WO2014090469A1 - Verfahren zur reduktion der energieaufnahme in netzwerken - Google Patents

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WO2014090469A1
WO2014090469A1 PCT/EP2013/072127 EP2013072127W WO2014090469A1 WO 2014090469 A1 WO2014090469 A1 WO 2014090469A1 EP 2013072127 W EP2013072127 W EP 2013072127W WO 2014090469 A1 WO2014090469 A1 WO 2014090469A1
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WO
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network element
message
mode
network
standby mode
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PCT/EP2013/072127
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Volker Blaschke
Timo Lothspeich
Andreas Mueller
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Robert Bosch Gmbh
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    • 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 present invention relates to a method for energy-efficient operation of a network element, a network element that performs such a method, a network comprising such a network element, a computer program that implements such a method and a computer-readable
  • Data exchanged in a packet-switched communication system is commonly bundled as data packets (also called messages) and sent as a unit.
  • the messages contain not only user data, but also other information (metadata), with which different control information is transmitted, which are necessary for the control of the information exchange. Examples of such data are the sender / receiver address or a checksum.
  • metadata are combined in a so-called header and / or trailer and prepended to the user data or attached to the back.
  • a well-known example of packet-oriented transmission is the Internet Protocol, which is now used as one of the standard protocols for networking systems.
  • a network element can usually each take on one of three communication modes, namely a (data) transmission mode, a (data) reception mode or a standby mode (so-called "idle").
  • Listening Mode in which the network element is ready to send and at the same time checks the channel for incoming messages.As long as neither data is received nor sent, the network element remains in standby mode. in which its energy requirement is usually similar to the one in receive mode, because in both modes the same required function blocks are active.
  • DE 198 60 868 A1 defines various operating states for terminal devices.
  • a so-called “sleep phase” is disclosed in the cited document, in which even more system components are switched off than in the standby phase.
  • a network element In such or similar sleep mode, a network element is in a state where only a reduced amount of functionality of the network element is available; For example, complex and therefore energy-intensive functions such as sending and / or receiving data can be deactivated.
  • the basic idea is that the network element temporarily takes the low-energy sleep mode instead of the more energy-intensive standby mode.
  • the time in which a network element is in idle mode is referred to below as the idle phase.
  • the control of timing and duration of the resting phase is ideally z. B. from a MAC protocol (level 2 layer of the ISO / OSI reference model) made.
  • MAC protocol level 2 layer of the ISO / OSI reference model
  • TRAMA TRAMA-based systems
  • the object of the invention is therefore to reduce the energy consumption of communication systems while minimizing additional message latency and complexity of control and monitoring.
  • the method according to the invention serves for energy-efficient operation of a network element in a network.
  • the network element receives in a standby mode a destination address for user data of a message and determines from the destination address that the payload is not intended for the network element itself.
  • the network element then enters a sleep mode for a predetermined duration; a term whose length is known to the network element as it enters sleep mode is referred to as "predetermined.” As will be discussed below, this duration may depend on other information in the message or may be specified for the network.
  • the energy consumption of the network element is lower in sleep mode than in standby mode, for example because (in particular complex) functions of the network element enter in standby mode and in the standby mode. Hemodus are switched off. For example, in sleep mode, system components of the network element that are active in standby mode may be disabled.
  • the network element After the predetermined duration has elapsed, the network element changes from the sleep mode back into the standby mode or into a transmit mode.
  • the method according to the invention offers the advantage that the network element avoids superfluous power consumption in standby mode. It is suitable for use in collision-free and collision-prone systems.
  • the network element Based on the destination address of a message, the network element first determines that it is not the addressee of the message, that is, it is intended for another network element. During the time in which the message is transmitted to the other network element, the corresponding channel is busy.
  • a large network can consist of many different physical connections or channels. The sending of a single message only results in the fact that such a connection or channel is occupied, but not the entire network.
  • the (first) network element need not expect any further message in this time, which corresponds to the predetermined duration. It does not therefore limit network functionality that the network element reduces its activity to a minimum and thus reduces the overall energy consumption of the network. The reduction is done by putting the network element into sleep mode, which uses less energy than standby mode.
