EP2898634A1 - Kommunikationsverfahren in einem kommunikationssystem - Google Patents

Kommunikationsverfahren in einem kommunikationssystem

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Publication number
EP2898634A1
EP2898634A1 EP13739982.0A EP13739982A EP2898634A1 EP 2898634 A1 EP2898634 A1 EP 2898634A1 EP 13739982 A EP13739982 A EP 13739982A EP 2898634 A1 EP2898634 A1 EP 2898634A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
node
nodes
central entity
message
polled
Prior art date
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Ceased
Application number
EP13739982.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Volker Blaschke
Timo Lothspeich
Andreas Mueller
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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 Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Publication of EP2898634A1 publication Critical patent/EP2898634A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L67/00—Network arrangements or protocols for supporting network services or applications
    • H04L67/01—Protocols
    • H04L67/10—Protocols in which an application is distributed across nodes in the network
    • H04L67/104—Peer-to-peer [P2P] networks
    • H04L67/1074—Peer-to-peer [P2P] networks for supporting data block transmission mechanisms
    • H04L67/1078—Resource delivery mechanisms
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L12/00—Data switching networks
    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40—Bus networks
    • H04L12/403—Bus networks with centralised control, e.g. polling
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F16/00—Information retrieval; Database structures therefor; File system structures therefor
    • G06F16/90—Details of database functions independent of the retrieved data types
    • G06F16/95—Retrieval from the web
    • G06F16/951—Indexing; Web crawling techniques
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    • H04L12/40—Bus networks
    • H04L12/403—Bus networks with centralised control, e.g. polling
    • H04L12/4035—Bus networks with centralised control, e.g. polling in which slots of a TDMA packet structure are assigned based on a contention resolution carried out at a master unit
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W74/00—Wireless channel access
    • H04W74/002—Transmission of channel access control information
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W74/00—Wireless channel access
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    • H04W74/06—Scheduled access using polling
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
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    • H04L12/28—Data switching networks characterised by path configuration, e.g. LAN [Local Area Networks] or WAN [Wide Area Networks]
    • H04L12/40—Bus networks
    • H04L12/40143—Bus networks involving priority mechanisms

Definitions

  • the present invention relates to two communication methods in communication systems, a computation unit adapted to be incorporated into a communication system, a communication system, a computer program, and a machine-readable storage medium.
  • nodes also referred to as “nodes”
  • central entity also called a “master” or “coordinator”
  • shared transmission medium also referred to as a “shared transmission medium” or “shared medium”
  • a principal problem with such a packet based communication system is the control of access to the "shared medium", because the concurrent use of the same resources from different nodes usually makes a successful (i.e., error free) transmission very unlikely.
  • such competing methods may also be regarded as very critical if all or at least some of the nodes are to be powered by the shared medium (eg via a wired bus), or if all or at least some of the nodes of the same energy source (eg a battery) are fed.
  • the shared medium e.g via a wired bus
  • the same energy source e.g a battery
  • Node is generally higher in transmit mode than in receive mode or in non-transmit mode.
  • Coordination of the media access can be static, e.g. at static
  • Time-division multiplexing method in which each node is allowed to periodically use the "shared medium" for transmission for a certain period of time.
  • This can be For example, with the help of a statically fixed schedule known to all nodes, in conjunction with temporal synchronization of all nodes, or, alternatively, the coordination can be realized by means of central instance control, such as a classical polling method
  • a distributed coordination is possible, which is used, for example, in methods such as "token ring” or "token bus".
  • Coordinated methods typically have more deterministic (i.e., more predictable) behavior than competing methods, and maximum access times to the shared medium can usually be guaranteed, at least to some extent.
  • these guaranteed maximum access times can be relatively large, above all with a large number of nodes and / or a high traffic volume.
  • the central entity cyclically grants each node access to the shared medium, with the maximum cycle time and thus the guaranteed maximum access time to the shared medium generally directly proportional to the number of nodes and the maximum possible Traffic is.
  • Another object in the design and implementation of communication systems with a central control / monitoring instance is the supply of this central instance with information about the nodes, for example with regard to the current status of a node or on certain parameters.
  • special control messages are usually exchanged between the central entity and the individual nodes. These control messages usually consist of a suitable one Preamble for synchronization, a message header and the actual control data together and therefore often have a fairly large overhead, especially if only one or a few information / control bits (s) is to be transmitted.
  • a node prior to transmitting such a message, a node must first gain access to the shared medium. For this, in principle, the options already described above come into consideration, but the cost of obtaining even simple information content is therefore often relatively high.
  • Object of the present invention is to provide a communication method for a
  • the present invention relates to the communication method according to claims 1 and 2, the arithmetic unit according to claim 12, the communication system according to claim 13, the computer program according to claim 14 and the computer readable medium according to claim 15.
  • Both communication methods according to the invention are to be applied in a communication system comprising a central entity, a plurality of nodes and a communication medium which the central entity and the nodes share for communication.
  • the communication medium may be, for example, a linear or annular bus or a wireless transmission channel.
  • the first communication method comprises sending a query message from the central entity to one or more nodes in the communication system (which will be referred to as the "polled node"). can all nodes (different from the central instance) in the communication system or a selection of all nodes. If multiple nodes are queried, the query message can be transmitted, for example, from the central entity to each interrogated node in the communication system or passed from one interrogated node to the next, so that the one (ie in particular the once sent) query message reaches all interrogated nodes.
  • the query message may include, for example, a state (such as a send request or the priority of the send request, or the priority of the highest priority send request) or certain other parameters or properties of the addressed (polled) node (eg, whether the node is powering its own source (eg a battery) or the energy must be obtained via the common transmission medium) interrogate.
  • a state such as a send request or the priority of the send request, or the priority of the highest priority send request
  • certain other parameters or properties of the addressed (polled) node eg, whether the node is powering its own source (eg a battery) or the energy must be obtained via the common transmission medium) interrogate.
  • the central entity may determine it and allocate the transmission authority to the individual nodes according to the respective priority, for example by first granting access to the one / ones indicating a high priority transmission request have, then the one / those with a medium priority send request, etc.
  • the first communication method further comprises for each node polled determining a node-specific time window based on a node-specific response time and filtering out a response message sent by the polled node from signals received during the node-specific time window. On the basis of the respective node-specific time window, the central instance assigns the response message to the or the individual nodes polled.
  • the node specific response time is a time difference, specific to the particular node, between receiving the query message and sending the node a reply message; while the time point of the end or the beginning of the receipt of the query message or any other clearly defined reference time.
  • the node-specific response time can be set automatically or manually by an appropriate configuration, for example with the aid of one or more configuration file (s) and / or in the course of network planning and / or installation.
  • the node-specific response time (s) of the one interrogated node or of the several interrogated nodes may have been previously announced to the central entity.
  • the central entity may itself allocate and / or communicate to the node (s) its respective node-specific airtime, as described further below.
  • a node-specific time window is preferably larger than the actual response time. Thus, uncertainties regarding the required signal propagation times can be compensated. Node-specific time windows of different nodes preferably do not overlap one another.
  • the content of the response message does not need to be considered during the assignment.
  • the reply message need not contain any information about its sender.
  • the second inventive communication method comprises steps performed by a node, namely receiving an interrogation message sent by the central entity, which is preferably still directed to at least one further node in the communication system. It includes sending a response message to a node-specific response time to the central entity.
  • the node-specific response time is or was explicitly or implicitly assigned to the node by the central entity and / or communicated, or each node is / were manually configured with regard to its node-specific response time.
  • the methods according to the invention each comprise steps which execute the "central instance” or “node” from the various components are. They can be combined with each other and each allow a message exchange, which has the following advantages in particular:
  • the inventive methods allow very short transmission times for the answers, since almost no overhead is needed (for example, no preambles, destination addresses or other control / header information).
  • almost no overhead for example, no preambles, destination addresses or other control / header information.
  • the interrogation of several different nodes occurs simultaneously with a single query message, thus a lower average power consumption, a reduction in the maximum transmission latency, an increase in the possible throughput and a quick query possible, especially in
  • CSMA CSMA
  • the network or at least a part of it collapses if too many nodes have a transmission request at the same time and the power supply of these nodes via the shared transmission medium, e.g. a wired bus is realized, or if too many nodes have a simultaneous transmission request and all nodes or a part of the nodes from the same source are supplied with energy.
  • the overhead required for the individual response messages can be kept to a minimum.
  • no additional synchronization mechanisms and measures are required, such as the use of preambles. Since only state information can be transmitted and each node can decide for itself whether this information is relevant to it or, alternatively, always only the central entity evaluates the corresponding state information.
  • no additional header information needed which usually specify, among other things, for example, the recipient of a message.
  • the methods according to the invention are very well suited to be able to meet certain quality of service requirements (in particular latency and jitter) even for systems with a relatively large number of nodes.
  • the respective response message is only a short burst that does not include a preamble and a header.
  • the received (for example) from the central instance (receive) signals can contain not only the response message but also sections / samples without useful signal, which thus contain only noise, interference and / or other interference signals.
  • the arithmetic unit according to the invention is set up to be integrated into a communication system as a central entity and to carry out some or all steps of the method described above or below.
  • the communication system according to the invention accordingly comprises a central instance thus set up and / or one or more nodes, which are set up to carry out some or all of the steps mentioned here.
  • Said methods may be implemented in the form of one or more computer programs which, when executed on a computer, cause the execution of the respective method.
  • the computer program (s) may be stored on one or more machine-readable storage media.
  • the node performing the said steps is a polled node, that is, one who has received the query message from the central entity.
