissions in the three channels CO, C1 and C2
  • the invention described above has a number of advantages. Based on the definition of alternative paths from a main path, path generation with low complexity and high reliability is achieved. The allocation of time slots is energy efficient, because of the number of unused ones
  • Time slots are greatly reduced. This is particularly advantageous in sensor networks with battery-operated sensors, since in such networks data packets are not transmitted continuously and energy-efficient operation of the sensors has high priority. According to the invention focuses the
  • Data transmission particularly reliable network nodes for the main path can be specified.
  • the main traffic is transmitted along the main path, and the alternative network nodes are then used if nodes of the main path fail or are unreachable.
  • the alternative network nodes are then used if nodes of the main path fail or are unreachable.
  • network nodes are used with energy restrictions as alternative network nodes.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zuordnung von Zeitschlitzen (S0, S1,..., S16) zu Links (L1, L2, L16) zwischen Netzknoten (1, 2,..., 10) eines drahtlos vermaschten Netzes, wobei die Daten in dem Netz zeitschlitz-basiert mittels dieser Zuordnung über Hops bzw. entsprechende Hopebenen (h-2, h-1,..., h+2) von einem Quellknoten zu einem Zielknoten zu übertragen sind. In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zur Datenübertragung ein Hauptpfad (MP) mit jeweils einem Netzknoten (1, 2, 3, 4) pro Hopebene (h-2, h-1,..., h+2) und den entsprechenden Links (L1, L2, L3, L4) zwischen den Netzknoten (1, 2, 3, 4, 5) benachbarter Hopebenen (h-2, h-1,..., h+2) von dem Quellknoten zu dem Zielknoten festgelegt. Ferner werden alternative Netzknoten (6, 7, 8, 9, 10) mit entsprechenden alternativen Links (L5, L6,..., L14) festgelegt, welche anstatt des Hauptpfads (MP) zur Datenübertragung genutzt werden können. Über eine geeignete Zuweisung von Zeitschlitzen zu Links des Hauptpfads sowie alternativen Links wird eine energieeffiziente zeitschlitz-basierte Datenübertragung ermöglicht. Das Verfahren kann beispielsweise in Sensornetzen eingesetzt werden, welche in der Regel Sensoren mit autarker Energieversorgung umfassen. Darüber hinaus kann das erfindungsgemäße Verfahren im Rahmen einer Datenübertragung basierend auf dem an sich bekannten Standard WirelessHART verwendet werden.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Zuordnung von Zeitschlitzen zu Links zwischen Netzknoten eines drahtlosen vermaschten Netzes
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Zuordnung von
Zeitschlitzen zu Links zwischen Netzknoten eines drahtlosen vermaschten Netzes sowie ein Verfahren zur Übertragung von Daten unter Verwendung des Verfahrens zur Zuordnung von
Zeitschlitzen. Ferner betrifft die Erfindung eine
Netzverwaltungseinheit und ein drahtloses vermaschtes Netz.
Drahtlose vermaschte Netze, welche häufig auch als Mesh-Netze bezeichnet werden, beruhen auf dem Prinzip, dass Daten über eine Vielzahl von miteinander kommunizierenden Netzknoten mit drahtloser Kommunikationsfunktionalität von einem Netzknoten zu einem anderen über sog. Hops (d.h. Weiterleitungen über andere Knoten) übermittelt werden. Die Netze sind dabei derart aufgebaut, dass in Reichweite eines Netzknotens mehrere andere Netzknoten liegen, an welche Daten gesendet werden können. Im Rahmen der Übertragung von Daten in Mesh- Netzen werden Scheduling-Verfahren eingesetzt, mit denen entsprechenden Links zwischen zwei Netzknoten Zeitschlitze zugewiesen werden, in denen der Link zu einer Übertragung von Daten genutzt werden kann. Die Datenübertragung erfolgt dabei in der Regel über mehrere Übertragungsfrequenzen, im
Folgenden auch als Kanäle genannt, wobei mehrere Links mit unterschiedlichen Start- und Endknoten in einem Zeitschlitz auf verschiedenen Kanälen für disjunkte Links mit
unterschiedlichen Start- und Endknoten genutzt werden können.
Um eine verlässliche Datenübertragung in drahtlosen
vermaschten Netzen zu gewährleisten, werden heutzutage
Scheduling-Verfahren verwendet, bei denen über möglichst alle zur Datenübertragung verwendeten Kanäle hinweg entsprechenden Links Zeitschlitze zur Datenübertragung zugewiesen werden. Dabei ist es nachteilhaft, dass die einzelnen Netzknoten häufig zum Hören oder Senden in den entsprechenden Zeitschlitzen aktiviert werden. Ist das drahtlose vermaschte Netz beispielsweise ein Sensornetz mit batteriebetriebenen Sensoren, so resultiert dies in einer verkürzten Betriebszeit der Sensoren, denn das Hören in die Kanäle führt zu einem hohen Energieverbrauch, so dass in kurzen Zeitabständen die Batterien der Sensoren getauscht werden müssen.
Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, die Zuordnung von
Zeitschlitzen zu Links zwischen Netzknoten eines drahtlosen vermaschten Netzes derart auszugestalten, dass im Rahmen der Datenübertragung ein energieeffizienter Betrieb der
Netzknoten mit weiterhin guter Verlässlichkeit der
Datenübertragung gewährleistet wird. Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden Zeitschlitze zu Links zwischen Netzknoten eines drahtlosen vermaschten Netzes aus einer Vielzahl von drahtlos kommunizierenden Netzknoten zugeordnet, wobei Daten und insbesondere Datenpakete in dem Netz zeitschlitz-basiert mittels der Zuordnung von zur
Datenübertragung zu nutzenden Zeitschlitzen zu den Links zwischen einem Quellknoten und einem Zielknoten auf einem oder mehreren Kanälen zu übertragen sind. Das heißt, die Datenübertragung nutzt eine entsprechend definierte Zuordnung von Zeitschlitzen, so dass während der Datenübertragung in einem entsprechenden Zeitschlitz und einem entsprechenden Kanal ausschließlich Daten für den durch die Zuordnung festgelegten Link übermittelt werden können. Dabei ist zu berücksichtigen, dass simultan in einem Zeitschlitz über mehrere Kanäle (sofern vorhanden) Daten übertragen werden können, so dass ein Zeitschlitz simultan für mehrere Links unter der Randbedingung genutzt werden kann, dass im gleichen Zeitschlitz verwendete Links disjunkt sind und
unterschiedliche Start- und Zielknoten aufweisen. Hierdurch wird berücksichtigt, dass im Rahmen einer drahtlosen Übertragung ein Netzknoten pro Zeitschlitz nur auf einem Kanal Daten aussenden bzw. empfangen kann. Die
erfindungsgemäße Zuordnung von Zeitschlitzen zu Links wird für eine sog. Multi-Hop-Übertragung genutzt, wobei für die Datenübertragung zwischen dem Quellknoten und dem Zielknoten eine vorbestimmte Anzahl von aufeinander folgenden Hopebenen festgelegt ist und für jede Hopebene eine Mehrzahl von
Netzknoten existiert, über welche Daten vom Quellknoten zum Zielknoten weitergeleitet werden können. Auf diese Weise wird geeignet festgelegt, wie viele Knoten in einer Hopebene zwischen einem Quellknoten und Zielknoten zur
Datenübertragung genutzt werden sollen, wobei immer
sichergestellt werden muss, dass die entsprechenden Knoten benachbarter Hopebenen in Reichweite zueinander sind.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird in einem Schritt a) ein Hauptpfad mit jeweils einem Netzknoten pro Hopebene und den entsprechenden Links zwischen den Netzknoten benachbarter (d.h. direkt aufeinander folgender) Hopebenen von dem
Quellknoten zu dem Zielknoten festgelegt. Ein Link ist somit ein gerichteter Übertragungsweg zwischen einer Hopebene zur nächsten Hopebene in der Reihenfolge der Hopebenen. Ferner wird in einem Schritt b) für die Hopebenen zwischen
Quellknoten und Zielknoten jeweils eine Anzahl von
alternativen, nicht zum Hauptpfad gehörigen Netzknoten aus der Mehrzahl von Netzknoten der jeweiligen Hopebenen
festgelegt, wobei einem jeweiligen alternativen Netzknoten ein alternativer Link zwischen dem Netzknoten des Hauptpfads in der vorhergehenden Hopebene und dem jeweiligen
alternativen Netzknoten und ein alternativer Link zwischen dem jeweiligen alternativen Netzknoten und dem Netzknoten des Hauptpfads in der nächsten Hopebene zugeordnet wird.
Erfindungsgemäß werden schließlich in einem Schritt c) den Links des Hauptpfads und den alternativen Links Zeitschlitze derart zugewiesen, dass ein sich aus einem jeweiligen
Netzknoten erstreckender alternativer Link einen zeitlich späteren Zeitschlitz als ein sich aus dem jeweiligen Netzknoten erstreckender Link des Hauptpfads erhält. Dieses erste Kriterium betrifft dabei Netzknoten des Hauptpfads. Gemäß einem zweiten Kriterium, welches sowohl Netzknoten des Hauptpfads als auch alternative Netzknoten betrifft, erhalten in einem jeweiligen Netzknoten eingehende Links zeitlich frühere Zeitschlitze als sich aus dem jeweiligen Netzknoten erstreckende Links.
Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass ausgehend von einer Datenübertragung über einen
Hauptpfad in geeigneter Weise alternative Pfade festgelegt werden. Dabei wird im Rahmen der Zuweisung der Zeitschlitze gemäß dem ersten Kriterium eine Bevorzugung des Hauptpfads sichergestellt. Ferner wird durch das zweite Kriterium erreicht, dass die Daten sequentiell zwischen dem Quellknoten und dem Zielknoten über die entsprechenden Hopebenen
weitergeleitet werden. Durch eine geeignete Festlegung eines Hauptpfads (beispielsweise basierend auf einem Kriterium einer möglichst geringen Datenfehlerrate) sowie einer entsprechenden Anzahl von alternativen Links kann zum einen eine verlässliche Datenübertragung erreicht werden. Zum anderen wird über das erfindungsgemäß definierte Scheduling die Anzahl der Übertragungsmöglichkeiten über entsprechende Links begrenzt, so dass die Anzahl von nicht zur Übertragung genutzter Zeitschlitze abnimmt und hierdurch eine deutlich energieeffizientere Datenübertragung bei vergleichbarer Zuverlässigkeit zu bekannten Verfahren ermöglicht wird.
Die im erfindungsgemäßen Schritt c) definierte Zeitschlitz- Zuordnung ist in einer bevorzugten Ausführungsform basierend auf folgender Vorschrift implementiert:
i) für einen jeweiligen Netzknoten des Hauptpfads erhält jeder in dem jeweiligen Netzknoten eingehende
alternative Link einen zeitlich früheren Zeitschlitz als der sich aus dem jeweiligen Netzknoten erstreckende Link des Hauptpfads;
ii) für einen jeweiligen Netzknoten des Hauptpfads erhält jeder sich aus dem jeweiligen Netzknoten erstreckende alternative Link einen zeitlich späteren Zeitschlitz als der sich aus dem jeweiligen Netzknoten erstreckende Link des Hauptpfads;
iii) für einen jeweiligen alternativen Netzknoten erhält der in dem jeweiligen alternativen Netzknoten eingehende alternative Link einen zeitlich früheren Zeitschlitz als der sich aus dem jeweiligen alternativen Netzknoten erstreckenden alternative Link.
Wie bereits oben erwähnt, kann eine hohe Verlässlichkeit der Datenübertragung insbesondere basierend auf einem Kriterium erreicht werden, wonach der Hauptpfad bzw. dessen Links eine möglichst geringe Datenfehlerrate und/oder eine möglichst hohe Zuverlässigkeit/Linkstabilität bei der Datenübertragung und/oder eine möglichst gute Energieeffizienz bei der
Datenübertragung aufweisen. Eine entsprechende Festlegung eines solchen Kriteriums liegt im Rahmen von fachmännischem Handeln. In einer weiteren Ausführungsform wird ein
entsprechendes Kriterium auch für die alternativen Netzknoten festgelegt. Das heißt, die alternativen Netzknoten werden vorzugsweise derart ausgewählt, dass deren alternative Links eine möglichst geringe Datenfehlerrate und/oder eine
möglichst hohe Zuverlässigkeit/Linkstabilität bei der
Datenübertragung und/oder eine möglichst gute
Energieeffizienz bei der Datenübertragung aufweisen.