  • the message After expiration of the predetermined duration, the message is transmitted to the other network element. To be ready to receive new messages, the (first) network element returns to standby mode. Depending on the implementation, it may also be useful to choose the duration so that the network element wakes up just before the message has been sent.
  • the predetermined duration may or may be known to the network element in various ways: in a preferred embodiment, it is associated with the message, for example, in one or more metadata block / block.
  • the predetermined duration may be included, for example, as the length of the message as well as the destination address and a message preamble in a message header that the network element receives. If several network elements are contained in the network, preferably all network elements receive the preamble, the destination address and the length specification.
  • the message header may include other metadata, such as control data, that is no longer received by the network element after it determines that the message is destined for at least one other network element. In this way, the network element can deactivate system components required for reception as early as possible, thus saving energy.
  • the further metadata is preferably received only by the network element (s) addressed by the destination address in the message header.
  • the network element determines the predetermined duration from the destination and / or a sender address contained in one or more metadata blocks in the message, for example, in a message header.
  • the network element can for this purpose have access to a data structure in which it is determined which predetermined duration respectively
  • the data structure can be stored, for example, in the network element.
  • further information in the message is preferably no longer received by the network element if it has determined that it is not the addressee of the message.
  • the network element early in go to sleep mode if it turns out that the message is not destined for the network element.
  • the predetermined duration is established in the network, for example as a basic or minimum duration of messaging.
  • messages can be sent periodically at fixed intervals in the network. This embodiment allows a particularly simple creation of the messages.
  • a network element according to the invention is, in particular, programmatically configured to carry out a method according to the invention.
  • the implementation of the method in the form of software is advantageous because it causes very low costs, especially if an executing
  • Suitable data carriers for providing the computer program are, in particular, floppy disks, hard disks, flash memories, EEPROMs, CD-ROMs, DVDs and the like. It is also possible to download a program via computer networks (Internet, intranet, etc.).
  • Figure 1A schematically illustrates a network (or part of a network) having multiple network elements
  • FIG. 1B shows a state diagram with different operating states of a network element
  • FIG. 2 shows an embodiment of the present invention as a diagram
  • FIG. 3 shows a further embodiment of the present invention as a diagram
  • FIG. 1A shows by way of example a network 1 with a plurality of network elements 10, 11, 12, 13, 14 and 15.
  • the network elements can communicate with one another via a common communication medium 19, which in the illustrated example is a linear bus with corresponding bus terminations 19a and 19b.
  • the network may include, for example, a wireless transmission channel or an annular bus.
  • FIG. 1B shows various operating states that a network element can assume according to the invention and in which it can each have different energy consumption: A standby mode 21, a sleep mode 23 and a receive mode 22 are shown. Also shown is an optional transmit mode 24. Alternatively, the network element can be set up be in standby mode to send data.
  • the network element is set up to receive messages of parts of different complexity (see FIG. 3), the power consumption in standby mode 21 is lower than in receive mode 22; otherwise (see Figure 2), the power consumption of the network element in the standby mode is already relatively high. In this case, the network element may also be set up to receive messages in standby mode, so that a separate receive mode 22 can be dispensed with. In sleep mode 23, energy consumption is lower in both cases than in standby mode.
  • the transition of the network element into the various modes (states) is as described above and below. In principle, in addition to or as an alternative to the transitions described, a transition from the state receiving to transmission, from transmission to reception or from silence to transmission or reception or vice versa is also conceivable.
  • FIGS. 2 and 3 for embodiments of the method according to the invention each comprise three parts I, II and III, each of which has one
  • the time axis 8 as abscissa is assigned a first ordinate 40 in part I of FIGS. 2 and 3. This qualitatively marks the signal processing effort which a network element has to make on receiving the respective data blocks of the message.
  • part II and III of the diagrams shown in Figures 2 and 3 respectively by the ordinate 41 qualitatively the inventive energy consumption of at least a first or at least a second network element is plotted, with respect to the time axis and the associated reception of the Message 2 or part 3 of the diagrams relates at least to a first network element which is not the addressee of the message 2 or 3 shown in part I.
  • part III of the diagrams shows the energy consumption of at least one second network element for which the message is intended.