  • the node-specific response times of the individual nodes are or were preferably chosen such that, despite possible differences in the transit time between the individual nodes, individual transmissions, no collisions of different response messages can occur on the common transmission medium and the central entity can uniquely assign to each node a node-specific time window within which the central entity receives the response message of the corresponding node. This in turn makes it possible to uniquely assign a reply message to a specific node.
  • the central entity implicitly or explicitly notifies the interrogated nodes of each node-specific response time for the response message and / or with, e.g. during a special initialization phase.
  • An implicit allocation can be realized in such a way that the central entity only specifies a logical order of the various nodes and only notifies each node of its position within this sequence.
  • Each node (as well as the central instance) can then calculate the respective response time with the help of a predefined calculation rule.
  • the central entity can directly assign each node its node-specific response time.
  • node-specific response times may also be set at each node during commissioning of the communication system by one person (e.g., by setting appropriate values in a mass storage). The assignment of response times and corresponding unique identifiers or addresses of the individual nodes can then be stored in the central instance.
  • the central entity can advantageously determine a node-specific reception time already in advance (ie before receiving the response messages) from the node-specific response time. At or during this time, the central entity expects a response from the associated node and correspondingly assigns the reply message received at or at that time to the node. Preferably, the central entity determines for each node polled a time or space to or at which it expects a response from the node. A reply message arriving at or during this time then assigns the central instance to the corresponding node.
  • the central entity can limit the expected time of reception only to a specific time window, without being able to tell exactly in advance exactly when within this time window, the central entity the response message of this node Will be received.
  • the central authority for assigning the response messages to the polled nodes may each determine or use an upper limit of the maximum expected (simple) signal propagation time, which is or has been determined, for example, based on the bus length and propagation speed.
  • the response messages each comprise only a single (modulation) symbol, such as a wave train with a certain frequency, or only a sequence of a few (for example, a maximum of 10) (modulation) symbols, such as a sequence of individual wave trains with possibly different frequencies.
  • the response messages are differentially modulated. This offers the advantage that, despite the possible blurring due to propagation time differences, a high transmission reliability can be ensured, but at the same time for additional overhead for establishing a temporal synchronization (for example in the form of a special preamble, which in the case of a reply message is the actual information bit or modulation symbol could be preceded) can be omitted.
  • a reply message corresponds to a constant length wave train of a predetermined frequency selected from a set of predefined frequencies depending on the state to be transmitted; this corresponds on the transmitter side to a multilevel frequency shift keying, also referred to as "Multi-Level Frequency Shift Keying".
  • a spectral analysis of the signal received during the node-specific time window can then be carried out on the receiver side (eg with the aid of a fast / discrete Fourier transformation), so that a determination of the transmission frequency of the signal train and thus of the indicated state of the node is possible on the receiver side.
  • a differential transmission can take place, for example, by means of a differential binary frequency shift keying.
  • the node in question transmits a wave-shaped (for example, cosine (or sinusoidal) signal) first with a first frequency and then with a second frequency f 2 different from the first frequency.
  • the central instance then only has to determine whether within the associated (fuzzy) receive window, a transition from a low to a high frequency occurs or vice versa. It can thus relatively easily determine relatively reliably whether the node has a send request or not.
  • non-differential transmission can be done with binary or multilevel frequency shift keying.
  • the respective interrogated node transmits to the node-specific response node assigned to it.
  • time a wavy (eg cosine or sinusoidal) signal with a frequency f, e ⁇ fi, f 2 , ..., fivi ⁇ , which is selected depending on the information to be transmitted or the state to be transmitted and where M the degree of modulation corresponds, ie the number of distinguishable by means of a (modulation) symbols states.
  • the respective interrogated node could, for example, transmit a sinusoidal signal at a first frequency or at a second frequency f 2 different from the first frequency at its associated node-specific response time, as the case may be. whether he has a send request or not.
  • the detection of this signal at the central instance can then be realized for example with the aid of a correlation receiver, or - as previously described - by means of a spectral analysis (eg using a fast / discrete Fourier transformation) of the received signal received during the respective node.
  • a spectral analysis eg using a fast / discrete Fourier transformation
  • sequences of such modulation symbols may also be transmitted, eg, sequences of individual cosine or sinusoidal signal trains having different or equal frequencies, depending on which data to be transferred.
  • the query message at the at least one node to which it is addressed asks for a send request. It is therefore asked if the interviewed node (s) have to transmit one or more messages.
  • the response messages merely indicate whether or not the corresponding node has a send request. This information can be represented using a single bit.
  • a polled node can transmit the priority of the highest priority message that the node would like to transmit.
  • three priority levels low, medium, high
  • the assignment of priority levels to messages can be done, for example, by the respective application or according to precisely defined criteria (eg depending on the previous waiting time or depending on a corresponding priority level / QoS class higher protocol layers, such as IP).
  • a node can indicate in its response that it does not currently have a send request.
  • the transmission of the response then takes place as described above with the aid of a multilevel frequency shift keying, ie the node transmits a signal train of fixed length with a frequency f, e ⁇ fi, f 2 , f 3 , f ⁇ , the choice of the frequency being dependent from the state to be transmitted
  • the central entity can determine one or more polled nodes that have requested a send request, and him
  • the central entity informs each discovered node in advance by a special message about this grant.
  • the determined nodes can preferably be addressed by the central entity via an identifier, such as a MAC address.
  • an exclusive accessibility for a determined node is limited to send request and ends with the transfer of at least one
  • the central entity may grant exclusive access to the shared transmission medium to another discovered node, or it may send a new query message or may resort to another media access method, such as For example, CSMA, change. Such a change preferably announces it by sending a message to the at least two interrogated nodes.
  • An embodiment of the invention comprises a combination of some or all of the above steps with an alternative media access method, such as Carrier Sense Multiple Access (CSMA) or a cyclic polling method.
  • CSMA Carrier Sense Multiple Access
  • the central authority can determine at regular intervals whether one or more nodes have to send time-critical messages, for example those whose timely transmission with the aid of the basic access method may not be guaranteed. If a node indicates a send request for one or more such time-critical messages, the central entity can grant it exclusive access to the common communication medium for this purpose.
  • the base media access method eg CSMA
  • the base media access method can also be used.
  • This embodiment of the method is particularly suitable for better fulfilling given (hard) quality of service (QoS) requirements for different packet transmissions.
  • QoS quality of service
  • transmission requests with hard time requirements for individual packets can be recognized and preferably treated.
  • the response messages of the queried nodes each comprise only one bit.
  • they may consist of several bits, each unique combination of bits preferably being associated with one quality of service class.
  • the nodes may then indicate which quality of service class has a highest priority packet pending for transmission.
  • the method comprises a step of determining, by the central entity, that a predetermined number of
  • Node in the communication system is reached or exceeded. This allows to ensure that the further steps, such as sending a query message and the assignment of the response messages, are appropriate in the given case. Accordingly, the arithmetic unit to be used as the central instance can be set up to check the number of nodes present in the communication system, to select a basic access method (such as ALOHA, CSMA or CSMA / CD) in the case of a number below a predetermined limit, and otherwise some or all to execute the method steps described here.
  • a basic access method such as ALOHA, CSMA or CSMA / CD
  • the central authority can thus autonomously and dynamically adapt the use of one of the described methods to the respective situation.
  • the initiation of the methods described here is preferably carried out by the central entity. This allows easy configuration and control.
  • Figure 1 shows an example of a communication system in which the present invention can be used.
  • FIG. 2 shows by way of example a typical arrangement of components in a communication system with a linear bus structure.
  • FIG. 3 shows by way of example a basic message exchange according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 shows a time window which a central entity can consider for assigning a response message to a node.
  • Figure 5 shows a message transmission in a ring structure of the common communication medium, which is suitable for a method according to the invention.
  • FIG. 6 schematically shows a communication method according to an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 7a and 7b illustrate an information transmission with differential binary frequency shift keying, as can be used for the communication according to the invention.
  • the communication system 1 shown in Figure 1 comprises a control entity 10, a plurality of nodes K ⁇ K 2 , K 3 , K 4 , K 5 , K 6 and a common communication medium 11, via which the nodes and the control entity can communicate with each other.
  • the common transmission medium may be, for example, a linear bus to which all nodes and the central entity are connected. This is sketched by way of example in FIG. 2; at the points 11 a and 1 1 b ends the bus 1 1, for example, with appropriate bus terminations.
  • the bus terminations are typically impedances equal to the characteristic impedance of the line to avoid reflections.
  • a variety of other forms of shared transmission medium are conceivable, such as a wireless transmission channel, a ring-shaped bus, etc.
  • the only requirement is that the various nodes can use all the same resources for data transmission, in principle, for example the same frequencies on an electrical line, the same wavelengths in an optical fiber, etc.
  • FIG. 3 shows a sequence diagram according to an embodiment of the invention by way of example in its time sequence (shown from top to bottom).
  • the system considered here comprises, in addition to the central entity 10, in total the N nodes K 1 K 2 , K 3 ,... K N , where N represents a natural number.
  • the diagram shows a phase 20 in which a fast status request is made by the central entity and a phase 21 in which exclusive access to the common communication medium is granted.
  • Phase 20 may be preceded by a phase, not shown, in which the communication system uses a basic access method, such as CSMA.
  • the central entity may send a message (not shown) to all nodes Ki to K N announcing a transition to a basic media access procedure which may then be used.
  • the central instance 10 of the system first initiates a quick poll of the send requests of the individual nodes by sending a poll message 22 received from all nodes ⁇ K 2 , K 3 , ... K N.