Je nach Anwendungsfall kann die Anzahl der im Rahmen des Verfahrens verwendeten alternativen Netzknoten variieren. Steht ein besonders energieeffizienter Betrieb des Netzes im Vordergrund, so wird in einer bevorzugten Variante für zumindest eine und insbesondere alle Hopebenen ein einzelner alternativer Netzknoten festgelegt. Steht eine hohe
Verlässlichkeit der Datenübertragung im Vordergrund, so können in einer weiteren Variante für zumindest eine und insbesondere alle Hopebenen mehrere alternative Netzknoten festgelegt werden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden für eine jeweilige Hopebene die alternativen
Netzknoten in einer zeitlichen Reihenfolge sortiert, gemäß der die alternativen Netzknoten mit deren alternativen Links den Zeitschlitzen zugeordnet werden. Hierdurch wird es ermöglicht, dass weitere Kriterien bei der Zuweisung von Zeitschlitzen zu alternativen Netzknoten, wie z.B. die
Datenfehlerrate über die alternativen Links, durch
entsprechende Festlegung dieser zeitlichen Reihenfolge berücksichtigt werden. Dabei sollten bei der
Zeitschlitzzuordnung zunächst alternative Knoten mit
alternativen Links mit geringer Datenfehlerrate und erst anschließend alternative Netzknoten mit höheren
Datenfehlerraten berücksichtigt werden.
In einer weiteren Variante der Erfindung werden neben den Links des Hauptpfads und den alternativen Links auch
Zusatzlinks zwischen alternativen Netzknoten benachbarter Hopebenen berücksichtigt. Dabei wird für zumindest ein Paar von benachbarten Hopebenen jeweils zumindest ein Zusatzlink zwischen alternativen Netzknoten der benachbarten Hopebenen festgelegt, wobei ein sich aus einem alternativen Netzknoten erstreckender alternativer Link einen zeitlich früheren
Zeitschlitz als jeder sich aus dem alternativen Netzknoten erstreckende Zusatzlink erhält.
In einer weiteren Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens können den jeweiligen Links Zeitschlitze mit variabler Länge zugewiesen werden. Dabei kann beispielsweise eine feste
Zeitschlitzlänge vorgegeben sein, wobei zur Verlängerung eines Zeitschlitzes mehrerer Schlitze mit dieser festen
Zeitschlitzlänge aufeinander folgend dem gleichen Link zugewiesen werden. Wie bereits oben erwähnt, zeichnet sich das Verfahren durch einen energieeffizienten Betrieb des Netzes aus. Demzufolge wird das Verfahren vorzugsweise in einem vermaschten Netz in der Form eines drahtlosen Sensornetzes ausgeführt, in dem die Netzknoten zumindest teilweise Sensoren mit autarker
Energieversorgung, wie z.B. batteriebetriebene Sensoren, sind. Nichtsdestotrotz kann das Verfahren auch in
Sensornetzen eingesetzt werden, in denen die Sensoren keinen Energiebeschränkungen unterliegen.
Neben dem oben beschriebenen Verfahren zur Zuordnung von Zeitschlitzen zu Links zwischen Netzknoten in einem
vermaschten Netz umfasst die Erfindung ferner ein daraus resultierendes Verfahren zur zeitschlitz-basierten
Datenübertragung in einem drahtlos vermaschten Netz mit einer Vielzahl von Netzknoten. Dabei werden Zeitschlitze zu Links zwischen einem Quellknoten und einem Zielknoten gemäß dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Verfahren zugeordnet, wobei basierend auf dieser Zuordnung zwischen dem Quellknoten und dem Zielknoten auf einem oder mehreren Kanälen Daten übertragen werden. Das erfindungsgemäße Verfahren kann mit an sich bekannten Datenübertragungsverfahren kombiniert werden, wie z.B. mit dem aus dem Stand der Technik bekannten Standard WirelessHART oder IEEE 805.15.4e oder ISA 100.11a. Dabei muss lediglich die Zuordnung der Zeitschlitze zu Netzknoten z.B. in einer Netzverwaltungseinheit realisiert werden.
Die Erfindung betrifft ferner eine Netzverwaltungseinheit für ein drahtloses vermaschtes Netz aus einer Vielzahl von drahtlos miteinander kommunizierenden Netzknoten, wobei die Netzverwaltungseinheit derart ausgestaltet ist, dass sie Zeitschlitze zu Links zwischen Netzknoten basierend auf dem oben beschriebenen erfindungsgemäßen Zuordnungsverfahren zuordnet. Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein
drahtloses vermaschtes Netz aus einer Vielzahl von drahtlos miteinander kommunizierenden Netzknoten mit einer solchen Netzverwaltungseinheit. Die Netzknoten und die
Netzverwaltungseinheit sind dabei derart ausgestaltet, dass sie Daten basierend auf dem oben beschriebenen
Übertragungsverfahren übertragen können. Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand der beigefügten Figuren detailliert beschrieben.
Es zeigen:
Fig. 1 bis Fig. 3 schematische Darstellungen, welche die
Verwendung von Links zwischen Netzknoten eines Mesh-Netzes basierend auf
verschiedenen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens
verdeutlichen,
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines Mesh-
Netzes, in welchem eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens
implementiert wurde; und
Fig. 5 ein Diagramm, welches die Zuordnung von
Zeitschlitzen zu Links für das Mesh-Netz der Fig. 4 basierend auf dem
erfindungsgemäßen Verfahren verdeutlicht.