  • the reception of the individual blocks of the respective message for the at least one first network element (part II) and the at least one second network element (part III) is exactly synchronous; in reality, due to transmission delays give slight deviations between the first and second network element.
  • a message 2 is shown schematically. It includes a preamble 201, a destination address 202 and a sender address 203. Based on the destination and / or the sender address, a receiving network element may determine a duration At that will be required for the transmission of the message from the sender address to the destination address. For this purpose, the network element can, for example, access a data structure which is stored centrally in the network or locally in the network element and in which pairs of possible sender and destination addresses of messages are assigned a transmission duration. As described, a network element that recognizes that it is not the addressee of the message, according to the invention for the duration At in a sleep mode. Since the duration at the time of this transition is already determined and thus fixed, it is referred to herein as "predetermined" duration.
  • a message may contain a specific message length that results in the duration At.
  • the content of the message is coded in a field 203 (analogous to, for example, a CAN message identifier in the case of a CAN message).
  • the message content is again associated with a fixed length.
  • the message 2 further contains control data 204, user data 200 and a checksum 205.
  • the signal processing effort of a receiving network element is the same for all data blocks of the message 2. It should be noted that the individual fields of the message can also be arranged in a different order.
  • the first block 201 (preamble) of message 2 is received by one, several, or all of the network element (s) in the network.
  • a network can, in principle, be composed of different physical connections or channels, so that not all network elements communicate via the same physical connection, and consequently not all
  • Network elements see information that is sent over only one (or more but not all) of the physical connections. It follows the receipt of the destination address 202 and the sender address 203, which is completed at time ti. At this point in time, the network element knows whether it is the address of the message 2 or whether it is intended for at least one other network element and can adjust accordingly as described below. At time t 2 , the transmission of the message in the network is completed. Part II of FIG.
  • the network element receives the first blocks 201, 202 and 203 until time ti in a stand-by mode with relatively high energy consumption E 0 . It should be noted that, in principle, the network element after receiving the destination address (ie block 202) knows which network element is addressed and not only at time ti. In this case, a previous change in the sleep mode corresponding to that described above is also possible. Thereafter, it goes into a sleep mode for the predetermined duration, in which the energy consumption Ei is lower than E 0 .
  • the predetermined duration At has elapsed from the time ti.
  • the end of At does not necessarily have to fall to t 2 .
  • Part III of FIG. 2 shows the energy consumption of at least one second network element in relation to the reception of the components of the message 2 in its time sequence.
  • the at least one second network element has received the first blocks 201, 202 and 203 in its standby mode and determined that it is the addressee of the message.
  • the diagram shows that the at least one second network element in its standby mode has the energy consumption E 0 ; this can be the same as the energy consumption E 0 of the at least one first network element in its standby mode;
  • the power consumption of the various network elements may differ in their respective standby mode, for example, depending on the particular design of the hardware and / or software of each network element.
  • the at least one second network element also receives the remaining parts 204, 205 and the payload data 200 of the message 2 in its standby mode in which it has the power consumption E 0 . Thereafter, at time t 2 , the network is free for further messages.
  • the at least one second network element can then act analogously to the described at least one first network element with respect to a further message, ie determine, for example based on a further destination address and a further sender address or a further message length, that the further message is not is determined for the at least one second network element, and then go for a predetermined period in a sleep mode with a power consumption Ei, which is lower than the power consumption E 0 in the standby mode.
  • FIG. 3 shows analogous diagrams I, II and III, the message considered there having 2 parts of different complexity requiring different signal processing effort.
  • the message 3 has a first message header 30 comprising four metadata blocks, namely a preamble 301, a destination address 302, a message length 303 and control data 304.
  • the message 3 contains as further metadata blocks a pilot symbol 31 1, control data 312, information 313 about the destination address and information 314 about a source address; the
  • Information 313 about the destination address may contain more complex data than the destination address 302 itself, which serves a network element only to detect whether the message is intended for this or for another network element.
  • the further metadata blocks are part of a second message header 31, which has a higher complexity than the first message header.
  • the message 3 includes the user data 300.
  • additional trailer data for example, checksum may also be included.