  • the node K n respectively informs the central entity whether it has a transmission request or not;
  • the node K n in the message A n can convey the priority of the highest-priority message to be transmitted (eg with the distinction in ⁇ low, medium, high ⁇ and / or indicating that it has no transmission request.
  • the central entity 10 After evaluating the responses of the individual nodes, the central entity 10 then grants those nodes which have requested a send request, explicitly exclusive access to the common communication medium so that these nodes can transmit their respective messages. For this purpose, the central entity sends a special message to the respective node, which may then itself transmit a message. As mentioned above, the central entity can take the respective priority into account
  • the nodes Ki and K 3 each communicate a send request.
  • the central authority notifies the node Ki that it is granted exclusive access to the common communication medium.
  • the node Ki then sends the
  • Data D ⁇ are directed to the central instance 10 in the example shown.
  • the central entity then informs analogously to the node N 3 in the message Z 3 that now exclusive access to the common communication medium is granted to it, which then uses the node K 3 for the transmission of his data D 3 , in the illustrated Example also be sent to the central instance.
  • a node which has received exclusive access to the common communication medium through a corresponding message may selectively transmit its message to the central entity (as shown in Figure 3) or to any other node in the system. After the transfer, the control over the common communication medium is first of all again with the central entity, which thus, for example, can grant exclusive access to the next node or initiate a new query of the send requests.
  • FIG. 4 shows a time window ⁇ 2 and its calculation by way of example for the node K 2 with the node-specific response time T 2 .
  • incoming reply messages are assigned according to node K 2 .
  • the central instance initially only knows that the response message of the node K 2 is received within this window, but does not know the exact time (blur of the order of 2 * T prop + T var ).
  • the period of time ⁇ 1 is required for the sending of the query message by the central entity to the node K 2 .
  • the node K 2 then waits for the node-specific response time T 2 before sending a response message to the central entity 10. The earliest possible time at which the central entity can receive the response message from the node K 2 is therefore after
  • T 2 of this node Expiration of the specific response time T 2 of this node, measured from the beginning of the reception of the query message or from its complete transfer.
  • the latest possible time at which the central entity can begin to receive the response message is T 2 + 2 * T prop + T var after sending the query message, where T var is a time interval that takes into account one or more practical effects can lead to temporal deviations, such as oscillator inaccuracies and / or drifts.
  • T var can be a fixed value (eg according to a specification) or can be determined dynamically by the central instance and communicated to the individual nodes.
  • T prop is the maximum expected (simple) signal propagation time; in the case of a wired linear bus, it results from the propagation speed on the medium and the length of the bus.
  • the end time of the reception window accordingly (again measured from the completion of the full sending the query message) T 2 + T rep i y + 2 * T prop + T var, with T rep iy than the
  • FIG. 5 illustrates by way of example the special case that the nodes Ki to K 6 and the central entity 10 are arranged in a ring topology.
  • the central entity can on the one hand a message (eg the query message
  • the answer messages Ai to A 6 of the various nodes can be appended to the query message one after the other in the ring pass.
  • FIG. 6 schematically shows a communication method according to an embodiment of the present invention in its time sequence.
  • the method comprises a phase 60 in which the communication system with the central entity 10 and nodes K ⁇ K 2 , K 3 , ... K N uses a conventional media access method.
  • a fast parameter or status inquiry and detection by the central authority 10. This sends a query message 64 to all nodes in which they one or more parameters or a state, such as information about the power supply or requests a send request (for example, a send request whose priority reaches or exceeds a certain value).
  • the system then reverts to a basic media access procedure in phase 62.
  • FIGS. 7a and 7b show possibilities of bit transmission by means of differential binary frequency shift keying.
  • 7a shows this case, the bit '0' by a transition of a voltage waveform having a first frequency to a second frequency f 2.
  • figure 7b is reversed by the transition from the second frequency f 2 to the first frequency, the bit represented 1 '.
  • the frequency is higher than the frequency f 2 , but it can be analog lower.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Kommunikationsverfahren, das ein Versenden einer Abfragenachricht (22) von einer zentralen Instanz (10) an mindestens einen Knoten (K1, K2,..., KN) umfasst. Für jeden befragten Knoten bestimmt die zentrale Instanz anhand einer knotenspezifischen Antwortzeit (Τ1, T2,..., TN) ein knotenspezifisches Zeitfenster. Aus während dieses Zeitfensters erhaltenen Signalen filtert die zentrale Instanz eine vom befragten Knoten versandte Antwortnachricht (A1, A2,..., AN, B1, B2,..., BN) heraus. Anhand des knotenspezifischen Zeitfensters (Δ2) ordnet die zentrale Instanz die Antwortnachricht dem befragten Knoten zu. Weiterhin umfasst die Erfindung eine Recheneinheit, die eingerichtet ist, als zentrale Instanz zu fungieren, ein Kommunikationssystem sowie ein Computerprogramm und eine computerlesbares Speicherprogramm mit dem Computerprogramm.

Description

Beschreibung Titel
Kommunikationsverfahren in einem Kommunikationssvstem
Die vorliegende Erfindung betrifft zwei Kommunikationsverfahren in Kommunikationssystemen, eine Recheneinheit, die eingerichtet ist, in ein Kommunikationssystem eingebunden zu werden, ein Kommunikationssystem, ein Computerprogramm und ein maschinenlesbares Speichermedium.
Stand der Technik
Bekannte paketbasierte Kommunikationssysteme umfassen mehrere Knoten (auch als "Nodes" bezeichnet), eine zentrale Instanz (auch„Master" oder„Koordinator" genannt) sowie ein gemeinsam genutztes Übertragungsmedium (auch als„gemeinsames Übertragungsmedium" oder„Shared Medium" bezeichnet).
Ein prinzipielles Problem bei einem solchen paketbasierten Kommunikationssystem ist die Steuerung des Zugriffes auf das "Shared Medium", weil bei der gleichzeitigen Verwendung derselben Ressourcen von unterschiedlichen Knoten in der Regel eine erfolgreiche (d.h. fehlerfreie) Übertragung sehr unwahrscheinlich wird. Hierbei gibt es eine Vielzahl von verschiedenen Freiheitsgraden und möglichen Ausprägungen sowie viele verschiedene Optimierungsrichtungen, beispielsweise hinsichtlich Durchsatz, Fairness, Echtzeitfähigkeit etc.
Generell ist eine Unterscheidung zwischen konkurrierenden und koordinierten Medienzugriffsverfahren möglich.
Bei konkurrierenden Verfahren kann es grundsätzlich vorkommen, dass zwei oder mehrere Knoten gleichzeitig auf das "Shared Medium" zugreifen und entsprechende Daten übertragen wollen, was dann eine Kollision auf dem gemeinsamen Übertragungsmedium zur Folge hat. Beispiele für diese Art von Verfahren sind (Slotted) ALOHA, Carrier Sense Multiple Access (CSMA) und CSMA mit Kollisionsdetektion (CSMA/CD, eingesetzt u.a. in den Ethernet-Varianten
10BASE5 und 10BASE2).
Bei konkurrierenden Medienzugriffsverfahren wie CSMA/CD ist prinzipiell ein sehr schneller Zugriff auf das "Shared Medium" möglich, gleichzeitig besteht aber selbst im fehlerfreien Fall keine Garantie, dass ein erfolgreicher Zugriff (im Sinne eines Zugriffes, der eine erfolgreiche Übertragung mit sich bringt) innerhalb einer vorgegebenen Zeit erfolgen kann. Dies liegt darin begründet, dass auch im regulären Betrieb jederzeit Kollisionen auftreten können, was normalerweise eine feh- lerhafte Übertragung nach sich zieht. Diese Kollisionswahrscheinlichkeit steigt in der Regel mit einer zunehmenden Anzahl von Knoten und zunehmendem Datenaufkommen an, d.h. sie korreliert mit der Auslastung des gemeinsamen Übertragungsmediums. Daher sind solche Verfahren generell nicht bzw. nur bedingt für echtzeitkritische Daten geeignet, die innerhalb einer gewissen Zeit übertragen werden müssen.
Darüber hinaus sind solche konkurrierenden Verfahren unter Umständen aber auch als sehr kritisch anzusehen, falls alle oder zumindest einige der Knoten über das "Shared Medium" (z.B. über einen drahtgebundenen Bus) mit Energie versorgt werden sollen, oder falls alle oder zumindest einige der Knoten von derselben Energiequelle (z.B. einer Batterie) gespeist werden. In so einem Fall könnte es je nach Systemauslegung nämlich vorkommen, dass das komplette System bzw. ein Teil davon aufgrund eines zu hohen Energiebedarfs ausfällt, wenn zu viele Knoten gleichzeitig auf das "Shared Medium" zugreifen wollen. Dies liegt im Wesentlichen darin begründet, dass die Leistungsaufnahme eines
Knotens im Sendemodus in der Regel höher ist als im Empfangsmodus bzw. im Nicht-Sendemodus.
Anders als bei konkurrierenden Verfahren sollten bei koordinierten Medienzu- griffsverfahren im fehlerfreien Fall keine Kollisionen durch einen gleichzeitigen
Zugriff mehrerer Knoten auf das "Shared Medium" auftreten. Die Koordination des Medienzugriffes kann dabei statisch erfolgen, wie z.B. bei statischen
Zeitmultiplexverfahren, bei denen jeder Knoten periodisch für eine gewisse Zeit exklusiv das "Shared Medium" zur Übertragung nutzen darf. Dies kann bei- spielsweise mit Hilfe eines statisch festgelegten Ablaufplans („Schedule"), der allen Knoten bekannt ist, in Verbindung mit einer zeitlichen Synchronisation aller Knoten erfolgen. Alternativ kann die Koordination mit Hilfe einer Steuerung durch eine zentrale Instanz realisiert werden, wie beispielsweise bei einem klassischen Pollingverfahren. Darüber hinaus ist aber auch eine verteilte Koordination möglich, was z.B. bei Verfahren wie "Token Ring" oder 'Token Bus" zur Anwendung kommt.