Nachfolgend werden Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens für ein Multi-Hop-Mesh-Netz beschrieben, in dem Datenpakete zeischlitz-basiert mit einem geeigneten Standard, wie z.B. WirelessHART, übermittelt werden. Das
erfindungsgemäße Verfahren stellt dabei eine neuartige
Zuordnung von Zeitschlitzen zu entsprechenden drahtlosen Links zwischen Netzknoten dar, wobei neben einer möglichst zuverlässigen Übertragung ferner auch eine möglichst
energieeffiziente Nutzung der Netzknoten gewährleistet wird. Das Verfahren eignet sich dabei insbesondere zum Einsatz in Sensornetzwerken, bei denen zumindest ein Teil der Netzknoten Sensoren sind, welche in der Regel über eine autarke
Energieversorgung (z.B. Batterie) verfügen. In solchen Netzen werden nicht kontinuierlich Daten von einem Quellknoten zu einem Zielknoten übermittelt, sondern es treten oftmals längere Übertragungspausen auf, bis ein entsprechender Sensor wieder neue Sensordaten ermittelt hat, die er anderen
Netzknoten zur Verfügung stellen möchte. Um die Sensoren möglichst energieeffizient zu betreiben, ist es
wünschenswert, dass die Sensoren nicht unnötig oft in
entsprechenden Zeitschlitzen auf eine Datenübertragung warten, ohne dass diese Datenübertragung stattfindet. Dies liegt daran, dass die entsprechenden Sensoren beim Warten auf die Datenübertragung in den Funkkanal hören und damit
vermehrt Energie verbrauchen, was dem Ziel eines möglichst geringen Energieverbrauchs entgegensteht.
Bevor anhand von Fig. 1 bis Fig. 3 Varianten des
erfindungsgemäßen Verfahrens erläutert werden, wird zunächst auf Fig. 4 eingegangen, welche beispielhaft einen Ausschnitt eines Multi-Hop-Mesh-Netzes zeigt. Von diesem Netz sind insgesamt 24 Netzknoten 1, 2, 3, 24 dargestellt. Ferner sind durch gestrichelte Linien mögliche Links in der Form von direkten Kommunikationspfaden zwischen Netzknoten in
Reichweite voneinander angedeutet. Im Rahmen der Multi-Hop- Datenübertragung von dem Netzknoten 9 zu dem Netzknoten 16 werden jedoch nur die in Fig. 4 dicker angedeuteten
gestrichelten Links zwischen den Netzknoten genutzt. Dabei werden durch die einzelnen Spalten in dem Netz der Fig. 4, welche jeweils drei dargestellte Knoten umfassen,
entsprechende Hopebenen der hop-basierten Übertragung
gebildet, wobei die Hopebenen zwischen Quellknoten 9 und Zielknoten 16 aufeinander folgend nummeriert sind und die Übermittlung von Datenpaketen immer von einem entsprechenden Netzknoten einer Hopebene zu einem darauffolgenden Netzknoten der nächsten Hopebene gemäß der Nummerierung erfolgt.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst ein sog. Hauptpfad zur Datenübertragung von einem Quellknoten zu einem Zielkoten festgelegt. In Fig. 4 ist ein solcher Hauptpfad mit Bezugszeichen MP bezeichnet und durch entsprechende Pfeile angedeutet. Man erkennt, dass sich der Hauptpfad ausgehend vom Knoten 9 horizontal über den Knoten 10, 11, 15 zum
Zielknoten 16 erstreckt. Der Hauptpfad kann je nach Anwendungsfall geeignet festgelegt werden. Vorzugsweise wird der Pfad derart gewählt, dass die Paketfehlerrate auf dem Hauptpfad im Vergleich zu anderen Pfaden gering ist. In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden neben dem Hauptpfad auch entsprechende alternative Pfade mit alternativen Links über weitere Netzknoten definiert, um bei einem Paketverlust auf dem Hauptpfad eine Datenübertragung über andere Links zu gewährleisten. Dabei wird ein entsprechendes Scheduling- Verfahren definiert, welches derart ausgestaltet ist, dass die Übertragung entlang des Hauptpfads gegenüber anderen Übertragungswegen bevorzugt wird, und welches ferner eine sequentielle Multi-Hop-Übertragung vom Quellknoten zum
Zielknoten gewährleistet.
Fig. 1 bis Fig. 3 zeigen verschiedene Varianten zur
Berücksichtigung von alternativen Pfaden anhand von
Netzknoten 1, 2, 10 eines drahtlosen vermaschten Netzes.
Dabei ist zu beachten, dass die Nummerierung der Netzknoten in Fig. 1 bis Fig. 3 keine Korrelation zu dem Mesh-Netz der Fig. 4 hat. Fig. 1 bis Fig. 3 zeigen einen Ausschnitt aus einem Multi-Hop-Netz mit entsprechend verwendbaren Links. Es ist dabei wiederum ein Hauptpfad zur Datenübertragung
zwischen einem Quellknoten und einem Zielknoten festgelegt, der über die Netzknoten 1, 2, 3, 4 und 5 verläuft und die
Links LI, L2, L3 und L4 umfasst. Allgemein lässt sich der
Hauptpfad zwischen einem Quellknoten a± und einem Zielknoten aj als ein Subgraph in dem Netzwerk beschreiben, der einen Satz von Netzknoten Nmain und einen Satz von Links
L mai .n c— / y.. : /, ' / G JV mai .n ) \ umfasst.
Erfindungsgemäß werden nunmehr alternative Netzknoten mit eingehenden und ausgehenden alternativen Links für die einzelnen, zwischen Quellknoten und Zielknoten liegenden Hopebenen festgelegt, welche in Fig. 1 bis Fig. 3 mit h-2, h- 1, h, h+1 und h+2 bezeichnet sind. Insbesondere wird eine Anzahl von alternativen 2-Hop-Pfaden (li a ,la k ) für jedes 2-Hop- Segment ljj,ljk) auf dem Hauptpfad unter Verwendung einer
Anzahl von alternativen Netzknoten definiert, welche
benachbart zu den Endknoten des entsprechenden 2-Hop-Segments des Hauptpfads sind. Ein benachbarter Netzknoten ist dabei ein für das 2-Hop-Segment bzw. die mittlere Hopebene dieses Segments festgelegter Netzknoten, über den im Rahmen der Multi-Hop-Übertragung auch Datenpakete geleitet werden können. Die Anzahl von benachbarten Netzknoten lässt sich mathematisch wie folgt beschreiben:
N neigh ={a:3ae Nt und a&Nk und a£ Nmain } .