  • the signal processing effort for the first message header 30 is significantly lower than for the subsequent components 31 and 300 of the message 3, for example, for transmitting the message 3 for the first message header 30 a first transmission mode and for the second message header 31 as well as for the payload data 300, a second, more complex transmission mode is used.
  • the second transmission mode may require a greater number of processing steps than the first.
  • the data of the first message header 30 may be transmitted as a simple bitstream in which the individual data bits are directly coupled to a suitable low complexity analog or digital transmission method (e.g., amplitude, frequency, or digital)
  • the data of the second message header 31 and the payload data 300 can be transmitted using a higher-order digital modulation method (for example using quadrature amplitude modulation).
  • the bandwidth used by the first message header 30 in the frequency spectrum may be significantly lower than the bandwidth used by the second message header 31 and / or the payload data 300.
  • the hardware such as the necessary analog-to-digital converters
  • the evaluation algorithms required to receive the first message header 30 can thus be significantly less complex than the hardware and evaluation algorithms used to receive the second message header 31 and the User data 300 are to be used.
  • a first time t 0 'in FIG. 3 marks on the abscissa the beginning of the reception of the message 3 by a network element.
  • the first message header 30 with preamble 301, destination address 302, and message length 303 is received by the network element under relatively low signal processing overhead.
  • the message length can also be used or used to determine the message length. If the message is not addressed to the network element, the network element discards the message 3 at the time ti, thus terminating its receipt of the message.
  • the network element determines the network element as the recipient of the message 3
  • the network element also receives the control data 304 and the second message header 31 and the user data 300 from the time t 2 'and with a higher signal processing overhead.
  • the message is received 3 completed by the network element in this case.
  • the at least one first network element starts at time t 0 'in standby mode with the energy consumption E 0 ' with the receiving of the message 3. Due to the low complexity of the message header 30 and the resulting relatively low
  • this energy consumption E 0 ' may be relatively low, lower than an energy consumption Ei' needed to receive the more complex parts 31 and 300 of the message.
  • the at least one first network element thus receives the metadata blocks with the preamble 301, the destination address 302 and the message length 303 and determines from the destination address that the message is intended for at least one second network element.
  • this is at least a first network element for a predetermined duration ⁇ ', the resulting from the message length 302, into a sleep mode.
  • the at least one first network element has a very low power consumption E, which is lower than its power consumption E 0 'in standby mode.
  • the predetermined duration AV has elapsed from the time at time t 3 ', and the network element reverts to the standby mode with the power consumption E 0 '.
  • At does not necessarily correlate to the end of the message.
  • the ordinate of the part I I I of the diagram qualitatively indicates the energy consumption of a network element, in this part it is set for at least one second network element in relation to the time sequence, the message 3 being intended for this at least one second network element.
  • the at least one second network element receives the preamble 301, the destination address 302 and the message length 303 from the time t 0 'in the standby mode (with low to medium energy consumption E 0 ')
  • the second network element has recognized that it is the addressee of the message.
  • the second network element remains in standby mode with the power consumption E 0 '.
  • it enters a receive mode in which it receives the more complex parts 31 and 300 of the message with relatively high energy consumption Ei'.
  • the second network element reverts to the standby mode.
  • This transition can be made by the second network element after a determination that the message has been completely received.
  • the time t 3 'of the transition back to standby mode can also be determined by the second network element already at the time point ⁇ ' based on the predetermined duration At '(resulting, for example, from the message length information 303).
  • the at least one first and the at least one second network element are again in standby mode, as well as possibly further network elements contained in the network, their operating modes between the times and t 3 ' analogous to those of the first or the second network - Elements are controlled, depending on whether the message 3 is intended for them or not.
  • the at least one first and the at least one second network element can thus act analogously after the time t 3 ', in which case the further message is intended for the at least one first and not for the at least one second network element , the transitions in the various modes are adapted accordingly (the at least one second network element thus after appropriate evaluation of the destination address and the message length for a corresponding predetermined duration in the sleep mode and the at least one first network element in the receive mode).
  • the energy consumption of the network is reduced by the transition of the at least one first network element into the very low-energy sleep mode E compared to a system in which network elements remain in standby mode during the transmission of a message to at least one other network element.