Koordinierte Verfahren weisen in der Regel ein deterministischeres (d.h. besser vorhersagbares) Verhalten auf als konkurrierende Verfahren, und es können üblicherweise zumindest in einem gewissen Rahmen maximale Zugriffszeiten auf das "Shared Medium" garantiert werden. Insbesondere bei Verfahren, bei denen die Koordination durch eine zentrale Instanz erfolgt, können diese garantierten maximalen Zugriffszeiten allerdings relativ groß sein, vor allem bei einer großen Anzahl an Knoten und/oder einem hohen Verkehrsaufkommen. Bei einem zyklischen Pollingverfahren beispielsweise gewährt die zentrale Instanz zyklisch jedem Knoten den Zugriff auf das "Shared Medium", wobei die maximale Zykluszeit und somit die garantierte maximale Zugriffszeit auf das "Shared Medium" in der Regel direkt proportional zur Anzahl der Knoten und dem maximal möglichen Verkehrsaufkommen ist.
Mit den herkömmlichen koordinierten Verfahren können daher starke zeitliche Anforderungen an zumindest einen Teil der zu übertragenden Daten (z.B. im Sinne von vergleichsweise kurzen maximalen Zugriffszeiten) nur für Systeme mit einer relativ geringen Anzahl an Knoten realisiert werden.
Ein weiterer Gegenstand bei der Konzeption und Realisierung von Kommunikationssystemen mit einer zentralen Steuer-/Kontrollinstanz (z.B. bei entsprechenden Systemen mit koordinierten Medienzugriffsverfahren) ist die Versorgung die- ser zentralen Instanz mit Informationen über die Knoten, beispielsweise in Hinblick auf den aktuellen Zustand eines Knotens oder auf bestimmte Parameter. In herkömmlichen Systemen werden dafür üblicherweise spezielle Kontrollnachrichten zwischen der zentralen Instanz und den einzelnen Knoten ausgetauscht. Diese Kontrollnachrichten setzen sich dabei in der Regel aus einer geeigneten Präambel zur Synchronisation, einem Nachrichtenheader und den eigentlichen Kontrolldaten zusammen und weisen daher oftmals einen recht großen Over- head auf, insbesondere falls nur ein oder wenige lnformations-/Kontrollbit(s) zu übermitteln ist/sind. Darüber hinaus muss ein Knoten vor der Übertragung einer derartigen Nachricht zunächst den Zugriff auf das "Shared Medium" erhalten. Dafür kommen prinzipiell die oben bereits dargestellten Möglichkeiten in Betracht, doch ist der Aufwand für die Beschaffung selbst einfacher Informationsinhalte daher oft relativ hoch. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kommunikationsverfahren für ein
Kommunikationssystem bereitzustellen, das hohe Übertragungszuverlässigkeit bei relativ geringem Aufwand ermöglicht und insbesondere geeignet ist, in Kommunikationssystemen mit viele Knoten angewandt zu werden. Aufgabe ist es weiterhin, eine schnelle Abfrage von Zuständen (insbesondere Sendewünschen) bei gleichzeitiger minimaler Energieaufnahme der Knoten zu ermöglichen.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Kommunikationsverfahren gemäß den Ansprüchen 1 und 2, die Recheneinheit gemäß Anspruch 12, das Kommunikationssystem gemäß Anspruch 13, das Computerprogramm gemäß Anspruch 14 und das computerlesbare Medium gemäß Anspruch 15.
Beide erfindungsgemäßen Kommunikationsverfahren sind in einem Kommunika- tionssystem anzuwenden, das eine zentrale Instanz, eine Mehrzahl von Knoten und ein Kommunikationsmedium umfasst, das die zentrale Instanz und die Knoten gemeinsam zur Kommunikation verwenden. Das Kommunikationsmedium kann beispielsweise ein linearer oder ringförmiger Bus oder ein drahtloser Übertragungskanal sein.
Das erste erfindungsgemäße Kommunikationsverfahren umfasst ein Versenden einer Abfragenachricht von der zentralen Instanz an einen oder mehrere Knoten im Kommunikationssystem (der/die dann als„befragte/r Knoten" bezeichnet wird/werden). Der oder die befragte/n Knoten kann der einzige bzw. können sämtliche (von der zentralen Instanz verschiedenen) Knoten im Kommunikationssystem sein oder eine Auswahl aller Knoten. Werden mehrere Knoten befragt, kann die Abfragenachricht dabei beispielsweise von der zentralen Instanz an jeden befragten Knoten im Kommunikationssystem übermittelt oder von einem befragten Knoten zum nächsten weitergereicht werden, so dass die eine (also insbesondere die einmalig versandte) Abfragenachricht alle befragten Knoten erreicht.
Die Abfragenachricht kann beispielsweise einen Zustand (wie beispielsweise einen Sendewunsch oder die Priorität eines Sendewunsches oder die Priorität des höchstprioren vorhandenen Sendewunsches) oder bestimmte andere Parameter bzw. Eigenschaften der angesprochenen (befragten) Knoten (z.B. ob die Versorgung des Knotens mit Energie über eine eigene Quelle (z.B. eine Batterie) erfolgt oder die Energie über das gemeinsame Übertragungsmedium bezogen werden muss) abfragen.
Im Falle der Übermittlung der Priorität der höchstprioren zu übertragenden Nachricht kann die zentrale Instanz diese ermitteln und die Sendeberechtigung an die einzelnen Knoten gemäß der jeweiligen Priorität zuteilen, beispielsweise indem sie zuerst demjenigen/denjenigen Knoten den Zugriff gewährt, der/die einen Sendewunsch hoher Priorität angezeigt haben, dann demjenigen/denjenigen mit einem Sendewunsch mittlerer Priorität, etc.
Das erste erfindungsgemäße Kommunikationsverfahren umfasst weiterhin für jeden befragten Knoten ein Bestimmen eines knotenspezifischen Zeitfensters anhand einer knotenspezifischen Antwortzeit und ein Herausfiltern einer vom befragten Knoten versandten Antwortnachricht aus während des knotenspezifischen Zeitfensters erhaltenen Signalen. Anhand des jeweiligen knotenspezifischen Zeitfensters ordnet die zentrale Instanz die Antwortnachricht dem bzw. den einzelnen befragten Knoten zu.
Vorzugsweise ist die knotenspezifische Antwortzeit eine für den jeweiligen Knoten spezifische Zeitdifferenz zwischen dem Erhalten der Abfragenachricht und dem Versenden einer Antwortnachricht durch den Knoten; dabei kann der Zeit- punkt des Endes oder des Beginns des Erhaltens der Abfragenachricht oder ein beliebiger anderer eindeutig festgelegter Referenzzeitpunkt zugrunde gelegt werden. Die knotenspezifische Antwortzeit kann jeweils automatisch oder manuell durch eine entsprechende Konfiguration eingestellt werden, beispielsweise mit Hilfe einer oder mehrerer Konfigurationsdatei(en) und/oder im Zuge einer Netzwerkplanung und/oder -Installation. Die knotenspezifische(n) Antwortzeit(en) des einen befragten Knotens bzw. der mehreren befragten Knoten können der zentralen Instanz zuvor bekanntgegeben worden sein. Alternativ kann die zentrale Instanz selbst dem/den Knoten seine/ihre jeweilige knotenspezifische Sendezeit zuteilen und/oder mitteilen, wie weiter unten beschrieben wird.
Ein knotenspezifisches Zeitfenster ist vorzugsweise größer als die eigentliche Antwortzeit. So können Unsicherheiten hinsichtlich der benötigten Signallaufzeiten ausgeglichen werden. Knotenspezifische Zeitfenster verschiedener Knoten überlappen einander vorzugsweise nicht.
Aufgrund der Zuordnung einer Antwortnachricht zu einem Knoten anhand dessen knotenspezifischen Empfangsfensters braucht der Inhalt der Antwortnachricht bei der Zuordnung nicht betrachtet zu werden. Insbesondere braucht die Antwort- nachricht keine Information über ihren Absender zu enthalten.
Das zweite erfindungsgemäße Kommunikationsverfahren umfasst Schritte, die von einem Knoten durchgeführt werden, nämlich ein Empfangen einer von der zentralen Instanz versandten Abfragenachricht, die vorzugsweise noch an min- destens einen weiteren Knoten im Kommunikationssystem gerichtet ist. Es umfasst ein Versenden einer Antwortnachricht zu einer knotenspezifischen Antwortzeit an die zentrale Instanz. Vorzugsweise wird oder wurde die knotenspezifische Antwortzeit dem Knoten von der zentralen Instanz explizit oder implizit zugeteilt und/oder mitgeteilt, oder jeder Knoten wird/wurde manuell in Hinblick auf seine knotenspezifische Antwortzeit konfiguriert.