Dabei bezeichnet ± Netzknoten, welche zum Netzknoten der Hopebene i des Hauptpfads benachbart sind. Analog bzeichnet Nk Netzknoten, welche zum Netzknoten der Hopebene k des
Hauptpfads benachbart sind. Die Anzahl der benachbarten
Netzknoten aus der Menge Nneigh wird mit |NKeigÄ| bezeichnet. Ein
Knoten im Hauptpfad in der Hopebene i weist somit |NKeigÄ|
alternative Pfade zur Übertragung von Datenpaketen zu dem Knoten des Hauptpfads in der Hopebene k auf.
Fig. 1 zeigt eine Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei der für die entsprechenden 2-Hop-Segmente immer nur ein alternatives 2-Hop-Segment definiert ist. Dies ergibt sich daraus, dass für die Hopebenen h-1, h und h+1 nur ein
einzelner alternativer Netzknoten 7, 8 bzw. 9 festgelegt ist, über den mittels entsprechender alternativer Links Daten übermittelt werden können. Die alternativ nutzbaren Links sind dabei in Fig. 1 mit L5, L6 für den alternativen
Netzknoten 7, L7 und L8 für den alternativen Netzknoten 8 sowie L9 und L10 für den alternativen Netzknoten 9
bezeichnet .
In einer Abwandlung des Verfahrens der Fig. 1, welche in Fig. 2 gezeigt ist, sind zumindest teilweise für entsprechende 2- Hop-Segmente mehrere Alternativpfade und somit mehrere alternative Netzknoten zur Datenübertragung vorgesehen. Hierdurch wird die Verlässlichkeit der Datenübertragung erhöht. Man erkennt aus Fig. 2, dass für die Hopebene h zusätzlich zu dem alternativen Netzknoten 8 der Netzknoten 6 vorgesehen ist, wobei über die weiteren alternativen Links LH und L12 auch eine Datenübertragung stattfinden kann.
Ebenso ist für die Hopebene h+1 zusätzlich zu dem Netzknoten 9 der Netzknoten 10 vorgesehen, wobei über diesen Netzknoten mittels der alternativen Links L13 und L14 ebenfalls eine Datenübertragung stattfinden kann.
Fig. 3 zeigt eine weitere Abwandlung des Verfahrens der Fig. 1, bei der ferner auch Datenübertragungen direkt zwischen alternativen Netzknoten erlaubt sind. Im Beispiel der Fig. 3 sind hierzu die Zusatzlinks L15 und L16 vorgesehen, mit denen Datenpakete zwischen den Netzknoten 7 und 8 bzw. den
Netzknoten 8 und 9 übermittelt werden können. Das Verfahren der Fig. 3 kann gegebenenfalls auch mit dem Verfahren der Fig. 2 kombiniert werden, d.h. es können für jede Hopebene auch mehr als ein alternativer Netzknoten zur
Datenübertragung vorgesehen sein.
Die Festlegung eines entsprechenden Hauptpfads sowie
alternativer Netzknoten und Links kann basierend auf
verschiedenen Metriken erfolgen. Vorzugsweise wird für den Fall, dass die Paketverlustraten der Links in dem Netz bekannt sind, für den Hauptpfad ein Weg festgelegt, der zu einer minimalen Ende-zu-Ende-Paketfehlerrate und somit zu der höchsten Zuverlässigkeit bei gleichzeitig geringem
Energieverbrauch der Netzknoten führt. Ebenso können die alternativen, zur Datenübertragung genutzten Links so gewählt werden, dass sie von allen möglichen nutzbaren Links die geringste Fehlerrate aufweisen. Ferner können die zu
nutzenden alternativen Netzknoten geeignet sortiert werden, so dass im Rahmen der Zuordnung der Zeitschlitze zunächst solche alternativen Netzknoten berücksichtigt werden, welche zu der geringsten Paketfehlerrate gegenüber den anderen alternativen Netzknoten führen. Basierend auf den anhand von Fig. 1 bis Fig. 3 definierten Links des Hauptpfads und alternativen Links wird
erfindungsgemäß nunmehr eine geeignete Strategie zur
Zuweisung der entsprechenden Zeitschlitze im Rahmen der zeitschlitz-basierten Übertragung von Daten über die Links festgelegt. Diese Strategie gewährleistet ein sequentielles Weiterleiten der Datenpakete zwischen dem Quellknoten und dem Zielknoten von einer Hopebene zur nächsten, wobei ferner bei der Datenübertragung Links auf dem Hauptpfad gegenüber entsprechenden alternativen Links bevorzugt werden.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das
Verfahren zur Zuordnung der Zeitschlitze zu entsprechenden Links des Hauptpfads bzw. den alternativen Links basierend auf folgender Vorschrift implementiert:
Ein Knoten auf dem Hauptpfad in der Hopebene h muss jedem in dem Knoten eingehenden alternativen Link aus der Hopebene h-1 einen zeitlich früheren Zeitschlitz als den sich aus dem Knoten hin zur Hopebene h+1
erstreckenden Link des Hauptpfads zuweisen.
Ein Knoten auf dem Hauptpfad in der Hopebene h muss jedem alternativen, sich aus dem Knoten zur Hopebene h+1 erstreckenden Link einen zeitlich späteren Zeitschlitz als dem sich aus dem Knoten hin zur Hopebene h+1
erstreckenden Link des Hauptpfads zuweisen.
Ein alternativer Netzknoten in der Hopebene h muss jedem in dem alternativen Netzknoten eingehenden Link aus der Hopebene h-1 einen zeitlich früheren Zeitschlitz als dem sich aus dem alternativen Netzknoten erstreckenden alternativen Link hin zur Hopebene h+1 zuweisen.