  • the message header 30 contains, alternatively or in addition to the message length 303, a block with the sender address of the message. From this and the destination address, the at least one first and / or the at least one second network element can then determine the predetermined duration and thus the time t 3 'for the transition to the standby mode.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren für einen energieeffizienten Betrieb eines Netzwerkelements (10, 11, 13, 13, 14, 15) in einem Netzwerk (1). Das Netzwerkelement empfängt in einem Bereitschaftsmodus (21) eine erste Zieladresse (202, 302) für Nutzdaten (200, 300) einer Nachricht (2, 3) und stellt anhand der Zieladresse fest, dass die Nutzdaten nicht für das Netzwerkelement bestimmt sind. Das Netzwerkelement geht daraufhin für eine vorbestimmte Dauer (Δt, Δt'), in einen Ruhemodus (23) über. Nach Ablauf der vorbestimmten Dauer geht das Netzwerkelement vom Ruhemodus wieder in den Bereitschaftsmodus oder in einen Sendemodus (24) über. Der Energieverbrauch (E0, E0', E-1, E-1 ') des Netzwerkelements ist im Ruhemodus niedriger als im Bereitschaftsmodus. Die Erfindung betrifft ferner ein Netzwerkelement, das eingerichtet ist, ein entsprechendes Verfahren auszuführen, sowie ein Netzwerk mit einem derartigen Netzwerkelement. Das Verfahren kann als Computerprogramm vorliegen und als solches auf einem maschinenlesbaren Speichermedium gespeichert sein.

Description

Beschreibung
Titel
Verfahren zur Reduktion der Energieaufnahme in Netzwerken
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren für einen energieeffizienten Betrieb eines Netzwerkelements, ein Netzwerkelement, das ein solches Verfahren ausführt, ein Netzwerk, das ein derartiges Netzwerkelement umfasst, ein Compu- terprogramm, das ein solches Verfahren implementiert und ein computerlesbares
Medium, auf dem ein derartiges Computerprogramm gespeichert ist.
Stand der Technik Daten, die in einem paketorientierten Kommunikationssystem ausgetauscht werden, werden üblicherweise als Datenpakete (auch Nachrichten genannt) gebündelt und als eine Einheit versandt. Dabei enthalten die Nachrichten nicht nur Nutzdaten, sondern auch weitere Informationen (Metadaten), mit denen unterschiedliche Kontrollinformationen übermittelt werden, die für die Steuerung des Informationsaustauschs notwendig sind. Beispiele für solche Daten sind die Sen- der-/Empfängeradresse oder eine Prüfsumme. Üblicherweise werden diese Metadaten in einen sogenannten Header und/oder Trailer zusammengefasst und den Nutzdaten vorangestellt bzw. ihnen hinten angefügt. Ein sehr bekanntes Beispiel für die paketorientierte Übertragung ist das Internetprotokoll, das heute als eines der Standardprotokolle für die Vernetzung von Systemen eingesetzt wird.
In einem Kommunikationssystem, das hinsichtlich seines Energiebedarfs nicht optimiert ist, kann ein Netzwerkelement zumeist wechselweise jeweils einen von drei Kommunikationsmodi einnehmen, nämlich einen (Daten-)Sendemodus, ei- nen (Daten-)Empfangsmodus oder einen Bereitschaftsmodus (sogenannter„Idle-
Listening-Modus"), in dem das Netzwerkelement sendebereit ist und gleichzeitig den Kanal auf einkommende Nachrichten prüft. Solange weder Daten empfangen noch gesendet werden, verbleibt das Netzwerkelement im Bereitschaftsmo- dus, in dem sein Energiebedarf zumeist ähnlich groß ist wie im Empfangsmodus, weil in beiden Modi dieselben benötigten Funktionsblöcke aktiv sind.
Zur Energieeinsparung eignet sich daher eine Modifikation der Phase, in der kei- ne Daten vom Netzwerkelement versandt oder empfangen werden. In diesem
Sinne werden beispielsweise in der DE 198 60 868 A1 verschiedene Betriebszu- stände für Endgeräte definiert. Neben einer Bereitschaftsphase und einer sogenannten Aktivphase, in der ein Endgerät ein Datenpaket empfängt oder versendet, wird in der genannten Druckschrift eine sogenannte„Schlafphase" offenbart, in der noch mehr Systemkomponenten abgeschaltet sind als in der Bereitschaftsphase.