Die erfindungsgemäßen Verfahren umfassen jeweils Schritte, die von den verschiedenen Komponenten„zentrale Instanz" respektive„Knoten" auszuführen sind. Sie können miteinander kombiniert werden und erlauben jeweils einen Nachrichtenaustausch, der insbesondere folgende Vorteile aufweist:
Die erfindungsgemäßen Verfahren erlauben sehr kurze Übertragungszeiten für die Antworten, da nahezu kein Overhead benötigt wird (beispielsweise keine Präambeln, Zieladressen oder sonstige Kontroll-/Headerinformationen). Da darüber hinaus die Abfrage mehrerer verschiedener Knoten simultan mit einer einzigen Abfragenachricht erfolgt, ist somit eine geringere durchschnittliche Energieaufnahme, eine Verringerung der maximalen Übertragungslatenz, eine Erhöhung des möglichen Durchsatzes und eine schnelle Abfrage möglich, insbesondere im
Vergleich zu herkömmlichen Polling-Verfahren. In letzterem Fall wird üblicherweise jeder Knoten einzeln befragt, was in der Regel deutlich mehr Zeit in Anspruch nehmen würde. Im Gegensatz zu einem konkurrierenden Medienzugriffsverfahren, wie z.B.
CSMA, hat man ein deterministisches Verhalten und kann daher sicherstellen, dass jeder befragte Knoten innerhalb einer vorgegebenen Zeit auf jeden Fall eine Antwortnachricht versenden kann, beispielsweise um einen Sendewunsch anzuzeigen. Zudem besteht im fehlerfreien Fall nicht die Gefahr, dass das Netzwerk oder zumindest ein Teil davon zusammenbricht, falls zu viele Knoten gleichzeitig einen Sendewunsch haben und die Energieversorgung dieser Knoten über das gemeinsam genutzte Übertragungsmedium, wie z.B. einen drahtgebundenen Bus realisiert wird, oder falls zu viele Knoten gleichzeitig einen Sendewunsch haben und alle Knoten bzw. ein Teil der Knoten aus derselben Quelle mit Ener- gie versorgt werden.
Aufgrund der über die knotenspezifischen Antwortzeiten bzw. Zeitfenster klar definierten zeitlichen Abfolge der Antwortnachrichten kann der für die einzelnen Antwortnachrichten benötigte Overhead minimal gehalten werden. Insbesondere sind keine zusätzlichen Synchronisationsmechanismen und -maßnahmen erforderlich, wie z.B. die Verwendung von Präambeln. Da lediglich Zustandsinformationen übertragen werden können und jeder Knoten selbst entscheiden kann, ob diese Information für ihn relevant ist bzw. alternativ immer nur die zentrale Instanz die entsprechenden Zustandsinformationen auswertet, werden darüber hinaus auch keine zusätzlichen Header-Informationen benötigt, die üblicherweise unter anderem beispielweise den Empfänger einer Nachricht spezifizieren.
Die erfindungsgemäßen Verfahren eignen sich sehr gut, um auch für Systeme mit einer relativ großen Anzahl an Knoten gewisse Anforderungen an die Dienstgüte (insbesondere Latenz und Jitter) erfüllen zu können.
In bevorzugten Ausführungsformen ist die jeweilige Antwortnachricht nur ein kurzer Signalzug, der keine Präambel und keinen Header umfasst. Die beispielsweise von der zentralen Instanz erhaltenen (Empfangs-)Signale können dabei neben der Antwortnachricht auch Abschnitte/Abtastwerte ohne Nutzsignal enthalten, die also lediglich Rauschen, Interferenzen und/oder andere Störsignale enthalten.
Die erfindungsgemäße Recheneinheit ist eingerichtet, als zentrale Instanz in ein Kommunikationssystem eingebunden zu werden sowie einige oder alle Schritte der oben oder im Weiteren beschriebenen Verfahren auszuführen. Das erfindungsgemäße Kommunikationssystem umfasst entsprechend eine derart eingerichtete zentrale Instanz und/oder einen oder mehrere Knoten, die eingerichtet sind, einige oder alle der hier genannten Schritte auszuführen.
Die genannten Verfahren können in Form eines oder mehrerer Computerpro- gramms/e implementiert sein, das/die, wenn es/sie auf einem Computer ausgeführt wird/werden, die Durchführung des jeweiligen Verfahrens bewirkt. Das/die Computerprogramm/e kann/können auf einem oder mehreren maschinenlesbaren Speichermedium/en gespeichert sein.
Bevorzugte Ausführungsformen werden in den Unteransprüchen offenbart.
Vorteilhafterweise werden die beiden erfindungsgemäßen Verfahren kombiniert. Der Knoten, der die genannten Schritte ausführt, ist dabei ein befragter Knoten, also einer, der die Abfragenachricht von der zentralen Instanz erhalten hat.
Die knotenspezifischen Antwortzeiten der einzelnen Knoten werden oder wurden vorzugsweise so gewählt, dass trotz möglicher Laufzeitunterschiede bei den ein- zelnen Übertragungen keine Kollisionen verschiedener Antwortnachrichten auf dem gemeinsamen Übertragungsmedium auftreten können und die zentrale Instanz jedem Knoten eindeutig ein knotenspezifisches Zeitfenster zuordnen kann, innerhalb dessen die zentrale Instanz die Antwortnachricht des entsprechenden Knotens empfängt. Dies ermöglicht dann wiederum eine eindeutige Zuordnung einer Antwortnachricht zu einem bestimmten Knoten.
Vorzugsweise teilt die zentrale Instanz den befragten Knoten implizit oder explizit je eine knotenspezifische Antwortzeit für die Antwortnachricht zu und/oder mit, z.B. während einer speziellen Initialisierungsphase.
Eine implizite Zuteilung kann dabei derart realisiert werden, dass die zentrale Instanz lediglich eine logische Reihenfolge der verschiedenen Knoten festlegt und jedem Knoten nur seine Position innerhalb dieser Reihenfolge mitteilt. Jeder Knoten (sowie die zentrale Instanz) kann dann mit Hilfe einer vorher festgelegten Berechnungsvorschrift die jeweilige Antwortzeit berechnen.
Bei einer expliziten Zuteilung kann die zentrale Instanz jedem Knoten direkt seine knotenspezifische Antwortzeit zuordnen.
Als eine weitere Alternative zu einer impliziten oder expliziten Signalisierung durch die zentrale Instanz können die knotenspezifischen Antwortzeiten auch an jedem Knoten während der Inbetriebnahme des Kommunikationssystems von einer Person eingestellt werden (z.B. durch das Setzen entsprechender Werte in einem Massenspeicher). Die Zuordnung von Antwortzeiten und entsprechenden eindeutigen Kennungen bzw. Adressen der einzelnen Knoten kann dann in der zentralen Instanz hinterlegt werden.
Für das Zuordnen der Antwortnachricht kann die zentrale Instanz vorteilhafterweise bereits im Voraus (also vor dem Empfangen der Antwortnachrichten) aus der knotenspezifischen Antwortzeit eine knotenspezifische Empfangszeit bestimmen. Zu oder in dieser Zeit erwartet die zentrale Instanz eine Antwort des zugehörigen Knotens und ordnet entsprechend die zu oder in dieser Zeit empfangene Antwortnachricht dem Knoten zu. Vorzugsweise bestimmt die zentrale Instanz für jeden befragten Knoten einen Zeitpunkt oder -räum, zu oder in dem sie eine Antwort des Knotens erwartet. Eine zu oder in dieser Zeit eintreffende Antwortnachricht ordnet die zentrale In- stanz dann dem entsprechenden Knoten zu.
Je nach betrachteter Topologie bzw. Art des gemeinsamen Übertragungsmediums kann bei der zentralen Instanz aufgrund von unbekannten Laufzeitunterschieden eine gewisse Unschärfe bezüglich des Zeitpunkts bestehen, zu dem sie die Antwortnachricht eines bestimmten Knotens erwartet.
Beispielsweise im Falle eines linearen Busses bzw. eines drahtlosen Übertragungskanals kann es vorkommen, dass die zentrale Instanz den erwarteten Empfangszeitpunkt nur auf ein bestimmtes Zeitfenster eingrenzen kann, ohne im Voraus genau sagen zu können, wann genau innerhalb dieses Zeitfensters die zentrale Instanz die Antwortnachricht dieses Knotens empfangen wird.
Im Falle eines perfekt abgeschlossenen linearen Busses kann die zentrale Instanz für die Zuordnung der Antwortnachrichten zu den abgefragten Knoten jeweils eine Obergrenze der maximal zu erwartenden (einfachen) Signallaufzeit bestimmen oder heranziehen, die beispielsweise auf Grundlage der Buslänge und der Ausbreitungsgeschwindigkeit ermittelt wird oder wurde.
Für den Spezialfall einer Ringtopologie, bei der die zentrale Instanz auf der einen Seite eine Nachricht auf den Bus legen und gleichzeitig auf der anderen Seite Nachrichten vom Bus empfangen kann, besteht eine solche Unschärfe nicht, weil hier die verschiedenen Antwortnachrichten immer einfach sequentiell aneinandergereiht von der zentralen Instanz empfangen werden.
Vorzugsweise umfassen die Antwortnachrichten jeweils nur ein einziges (Modu- lations-)Symbol, wie z.B. einen Wellenzug mit einer bestimmten Frequenz, oder nur eine Sequenz einiger weniger (beispielsweise maximal 10) (Modulations- )Symbole, wie z.B. eine Sequenz einzelner Wellenzüge mit ggf. verschiedenen Frequenzen. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Antwortnachrichten differen- tiell moduliert. Dies bietet den Vorteil, dass trotz der möglichen Unschärfe aufgrund von Laufzeitunterschieden eine hohe Übertragungszuverlässigkeit gewähr- leistet werden kann, gleichzeitig aber auf zusätzlichen Overhead zur Herstellung einer zeitlichen Synchronisation (beispielsweise in Form einer speziellen Präambel, die bei einer Antwortnachricht dem eigentlichen Informationsbit bzw. Modulationssymbol vorangestellt werden könnte) verzichtet werden kann. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform entspricht eine Antwortnachricht einem Wellenzug konstanter Länge mit einer vorgegebenen Frequenz, die je nach zu übertragendem Zustand aus einer Menge vordefinierter Frequenzen ausgewählt wird oder wurde; dies entspricht senderseitig einer mehrstufigen Frequenzumtastung, auch als ,Multi-Level Frequency Shift Keying' bezeichnet. In diesem Fall kann empfangsseitig dann eine Spektralanalyse der während des knotenspezifischen Zeitfensters empfangenen Signals durchgeführt werden (z.B. mit Hilfe einer schnellen / diskreten Fouriertransformation), so dass empfangsseitig eine Bestimmung der Sendefrequenz des Signalzuges und somit des angezeigten Zustands des Knotens möglich ist.