Die Reihenfolge, in der bei der zeitlichen Zuweisung der
Zeitschlitze zu den Links die entsprechenden alternativen Nachbarknoten Nneigh mit deren alternativen Links
berücksichtigt werden, kann beliebig festgelegt sein. In einer bevorzugten Variante sind die alternativen Netzknoten geeignet sortiert, beispielsweise basierend auf einer Liste. In diesem Fall wird durch die Reihenfolge der Knoten in Nneih die Reihenfolge festgelegt, in der alternative Pfade
entsprechenden Zeitschlitzen zugewiesen werden. Falls Nneigh für die Hopebene h+1 sortiert ist, muss der Netzknoten auf dem Hauptpfad in der Hopebene h Zeitschlitze für sich aus diesem Knoten erstreckende alternative Links in der gleichen Reihenfolge sortieren. Das heißt, die gemäß der Reihenfolge festgelegte erste Wahl von alternativen Netzknoten muss bei der Zuweisung von Zeitschlitzen vor der zweiten Wahl der alternativen Netzknoten usw. berücksichtigt werden.
Im Falle, dass für die Zuweisung von Zeitschlitzen
Zusatzlinks basierend auf der Variante der Fig. 3
berücksichtigt werden, muss die obige Vorschrift um folgende Regel erweitert werden:
- Ein alternativer Link von einem Netzknoten in der
Hopebene h zu dem Netzknoten des Hauptpfads in der
Hopebene h+1 erhält einen zeitlich früheren Zeitschlitz als jeder Zusatzlink zu einem alternativen Netzknoten der Hopebene h+1.
Die oben definierte zeitliche Zuordnung entsprechender
Zeitschlitze zu Links wird kontinuierlich nach dem
Durchlaufen eines Zyklus vom Quellknoten zum Zielknoten wiederholt. Ferner erfolgt die Zuweisung von Zeitschlitzen in der Regel für eine Mehrzahl von bei der drahtlosen
Datenübertragung zu nutzenden Kanäle bzw. Kanal-Offsets , wobei parallel in jedem Kanal Daten auf Links mit disjunkten Start- und Endknoten übertragen werden können. Üblicherweise sind die zur Datenübertragung zugewiesenen Zeitschlitze immer gleich lang. Gegebenenfalls besteht jedoch auch die
Möglichkeit, dass die Zeitschlitze für entsprechende Links variable Längen aufweisen. Dies wird dadurch erreicht, dass für eine Datenübertragung mit einem längeren Zeitschlitz mehrere vorbestimmte Zeitschlitze mit vorgegebener Länge hintereinander dem entsprechenden Link zugewiesen werden.
Fig. 5 stellt ein Diagramm dar, entlang dessen Abszisse
Zeitschlitze SO, Sl, S16 und entlang dessen Ordinate die entsprechend verwendbaren Kanäle CO, Cl, C9 angedeutet sind. Es wurde dabei die in Fig. 4 angedeutete
Datenübertragung zwischen dem Quellknoten 9 und dem
Zielknoten 16 betrachtet. Dabei wurde eine Variante des Verfahrens realisiert, bei der zur Datenübertragung neben dem Netzknoten des Hauptpfads MP zwei alternative Netzknoten pro Hopebene berücksichtigt wurden. Das heißt, für die Hopebene mit dem Netzknoten 10 wurden die weiteren, in Fig. 4
dargestellten Netzknoten 2 und 18 mit entsprechend
alternativen Links betrachtet, für die Hopebene mit dem
Netzknoten 11 die beiden alternativen Netzknoten 3 und 19 mit den entsprechenden alternativen Links usw.
In Fig. 5 sind für die einzelnen Zeitschlitze die
entsprechenden, in diesen Zeitschlitzen zur Datenübertragung zu nutzenden Links durch die Nummern des Anfangs- und
Zielknotens des Links mit einem dazwischen liegenden Pfeil angedeutet. Beispielsweise werden für den Zeitschlitz S2 Datenübertragungen in den drei Kanälen CO, Cl und C2
ermöglicht, wobei im Kanal CO eine Datenübertragung zwischen Knoten 9 und 18, im Kanal Cl eine Datenübertragung zwischen Knoten 2 und 11 und im Kanal C2 eine Datenübertragung
zwischen Knoten 10 und 3 zugelassen ist. Im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren wird bei der Datenübertragung nur eine kleine Untermenge von drei der insgesamt zehn zur
Verfügung stehenden Kanäle genutzt. Hierdurch wird
sichergestellt, dass die einzelnen Netzknoten nicht allzu häufig zum Hören in einem Kanal aktiviert werden und somit wenig Energie verbrauchen. Nichtsdestotrotz wird durch die Definition von entsprechenden alternativen Netzknoten und alternativen Links eine gute Verlässlichkeit der
Datenübertragung erreicht.
Die im Vorangegangenen beschriebene Erfindung weist eine Reihe von Vorteilen auf. Basierend auf der Festlegung von alternativen Pfaden ausgehend von einem Hauptpfad wird eine Pfaderzeugung mit geringer Komplexität und gleichzeitig hoher Verlässlichkeit erreicht. Die Zuweisung der Zeitschlitze ist dabei energieeffizient, denn die Anzahl von ungenutzten
Zeitschlitzen wird stark vermindert. Dies ist insbesondere in Sensornetzen mit batteriebetriebenen Sensoren von Vorteil, da in solchen Netzen nicht kontinuierlich Datenpakete übertragen werden und ein energieeffizienter Betrieb der Sensoren hohe Priorität hat. Erfindungsgemäß konzentriert sich die
Verwendung von Links auf einem entsprechend festgelegten Hauptpfad. Dies hat den Vorteil, dass bei der
Datenübertragung besonders verlässliche Netzknoten für den Hauptpfad festgelegt werden können. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, die Benutzung von alternativen Links über eine Sortierung der alternativen Netzknoten festzulegen.
Erfindungsgemäß wird somit der Hauptdatenverkehr entlang des Hauptpfads übertragen, und die alternativen Netzknoten werden dann genutzt, falls Knoten des Hauptpfads ausfallen oder nicht erreichbar sind. Es besteht dabei beispielsweise die Möglichkeit, eine energieeffiziente Nutzung von Netzknoten mit Energiebeschränkung (z.B. Netzknoten mit autarker
Energieversorgung bzw. Batterie) dadurch zu erreichen, dass Datenverkehr hauptsächlich über solche Netzknoten ohne
Energiebeschränkungen geleitet wird, und zwar indem der
Hauptpfad durch Netzknoten ohne Energiebeschränkungen
gebildet wird und Netzknoten mit Energiebeschränkungen als alternative Netzknoten verwendet werden.