In einem derartigen oder ähnlichen Ruhemodus befindet sich ein Netzwerkelement in einem Zustand, in dem lediglich ein reduzierter Funktionsumfang des Netzwerkelements verfügbar ist; beispielsweise können komplexe und damit energieintensive Funktionen wie das Senden und/oder das Empfangen von Daten deaktiviert sein. Die grundlegende Idee dabei ist, dass das Netzwerkelement zeitweise den energiearmen Ruhemodus anstelle des energieintensiveren Bereitschaftsmodus einnimmt. Die Zeit, in der sich ein Netzwerkelement in Ruhe- modus befindet, wird im Folgenden als Ruhephase bezeichnet.
Die Steuerung von Zeitpunkt und Dauer der Ruhephase wird idealerweise z. B. von einem MAC-Protokoll (Ausprägung der Schicht 2 des ISO/OSI Referenzmodells) geleistet. Zur Steuerung gibt es unterschiedlichste Ausprägungen, wie bei- spielsweise S-MAC oder TRAMA. Diese lassen sich im Wesentlichen in Systeme mit potentiellen Kollisionen beim Kanalzugang (bspw. S-MAC) und in TDMA- basierte Systeme (also Systeme ohne potentielle Kollisionen beim Kanalzugang, bspw. TRAMA) unterscheiden. Zudem gibt es Systeme, die in bestimmten Phasen eine Kollision zulassen und in anderen Phasen eine Kollision ausschließen, also eine Kombination von kollisionsfreien und kollisionsbehafteten Phasen darstellen.
Für die unterschiedlichen Systeme gibt es verschiedene Ansätze zur Steuerung des Nachrichtenaustauschs im Netzwerk und des Übergangs der Netzwerkele- mente in die jeweiligen Modi. Diese bekannten Vorgehensweisen haben jedoch verschiedene Nachteile. Je nach gewählter Lösung werden beispielsweise Energiekosten lediglich vom empfangenden auf ein sendendes Netzwerkelement verschoben, im Falle von Kollisionen kann zusätzlicher Energiebedarf generiert werden, oder die Synchronisation von Zeitbasen und/oder Sendeplänen kann aufwendig werden und/oder das Netzwerk zusätzlich beanspruchen. Eine große Anzahl an Netzwerkelementen im Kommunikationssystem und/oder an auszutauschenden Nachrichten kann die negativen Auswirkungen dabei noch verstärken.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, den Energieverbrauch von Kommunikationssystemen bei gleichzeitiger Minimierung von zusätzlicher Nachrichtenlatenz und Komplexität der Steuerung und Kontrolle zu reduzieren.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß werden ein Verfahren, ein Netzwerkelement, ein Computerprogramm und ein computerlesbares Speichermedium mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche vorgeschlagen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der Unteransprüche sowie der nachfolgenden Beschreibung.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient einem energieeffizienten Betrieb eines Netzwerkelements in einem Netzwerk. Das Netzwerkelement empfängt dabei in einem Bereitschaftsmodus eine Zieladresse für Nutzdaten einer Nachricht und stellt anhand der Zieladresse fest, dass die Nutzdaten nicht für das Netzwerkelement selbst bestimmt sind. Das Netzwerkelement geht daraufhin für eine vorbestimmte Dauer in einen Ruhemodus über; als„vorbestimmt" wird dabei eine Dauer bezeichnet, deren Länge dem Netzwerkelement bei seinem Übergang in den Ruhemodus bekannt ist. Wie weiter unten dargelegt wird, kann diese Dauer von weiteren Informationen in der Nachricht abhängen oder für das Netzwerk festgelegt sein.
Der Energieverbrauch des Netzwerkelements ist erfindungsgemäß im Ruhemodus niedriger als im Bereitschaftsmodus, beispielsweise weil (insbesondere komplexe) Funktionen des Netzwerkelements im Bereitschaftmodus ein- und im Ru- hemodus abgeschaltet sind. So können z.B. im Ruhemodus Systemkomponenten des Netzwerkelements deaktiviert sein, die im Bereitschaftsmodus aktiv sind.