Eine differentielle Übertragung kann beispielsweise mit Hilfe einer differentiellen binären Frequenzumtastung erfolgen. Hierzu sendet der betreffende Knoten ein wellenförmiges (beispielsweise cosinus- (oder sinus-)förmiges) Signal zunächst mit einer ersten Frequenz und dann mit einer zweiten, von der ersten Frequenz verschiedenen Frequenz f2 - Die zentrale Instanz muss dann nur noch feststellen, ob innerhalb des zugehörigen (unscharfen) Empfangsfensters ein Übergang von einer niedrigen zu einer hohen Frequenz auftritt oder umgekehrt. Sie kann somit relativ einfach vergleichsweise zuverlässig ermitteln, ob der Knoten einen Sendewunsch hat oder nicht.
Alternativ kann eine nichtdifferentielle Übertragung mit binärer oder mehrstufiger Frequenzumtastung erfolgen. Bei einer derartigen nichtdifferentiellen Übertragung mit Hilfe einer binären oder mehrstufigen Frequenzumtastung überträgt der jeweilige befragte Knoten zu der ihm zugeordneten knotenspezifischen Antwort- zeit ein wellenförmiges (z.B. cosinus- oder sinusförmiges) Signal mit einer Frequenz f, e {fi , f2, ... , fivi}, die in Abhängigkeit der zu übertragenden Informationen bzw. des zu übertragenden Zustandes gewählt wird und wobei M dem Modulationsgrad entspricht, d.h. der Anzahl der mit Hilfe eines (Modulations-)symbols unterscheidbaren Zustände. Im speziellen Fall einer binären Frequenzumtastung, d.h. für M=2, könnte der jeweils befragte Knoten zu der ihm zugeordneten knotenspezifischen Antwortzeit beispielsweise ein sinusförmiges Signal mit einer ersten Frequenz oder mit einer zweiten, von der ersten Frequenz verschiedenen Frequenz f2 übertragen, je nachdem, ob er einen Sendewunsch hat oder nicht. Die Detektion dieses Signals bei der zentralen Instanz kann dann beispielsweise mit Hilfe eines Korrelationsempfängers realisiert werden, oder - wie zuvor bereit beschrieben - mit Hilfe einer Spektralanalyse (z.B. unter Einsatz einer schnellen / diskreten Fouriertransformation) des während dem jeweiligen Knoten zugeordneten Zeitfensters empfangenen Empfangssignals. Darüber hinaus gibt es noch eine Vielzahl weiterer Möglichkeiten, wie eine solche Antwortnachricht übertragen werden kann. Im Prinzip ist der Einsatz aller gängigen Modulationsverfahren dafür denkbar. Insbesondere können anstelle eines einzelnen Modulationssymbols (das wie oben geschildert beispielsweise mit Hilfe einer binären oder mehrstufigen Frequenzumtastung moduliert sein kann) auch Sequenzen solcher Modulationssymbole übertragen werden, also beispielsweise Sequenzen einzelner cosinus- oder sinusförmiger Signalzüge mit unterschiedlichen oder gleichen Frequenzen - je nachdem, welche Daten übertragen werden sollen. In einer vorteilhaften Ausführungsform wird durch die Abfragenachricht bei dem mindestens einen Knoten, an die sie gerichtet ist, jeweils nach einem Sendewunsch gefragt. Es wird also gefragt, ob der/die befragte/n Knoten eine oder mehrere Nachrichten zu übermitteln haben. Vorzugsweise geben die Antwortnachrichten dabei lediglich an, ob der entsprechende Knoten einen Sende- wünsch hat oder nicht. Diese Information kann mit Hilfe eines einzigen Bits dargestellt werden. Vorteilhaft ist eine Ausführungsform, bei der die Abfrage nur Sendewünsche für zeitkritisch zu versendende Nachrichten betrifft, d.h. Nachrichten, die innerhalb einer gewissen Zeit übertragen werden müssen. In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform kann ein befragter Knoten die Priorität der höchstprioren Nachricht übermitteln, die der Knoten gerne übertragen möchte. Hierzu können beispielsweise drei Prioritätsstufen (niedrig, mittel, hoch) definiert werden, wobei jede zu übertragende Nachricht genau eine solche Prioritätsstufe besitzt. Die Zuordnung von Prioritätsstufen zu Nachrichten kann dabei beispielsweise durch die jeweilige Anwendung oder gemäß genau festgelegten Kriterien erfolgen (z.B. in Abhängigkeit von der bisherigen Wartezeit oder in Abhängigkeit von einer entsprechenden Prioritätsstufe / QoS-Klasse höherer Protokollschichten, wie z.B. IP). Zudem kann ein Knoten in seiner Antwort anzei- gen, dass er momentan keinen Sendewunsch besitzt. In diesem Fall gibt es folglich vier verschiedene Antwortmöglichkeiten, was informationstheoretisch zwei Bits entspricht. Vorteilhafterweise erfolgt die Übertragung der Antwort dabei dann wie zuvor beschrieben mit Hilfe einer mehrstufigen Frequenzumtastung, d.h. der Knoten sendet einen Signalzug fester Länge mit einer Frequenz f, e {fi , f2, f3, f }, wobei die Wahl der Frequenz abhängig ist von dem zu übertragenden Zustand
(z.B. Sendewunsch niedriger Priorität, Sendewunsch mittlerer Priorität, Sendewunsch hoher Priorität, kein Sendewunsch).
Anhand der Antwortnachrichten kann die zentrale Instanz einen oder mehrere befragte Knoten ermitteln, die einen Sendewunsch angemeldet haben, und ihm
(bzw. ihnen nacheinander) exklusiven Zugriff auf das gemeinsame Übertragungsmedium gewähren, das der entsprechende Knoten dann für ein Versenden seiner Nachricht(en) an einen anderen Knoten oder an die zentrale Instanz nutzen kann. Vorzugsweise informiert die zentrale Instanz jeden ermittelten Knoten zuvor durch eine spezielle Mitteilung über dieses Gewähren. Die ermittelten Knoten können von der zentralen Instanz vorzugsweise über eine Kennung, wie beispielsweise eine MAC-Adresse, angesprochen werden.
Vorzugsweise ist eine exklusive Zugriffsmöglichkeit für einen ermittelten Knoten mit Sendewunsch befristet und endet mit dem Übertragen der mindestens einen
Nachricht oder nach einer festgelegten Zeitspanne. Danach kann die zentrale Instanz beispielsweise einem anderen ermittelten Knoten exklusiven Zugriff auf das gemeinsame Übertragungsmedium gewähren, oder sie kann eine neue Abfragenachricht versenden oder auf ein anderes Medienzugriffsverfahren, wie bei- spielsweise CSMA, umstellen. Solch ein Umstellen gibt sie vorzugsweise durch das Versenden einer Mitteilung an die mindestens zwei befragten Knoten bekannt. Eine Ausführungsform der Erfindung umfasst eine Kombination einiger oder aller oben genannter Schritte mit einem alternativen Medienzugriffsverfahren, wie z.B. Carrier Sense Multiple Access (CSMA) oder einem zyklischen Pollingverfahren. Die zentrale Instanz kann beispielsweise in regelmäßigen Abständen ermitteln, ob ein oder mehrere Knoten zeitkritische Nachrichten zu versenden haben, z.B. solche, deren rechtzeitige Übertragung mit Hilfe des Basiszugriffsverfahrens unter Umständen nicht gewährleistet werden kann. Zeigt ein Knoten einen Sendewunsch für eine oder mehrere solcher zeitkritischen Nachrichten an, kann die zentrale Instanz ihm hierfür exklusiven Zugriff auf das gemeinsame Kommunikationsmedium gewähren. Für zeitunkritische Nachrichten kann weiterhin das Ba- sismedienzugriffsverfahren (also z.B. CSMA) verwendet werden.
Diese Ausführungsform des Verfahrens eignet sich insbesondere dazu, gegebene (harte) Anforderungen an die Dienstgüte (Quality of Service) verschiedener Paketübertragungen besser erfüllen zu können. Insbesondere können Sende- wünsche mit harten zeitlichen Anforderungen für einzelne Pakete erkannt und bevorzugt behandelt werden.
Bevorzugterweise umfassen die Antwortnachrichten der abgefragten Knoten jeweils nur ein Bit. Alternativ können sie aus mehreren Bits bestehen, wobei jeder eindeutigen Kombination von Bits vorzugsweise jeweils eine Dienstgüteklasse zugeordnet ist. Vorteilhafterweise können die Knoten dann anzeigen, welche Dienstgüteklasse ein höchstpriores zur Übertragung anstehendes Paket hat.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren einen Schritt des Feststellens, durch die zentrale Instanz, dass eine zuvor festgelegte Anzahl von
Knoten im Kommunikationssystem erreicht oder überschritten ist. Dies erlaubt ein Sicherstellen, dass die weiteren Schritte, wie das Versenden einer Abfragenachricht und die Zuordnung der Antwortnachrichten, im gegebenen Fall geeignet sind. Entsprechend kann die als zentrale Instanz einzusetzende Recheneinheit eingerichtet sein, die Anzahl der im Kommunikationssystem vorhandenen Knoten zu prüfen, im Falle einer unterhalb einer vorgegebenen Schranke liegenden Anzahl ein Basiszugriffsverfahren (wie z.B. ALOHA, CSMA oder CSMA/CD) zu wählen und andernfalls einige oder alle der hier beschriebenen Verfahrensschritte auszuführen.