Auch wenn im erfindungsgemäßen Verfahren die Verzögerung bei der Übertragung von Datenpaketen gegenüber herkömmlichen Verfahren höher sein kann, so ist die Verteilung möglicher Verzögerungszeiten geringer und es wird weiterhin eine
Datenübertragung mit hoher Verlässlichkeit erreicht. In bevorzugten Varianten besteht ferner die Möglichkeit, dass die Zuweisung der Zeitschlitze basierend auf entsprechenden Linkmetriken, insbesondere basierend auf einer möglichst geringen Datenpaketfehlerrate, optimiert wird.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Zuordnung von Zeitschlitzen (SO, Sl, S16) zu Links (LI, L2, L16) zwischen Netzknoten (1, 2, 10) eines drahtlosen vermaschten Netzes aus einer Vielzahl von drahtlos kommunizierenden Netzknoten (1, 2, 10), wobei
Daten in dem Netz zeitschlitz-basiert mittels der Zuordnung von zur Datenübertragung zu nutzenden Zeitschlitzen (SO, Sl,
S16) zu den Links (LI, L2, L16) zwischen einem
Quellknoten und einem Zielknoten auf einem oder mehreren Kanälen (CO, Cl, C16) über mehrere Hops zu übertragen sind, wobei für die Datenübertragung zwischen dem Quellknoten und dem Zielknoten eine vorbestimmte Anzahl von aufeinander folgenden Hopebenen (h-2, h-1, h+2) festgelegt ist und für jede Hopebene (h-2, h-1, h+2) eine Mehrzahl von Netzknoten (1, 2, 10) existiert, über welche Daten vom Quellknoten zum Zielknoten weitergeleitet werden können, bei dem:
a) ein Hauptpfad (MP) mit jeweils einem Netzknoten (1, 2, 3, 4, 5) pro Hopebene (h-2, h-1, h+2) und den
entsprechenden Links (LI, L2, L3, L4) zwischen den
Netzknoten (1, 2, 3, 4) benachbarter Hopebenen (h-2, h-1, h+2) von dem Quellknoten zu dem Zielknoten festgelegt wird;
b) für die Hopebenen (h-2, h-1, h+2) zwischen Quellknoten und Zielknoten jeweils eine Anzahl von alternativen, nicht zum Hauptpfad gehörigen Netzknoten (6, 7, 8, 9, 10) aus der Mehrzahl von Netzknoten (1, 2, 10) der jeweiligen Hopebenen (h-2, h-1, h+2) festgelegt wird, wobei einem jeweiligen alternativen Netzknoten (6, 7, 8, 9, 10) ein alternativer Link (L5, L6, L14) von dem Netzknoten (1, 2, 3, 4, 5) des Hauptpfads (MP) in der vorhergehenden Hopebene (h-2, h-1, h+2) zu dem jeweiligen alternativen Netzknoten (6, 7, 8, 9, 10) und ein alternativer Link (L5, L6, L14) von dem jeweiligen alternativen Netzknoten (6, 7, 8, 9, 10) zu dem Netzknoten (1, 2, 5) des Hauptpfads (MP) in der nächsten Hopebene (h-2, h-1, h+2)
zugeordnet wird; den Links (LI, L2, L3, L4) des Hauptpfades (MP) und den alternativen Links (LI, L2, L13) Zeitschlitze (SO, Sl, S16) derart zugewiesen werden, dass ein sich aus einem jeweiligen Netzknoten (1, 2, 10) erstreckender
alternativer Link (L5, L6, L14) einen zeitlich späteren Zeitschlitz (SO, Sl, S16) als ein sich aus dem
jeweiligen Netzknoten (1, 2, 10) erstreckender Link
(LI, L2, L3, L4) des Hauptpfads (MP) erhält und dass in einem jeweiligen Netzknoten (1, 2, 10) eingehende Links
(LI, L2, L13) zeitlich frühere Zeitschlitze (SO, Sl, S16) als sich aus dem jeweiligen Netzknoten (1, 2, 10) erstreckende Links (LI, L2, L13) erhalten.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Zeitschlitze in Schritt c) basierend auf folgender Vorschrift zugewiesen werden :
i) für einen jeweiligen Netzknoten (1, 2, 3, 4, 5) des
Hauptpfads (MP) erhält jeder in dem jeweiligen
Netzknoten (1, 2, 3, 4) eingehende alternative Link (L6, L7, L14) einen zeitlich früheren Zeitschlitz (SO, Sl,
S16) als der sich aus dem jeweiligen Netzknoten (1, 2, 3, 4, 5) erstreckende Link (LI, L2, L3, L4) des
Hauptpfads (MP) ;
ii) für einen jeweiligen Netzknoten (1, 2, 3, 4, 5) des
Hauptpfads (MP) erhält jeder sich aus dem jeweiligen Netzknoten (1, 2, 3, 4, 5) erstreckende alternative Link (L5, L6, L14) einen zeitlich späteren Zeitschlitz (SO, Sl, S16) als der sich aus dem jeweiligen
Netzknoten erstreckende Link (LI, L2, L3, L4) des
Hauptpfads (MP) ;
iii) für einen jeweiligen alternativen Netzknoten (6, 7, 8, 9, 10) erhält der in dem jeweiligen alternativen
Netzknoten (6, 7, 8, 9, 10) eingehende alternative Link (L5, L6, L14) einen zeitlich früheren Zeitschlitz (SO, Sl, S16) als der sich aus dem jeweiligen
alternativen Netzknoten (6, 7, 8, 9, 10) erstreckende alternative Link (L5, L6, L14) .