Die zentrale Instanz kann damit die Verwendung eines der beschriebenen Verfahren autonom und dynamisch an die jeweilige Situation anzupassen.
Die Initiierung der hier beschriebenen Verfahren erfolgt vorzugsweise durch die zentrale Instanz. Dies erlaubt eine einfache Konfiguration und Steuerung.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Die Erfindung ist anhand von Ausführungsbeispielen in den Zeichnungen schematisch dargestellt und wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figur 1 zeigt beispielhaft ein Kommunikationssystem, bei dem die vorliegende Erfindung eingesetzt werden kann.
Figur 2 zeigt exemplarisch eine typische Anordnung von Komponenten in einem Kommunikationssystem mit einer linearen Busstruktur. Figur 3 zeigt beispielhaft einen grundlegenden Nachrichtenaustausch gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 4 zeigt ein Zeitfenster, das eine zentrale Instanz für eine Zuordnung einer Antwortnachricht zu einem Knoten in Betracht ziehen kann.
Figur 5 zeigt eine Nachrichtenversendung bei einer Ringstruktur des gemeinsamen Kommunikationsmediums, die für ein erfindungsgemäßes Verfahren geeignet ist.
Figur 6 zeigt schematisch ein Kommunikationsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figuren 7a und 7b illustrieren eine Informationsübertragung mit differentieller bi- närer Frequenzumtastung, wie sie für die erfindungsgemäße Kommunikation eingesetzt werden kann.
Das in Figur 1 gezeigte Kommunikationssystem 1 weist eine Steuerungsinstanz 10, mehrere Knoten K^ K2, K3, K4, K5, K6 und ein gemeinsames Kommunikationsmedium 11 auf, über das die Knoten und die Steuerungsinstanz miteinander kommunizieren können.
Das gemeinsame Übertragungsmedium kann beispielsweise ein linearer Bus sein, an dem alle Knoten sowie die zentrale Instanz angeschlossen sind. Dies ist exemplarisch in Figur 2 skizziert; an den Punkten 11 a und 1 1 b endet der Bus 1 1 , beispielsweise mit entsprechenden Busabschlüssen. Die Busabschlüsse sind in der Regel Impedanzen, die gleich dem Wellenwiderstand der Leitung sind, um Reflexionen zu vermeiden. Darüber hinaus sind aber auch eine Vielzahl weiterer Ausprägungen des gemeinsam genutzten Übertragungsmediums denkbar, wie z.B. ein drahtloser Übertragungskanal, ein ringförmiger Bus, etc. Die einzige Voraussetzung ist die, dass die verschiedenen Knoten prinzipiell alle die gleichen Ressourcen für eine Datenübertragung nutzen können, also z.B. die gleichen Frequenzen auf einer elektrischen Leitung, die gleichen Wellenlängen bei einem Lichtwellenleiter usw. In Figur 3 ist ein Sequenzdiagramm entsprechend einer Ausführungsform der Erfindung beispielhaft in ihrer zeitlichen Abfolge (dargestellt von oben nach unten) gezeigt. Das hier betrachtete System umfasst zusätzlich zu der zentralen Instanz 10 insgesamt die N Knoten K^ K2, K3,... KN, wobei N eine natürliche Zahl repräsentiert.
Das Diagramm zeigt eine Phase 20, in der eine schnelle Statusabfrage durch die zentrale Instanz erfolgt, und eine Phase 21 , in der exklusive Zugriffe auf das gemeinsame Kommunikationsmedium gewährt werden.
Der Phase 20 kann eine nicht dargestellte Phase vorangestellt sein, in der das Kommunikationssystem ein Basiszugriffsverfahren, wie beispielsweise CSMA verwendet. Alternativ oder zusätzlich kann die zentrale Instanz nach der Phase 21 eine (nicht gezeigte) Nachricht an alle Knoten Ki bis KN senden, mit der ein Übergang zu einem Basismedienzugriffsverfahren angekündigt wird, das daraufhin verwendet werden kann.
In der Phase 20 initiiert die zentrale Instanz 10 des Systems zunächst eine schnelle Abfrage der Sendewünsche der einzelnen Knoten durch das Versenden einer Abfragenachricht 22, die von allen Knoten Κ^ K2, K3,... KN empfangen wird. Für n = 1 , ... , N sendet jeder Knoten Kn, nachdem ab dem vollständigen Empfang der Abfragenachricht 22 seine knotenspezifische Antwortzeit Tn abgelaufen ist, eine entsprechende Antwortnachricht An. In der Nachricht An teilt der Knoten Kn der zentralen Instanz jeweils mit, ob er einen Sendewunsch hat oder nicht; wie oben erwähnt wurde, werden dabei in einer Ausführungsform der Erfindung nur solche Sendewünsche mitgeteilt, die eine zeitkritische Nachricht betreffen. Alternativ oder zusätzlich kann der Knoten Kn in der Nachricht An die Priorität der höchstprioren zu übertragenden Nachricht übermitteln (z.B. mit der Unterscheidung in {niedrig, mittel, hoch} und/oder anzeigen, dass er keinen Sendewunsch hat.
Nach der Auswertung der Antworten der einzelnen Knoten gewährt die zentrale Instanz 10 dann denjenigen Knoten, die einen Sendewunsch angemeldet haben, explizit exklusiven Zugriff auf das gemeinsame Kommunikationsmedium, so dass diese Knoten ihre jeweiligen Nachrichten übertragen können. Hierzu sendet die zentrale Instanz eine spezielle Nachricht an den jeweiligen Knoten, der daraufhin selbst eine Nachricht übertragen darf. Wie oben erwähnt, kann die zentrale In- stanz dabei die jeweilige Priorität berücksichtigen
Im in Figur 3 dargestellten Beispiel wird davon ausgegangen, dass die Knoten Ki und K3 jeweils einen Sendewunsch mitteilen. In der Nachricht teilt die zentrale Instanz dem Knoten Ki mit, dass ihm exklusiver Zugriff auf das gemeinsame Kommunikationsmedium gewährt wird. Der Knoten Ki versendet daraufhin die
Daten D^ die im dargestellten Beispiel an die zentrale Instanz 10 gerichtet sind. Die zentrale Instanz teilt daraufhin analog dem Knoten N3 in der Nachricht Z3 mit, dass nun ihm exklusiver Zugriff auf das gemeinsame Kommunikationsmedium gewährt wird, das der Knoten K3 anschließend dann für die Versendung sei- ner Daten D3 nutzt, die im dargestellten Beispiel ebenfalls an die zentrale Instanz gesendet werden.
Im allgemeinen Fall kann ein Knoten, der durch eine entsprechende Nachricht exklusiven Zugriff auf das gemeinsame Kommunikationsmedium erhalten hat, seine Nachricht wahlweise an die zentrale Instanz übertragen (wie in Figur 3 dargestellt) oder an einen beliebigen anderen Knoten im System. Nach der Übertragung liegt die Kontrolle über das gemeinsame Kommunikationsmedium zunächst einmal wieder bei der zentralen Instanz, die somit beispielsweise dem nächsten Knoten einen exklusiven Zugriff darauf gewähren oder eine neue Ab- frage der Sendewünsche initiieren kann.
In Figur 4 ist ein Zeitfenster Δ2 und seine Berechnung beispielhaft für den Knoten K2 mit der knotenspezifischen Antwortzeit T2 dargestellt. In diesem Zeitfenster bei der zentralen Instanz 10 eingehende Antwortnachrichten werden entsprechend Knoten K2 zugeordnet. Die zentrale Instanz weiß dabei zunächst nur, dass innerhalb dieses Fensters die Antwortnachricht des Knotens K2 empfangen wird, aber kennt nicht den genauen Zeitpunkt (Unschärfe in der Größenordnung von 2*Tprop + Tvar). Die Zeitspanne Δ1 wird für die Versendung der Abfragenachricht durch die zentrale Instanz an den Knoten K2 benötigt. Wie oben erläutert, wartet der Knoten K2 dann die knotenspezifische Antwortzeit T2 ab, ehe er eine Antwortnachricht an die zentrale Instanz 10 sendet. Der frühestmögliche Zeitpunkt, zu dem die zent- rale Instanz die Antwortnachricht vom Knoten K2 empfangen kann, ist also nach
Ablauf der spezifischen Antwortzeit T2 dieses Knotens, gemessen ab dem Beginn des Empfangs der Abfragenachricht oder ab deren erfolgter vollständiger Übertragung. Der späteste mögliche Zeitpunkt, zu dem die zentrale Instanz die Antwortnachricht zu empfangen beginnen kann, ist T2 + 2 * Tprop + Tvar nach der Versendung der Abfragenachricht, wobei Tvar eine Zeitintervall ist, durch das ein oder mehrere praktische Effekte berücksichtigt werden können, die zu zeitlichen Abweichungen führen können, wie z.B. Oszillatorungenauigkeiten und/oder Drifts. Tvar kann dabei ein fester Wert sein (z.B. gemäß einer Spezifikation) oder kann dynamisch von der zentralen Instanz festgelegt und den einzelnen Knoten mitgeteilt werden. Tprop ist die maximal zu erwartende (einfache) Signallaufzeit ist; im Falle eines drahtgebundenen linearen Busses ergibt sie sich aus der Ausbreitungsgeschwindigkeit auf dem Medium und der Länge des Busses. Der Endzeitpunkt des Empfangsfensters ist dementsprechend (wieder gemessen ab der erfolgten vollständigen Versendung der Abfragenachricht) T2 + Trepiy + 2 * Tprop + Tvar, mit Trepiy als der Zeitdauer, die für die eigentliche Übertragung der Antwortnachricht benötigt wird.