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der Hauptpfad (MP) basierend auf einem Kriterium und/oder einer möglichst hohen Zuverlässigkeit bei der Datenübertragung und/oder einer möglichst guten Energieeffizienz bei der Datenübertragung einer möglichst geringen Datenfehlerrate festgelegt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die alternativen Netzknoten (6, 7, 8, 9, 10) derart
festgelegt werden, dass deren alternative Links (L5, L6, L14) eine möglichst geringe Datenfehlerrate und/oder eine möglichst hohe Zuverlässigkeit bei der Datenübertragung und/oder eine möglichst gute Energieeffizienz bei der
Datenübertragung aufweisen.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem für zumindest einen und insbesondere alle Hopebenen (h-2, h- 1, h+2) ein einzelner alternativer Netzknoten (6, 7, 8, 9, 10) festgelegt wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem bei dem für zumindest eine und insbesondere alle Hopebenen (h-2, h-1, h+2) mehrere alternative Netzknoten (6, 7, 8, 9, 10) festgelegt werden. 7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem für eine jeweilige Hopebene (h-2, h-1, h+2) die
alternativen Netzknoten (6, 7, 8, 9, 10) in einer zeitliche Reihenfolge sortiert sind, gemäß der die alternativen
Netzknoten (6,
7, 8, 9, 10) mit deren alternativen Links (L5, L6, L14) den Zeitschlitzen (SO, S2, S16) zugeordnet werden .
8. Verfahren nach einem der vorhergehende Ansprüche, bei dem für zumindest ein Paar von benachbarten Hopebenen (h-2, h-1, h+2) jeweils zumindest ein Zusatzlink (L15, L16) zwischen alternativen Netzknoten (6, 7, 8, 9, 10) der benachbarten Hopebenen (h-2, h-1, h+2) festgelegt wird, wobei ein sich aus einem alternativen Netzknoten (6, 7, 8, 9, 10) erstreckender alternativer Link (L5, L6, L14) einen zeitlich früheren Zeitschlitz (SO, Sl, S16) als jeder sich aus dem alternativen Netzknoten (6, 7, 8, 9, 10) erstreckende Zusatzlink (L15, L16) erhält.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem den jeweiligen Links (LI, L2, L16) Zeitschlitze (SO, Sl, S16) mit variabler Länge zugewiesen werden. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Verfahren in einem vermaschten Netz in der Form eines drahtlosen Sensornetzes ausgeführt wird, in dem die
Netzknoten (1, 2,
10) zumindest teilweise Sensoren und insbesondere Sensoren mit autarker Energieversorgung
darstellen.
11. Verfahren zur zeitschlitz-basierten Datenübertragung in einem drahtlosen vermaschten Netz mit einer Vielzahl von Netzknoten (1, 2, 10), wobei Zeitschlitze (SO, Sl, S16) zu Links (LI, L2, L16) zwischen einem Quellknoten und einem Zielknoten mit einem Verfahren nach einem der
vorhergehenden Ansprüche zugeordnet werden und Daten
basierend auf dieser Zuordnung zwischen dem Quellknoten und dem Zielknoten auf einem oder mehreren Kanälen (CO, Cl,
C16) übertragen werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11, bei dem das Verfahren auf einer Datenübertragung gemäß dem Standard WirelessHART oder IEEE 802.15.4 oder ISA 100.11a basiert.
13. Netzverwaltungseinheit für ein drahtloses vermaschtes Netz aus einer Vielzahl von drahtlos miteinander
kommunizierenden Netzknoten (1, 2, 10), wobei die
Netzverwaltungseinheit derart ausgestaltet ist, dass sie Zeitschlitze (SO, Sl, S16) zu Links (LI, L2, L16) zwischen Netzknoten (1, 2, 10) basierend auf einem
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 zuordnen kann.
14. Drahtloses vermaschtes Netz aus einer Vielzahl von drahtlos miteinander kommunizierenden Netzknoten (1, 2, 10) mit einer Netzverwaltungseinheit nach Anspruch 13, wobei die Netzknoten (1, 2, 10) und die Netzverwaltungseinheit derart ausgestaltet sind, dass sie Daten basierend auf dem Verfahren nach Anspruch 11 oder 12 übertragen können.
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Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102781007B (zh) * 2012-03-30 2015-12-09 苏州科技学院 一种多跳多信道工业无线通信链路重传优化方法
JP5895871B2 (ja) 2013-02-22 2016-03-30 横河電機株式会社 管理装置、管理方法、及び無線通信システム
CA2846146A1 (en) * 2013-03-14 2014-08-14 Angelo Marino Tuzi Asynchronous ubiquitous protocol
US9456444B2 (en) 2013-07-17 2016-09-27 Cisco Technology, Inc. OAM and time slot control in a deterministic ARC chain topology network
DE102015106205A1 (de) * 2015-04-22 2016-10-27 Wiesemann & Theis Gmbh Verfahren zur Vergabe von Timeslots
JP6538849B2 (ja) 2015-09-02 2019-07-03 株式会社東芝 時間スロットチャネルホッピング（ｔｓｃｈ）ｍａｃのためのスケジューリングアルゴリズムおよび方法
CN110267220B (zh) * 2019-04-30 2021-11-02 泉州维盾电气有限公司 一种单主机无线设备串联组网数据通信的系统及方法
CN113316173B (zh) * 2021-05-26 2022-11-11 北京小米移动软件有限公司 联网设备确定方法、装置、设备及存储介质

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2002028023A2 (en) * 2000-09-27 2002-04-04 Hrl Laboratories, Llc Method and apparatus for providing directed communications through a networked array of nodes
ITMI20022170A1 (it) * 2002-10-14 2004-04-15 Marconi Comm Spa Sistema di telecomunicazioni
US20070133592A1 (en) * 2005-12-13 2007-06-14 Heyun Zheng Method for tree-based spatial time division multiple access (TDMA) scheduling in a multi-hop wireless
US8040857B2 (en) * 2006-12-07 2011-10-18 Misonimo Chi Acquisitions L.L.C. System and method for timeslot and channel allocation
US8275313B1 (en) * 2007-01-15 2012-09-25 Advanced Distributed Sensor Systems Long range, low power, mesh networking without concurrent timing
US8406248B2 (en) * 2007-04-13 2013-03-26 Hart Communication Foundation Priority-based scheduling and routing in a wireless network
US8351369B2 (en) * 2007-12-12 2013-01-08 Synapsense Corporation Apparatus and method for adaptive data packet scheduling in mesh networks
CN101415248B (zh) * 2008-11-21 2010-07-21 中山大学 基于负载均衡的跨层动态源路由协议的建立方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2011089135A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2011089135A1 (de) 2011-07-28
CN102742180A (zh) 2012-10-17
US20120320812A1 (en) 2012-12-20

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