In Figur 5 ist exemplarisch der Spezialfall dargestellt, dass die Knoten Ki bis K6 und die zentrale Instanz 10 in einer Ringtopologie angeordnet sind. Die zentrale Instanz kann dabei auf der einen Seite eine Nachricht (z.B. die Abfragenachricht
22) auf den Bus legen und gleichzeitig auf der anderen Seite Nachrichten vom Bus empfangen. Die Antwortnachrichten Ai bis A6 der verschiedenen Knoten können dabei nacheinander im Ringdurchlauf jeweils an die Abfragenachricht angehängt werden.
In diesem Fall kann die Zuordnung der Antwortnachrichten zu den Knoten auch ohne die Bestimmung eines Zeitfensters, wie es in Figur 3 gezeigt ist, erfolgen. Figur 6 zeigt schematisch ein Kommunikationsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in seinem zeitlichen Ablauf. Das Verfahren umfasst eine Phase 60, in der das Kommunikationssystem mit der zentralen Instanz 10 und den Knoten K^ K2, K3,... KN ein herkömmliches Medienzugriffsverfahren verwendet. In einer anschließenden Phase 61 erfolgt eine schnelle Parameter- oder Zustandsabfrage und -erfassung durch die zentrale Instanz 10. Dazu sendet diese eine Abfragenachricht 64 an alle Knoten, in der sie einen oder mehrere Parameter oder einen Zustand, wie beispielsweise eine Information über die Energieversorgung oder einen Sendewunsch (beispielsweise einen Sendewunsch, dessen Priorität einen bestimmten Wert erreicht oder übersteigt) abfragt.
Wie im Fall der Abfrage eines Sendewunsches sendet (für n = 1 , ... , N) jeder Knoten Kn, nachdem ab dem vollständigen Empfang der Abfragenachricht 64 seine knotenspezifische Antwortzeit Tn abgelaufen ist, eine entsprechende Antwortnachricht Bn, die die abgefragte Information enthält.
Daraufhin verwendet das System in der Phase 62 wieder ein Basismedienzu- griffsverfahren.
Die Figuren 7a und 7b zeigen Möglichkeiten einer Bitübertragung mittels differen- tieller binärer Frequenzumtastung. In Figur 7a wird dabei das Bit ,0' durch Übergang eines Spannungsverlaufs mit einer ersten Frequenz zu einer zweiten Frequenz f2. In Figur 7b wird umgekehrt durch Übergang von der zweiten Frequenz f2 zur ersten Frequenz das Bit ,1 ' dargestellt. Im dargestellten Fall ist die Frequenz höher als die Frequenz f2, sie kann aber analog auch niedriger sein.

Claims

Kommunikationsverfahren in einem Kommunikationssystem (1) mit einer zentralen Instanz (10), einer Mehrzahl von Knoten (K^ K2, KN) und einem gemeinsamen Kommunikationsmedium (11), wobei das Kommunikationsverfahren folgende von der zentralen Instanz ausgeführte Schritte umfasst: Versenden einer Abfragenachricht (22, 64) über das gemeinsame Kommunikationsmedium an einen oder mehrere befragte Knoten im Kommunikationssystem; und
für den oder die befragten Knoten jeweils
Bestimmen eines knotenspezifischen Zeitfensters (Δ2) anhand einer knotenspezifischen Antwortzeit (ΤΊ, T2, TN);
Herausfiltern einer vom befragten Knoten versandten Antwortnachricht (Ai, A2, AN, BL B2, BN) aus während des knotenspezifischen Zeitfensters erhaltenen Signalen; und
Zuordnen der Antwortnachricht zum befragten Knoten anhand des knotenspezifischen Zeitfensters.
Kommunikationsverfahren in einem Kommunikationssystem (1) mit einer zentralen Instanz (10), einer Mehrzahl von Knoten (Κ^ K2, KN) und einem gemeinsamen Kommunikationsmedium (11), wobei das Kommunikationsverfahren folgende, von einem Knoten der Mehrzahl von Knoten ausgeführte Schritte umfasst:
Empfangen einer von der zentralen Instanz versandten Abfragenachricht (22, 64), die vorzugsweise noch an mindestens einen weiteren Knoten im Kommunikationssystem gerichtet ist;
Versenden einer Antwortnachricht (Ai, A2, ... , AN, B^ B2, BN) zu einer knotenspezifischen Antwortzeit (ΤΊ, T2, TN) an die zentrale Instanz, wobei vorzugsweise die knotenspezifische Antwortzeit dem Knoten von der zentralen Instanz explizit oder implizit zugeteilt und/oder mitgeteilt wird oder wurde. Kommunikationsverfahren gemäß Anspruch 1 , wobei die zentrale Instanz (10) dem oder den befragten Knoten seine/ihre knotenspezifische/n Antwort- zeit/en (ΤΊ, T2, ... , TN) implizit oder explizit zuteilt und/oder mitteilt.
Kommunikationsverfahren gemäß Anspruch 1 oder 3, das zusätzlich die von einem befragten Knoten aus der Mehrzahl von Knoten ausgeführten Schritte gemäß Anspruch 2 umfasst.
Kommunikationsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Antwortnachrichten (Ai, A2, AN, Bi, B2, BN) mit differentieller und/oder kohärenter binärer oder mehrstufiger Frequenzumtastung übertragen werden.
Kommunikationsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die zentrale Instanz (10) zusätzlich ermittelt, welche/r der befragten Knoten einen Sendewunsch hat/haben, oder feststellt, dass keiner der befragten Knoten einen Sendewunsch hat;
und/oder ermittelt, welche Priorität als höchste Priorität von zu versendenden Nachrichten eines befragten Knoten mit Sendewunsch auftritt; und/oder feststellt, dass ein befragter Knoten keinen Sendewunsch hat
Kommunikationsverfahren gemäß Anspruch 6, wobei die zentrale Instanz einem ermittelten befragten Knoten mit Sendewunsch für ein Übertragen (DL D3) mindestens einer Nachricht eine exklusive Zugriffsmöglichkeit auf das gemeinsame Kommunikationsmedium gewährt,
wobei vorzugsweise die zentrale Instanz dem ermittelten befragten Knoten zuvor durch eine spezielle Mitteilung (Z^ Z3) über dieses Gewähren informiert.
Kommunikationsverfahren gemäß Anspruch 7, wobei die exklusive Zugriffsmöglichkeit befristet ist und mit dem Übertragen (DL D3) der mindestens einen Nachricht oder nach einer festgelegten Zeitspanne endet.
9. Kommunikationsverfahren gemäß Anspruch 8, wobei nach Ende der exklusiven Zugriffsmöglichkeit
entweder die zentrale Instanz (10) einem anderen befragten Knoten mit Sendewunsch eine exklusive Zugriffsmöglichkeit gewährt,
oder die zentrale Instanz das Kommunikationssystem auf die Verwendung eines anderen Medienzugriffsverfahrens, wie beispielsweise CSMA, umstellt, wobei sie dieses Umstellen vorzugsweise durch das Versenden einer Mitteilung an die mindestens zwei befragten Knoten bekanntgibt.
10. Kommunikationsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Abfragenachricht (64) Zustandsinformation und/oder vorgegebene Parameter abfragt und/oder
wobei die Antwortnachrichten (Β^ B2, BN) Zustandsinformation und/oder abgefragte Parameter enthalten.
1 1 . Kommunikationsverfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, das zudem ein Feststellen, durch einen befragten Knoten, umfasst, dass er eine oder mehrere zeitkritische Nachrichten zu versenden hat, und wobei die Antwortnachricht (Ai , A2, AN) einen Sendewunsch des befragten Knotens anzeigt.
12. Recheneinheit (10), die eingerichtet ist, in ein Kommunikationssystem mit einer Mehrzahl von Knoten (Κ^ K2, KN) und einem gemeinsamen Kommunikationsmedium (1 1 ) eingebunden zu werden und dort als zentrale Instanz zu fungieren,
wobei die Recheneinheit ferner eingerichtet ist, die von einer zentralen Instanz auszuführenden Schritte gemäß Anspruch 1 oder gemäß einem der Ansprüche 3 bis 9 auszuführen.
13. Kommunikationssystem mit mindestens zwei Knoten (Κ^ K2, KN), einer zentralen Instanz (10) und einem gemeinsamen Kommunikationsmedium (1 1 ), wobei die zentrale Instanz eingerichtet ist, die von ihr auszuführenden Schritte gemäß einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 9 auszuführen,
und/oder wobei mindestens einer der Knoten eingerichtet ist, die von einem Knoten auszuführenden Schritte gemäß einem der Ansprüche 2 bis 10 auszuführen.
14. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, die einen Computer oder eine entsprechenden Recheneinheit veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen, wenn sie auf dem Computer bzw. der entsprechenden Recheneinheit, insbesondere nach Anspruch 10, ausgeführt werden.
15. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm, welches Programmcodemittel aufweist, die einen Computer oder eine entsprechende Recheneinheit veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 durchzuführen, wenn sie auf dem Computer bzw. der entsprechenden Recheneinheit ausgeführt werden.
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