Nach Ablauf der vorbestimmten Dauer wechselt das Netzwerkelement vom Ru- hemodus zurück in den Bereitschaftsmodus oder in einen Sendemodus.
Das erfindungsgemäße Verfahren bietet den Vorteil, dass das Netzwerkelement überflüssigen Energieverbrauch im Bereitschaftsmodus vermeidet. Es eignet sich dabei zum Einsatz in kollisionsfreien und in kollisionsbehafteten Systemen.
Anhand der Zieladresse einer Nachricht stellt das Netzwerkelement zunächst fest, dass es nicht der Adressat der Nachricht ist, diese also für ein anderes Netzwerkelement bestimmt ist. Während der Zeit, in der die Nachricht dem anderen Netzwerkelement übermittelt wird, ist der entsprechende Kanal belegt. Zur Erläuterung der verwendeten Begriffe sei darauf hingewiesen, dass insbesondere bei einem geswitchten Ethernet ein großes Netzwerk aus vielen verschiedenen physikalischen Verbindungen bzw. Kanälen bestehen kann. Das Senden einer einzigen Nachricht führt lediglich dazu, dass eine solche Verbindung bzw. ein solcher Kanal belegt ist, nicht aber das gesamte Netzwerk. Insbesondere braucht das (erste) Netzwerkelement in dieser Zeit, der die vorbestimmte Dauer entspricht, keine weitere Nachricht zu erwarten. Es bedeutet daher keine Einschränkung der Netzwerkfunktionalität, dass das Netzwerkelement seine Aktivität auf ein Minimum reduziert und so den Gesamtenergieverbrauch des Netzwerks senkt. Die Reduktion geschieht, indem das Netzwerkelement in den Ruhemodus übergeht, in dem es weniger Energie verbraucht als im Bereitschaftsmodus.
Nach Ablauf der vorbestimmten Dauer ist die Nachricht an das andere Netzwerkelement übermittelt. Um wieder für neue Nachrichten empfangsbereit zu sein, geht das (erste) Netzwerkelement wieder in den Bereitschaftsmodus über. Je nach Implementierung kann es auch sinnvoll sein, die Dauer so zu wählen, dass das Netzwerkelement aufwacht, gerade bevor das Senden der Nachricht abgeschlossen wurde.
Die vorbestimmte Dauer kann dem Netzwerkelement auf verschiedene Weisen bekannt sein oder werden: In einer bevorzugten Ausführungsform wird sie mit der Nachricht versandt, beispielsweise in einem oder mehreren Metadatenblock/ blocken. Die vorbestimmte Dauer kann beispielsweise als Längenangabe der Nachricht ebenso wie die Zieladresse und eine Nachrichtenpräambel in einem Nachrichtenheader enthalten sein, den das Netzwerkelement empfängt. Sind mehrere Netzwerkelemente im Netzwerk enthalten, empfangen vorzugsweise alle Netzwerkelemente die Präambel, die Zieladresse und die Längenangabe. Der Nachrichtenheader kann weitere Metadaten, beispielsweise Kontrolldaten umfassen, die vom Netzwerkelement nicht mehr empfangen werden, nachdem es festgestellt hat, dass die Nachricht für mindestens ein anderes Netzwerkelement bestimmt ist. Auf diese Weise kann das Netzwerkelement für einen Empfang benötigte Systemkomponenten so früh deaktivieren wie möglich und damit Energie einsparen. Die weiteren Metadaten werden bevorzugtermaßen nur von dem- oder denjenigen Netzwerkelement/en empfangen, das bzw. die durch die Zieladresse im Nachrichtenheader adressiert ist/sind.
In einer alternativen Ausführungsform ermittelt das Netzwerkelement die vorbestimmte Dauer aus der Ziel- und/oder einer Absenderadresse, die in einem oder mehreren Metadatenblock/blöcken in der Nachricht enthalten sind, beispielsweise in einem Nachrichtenheader. Das Netzwerkelement kann dazu Zugang zu ei- ner Datenstruktur haben, in der festgelegt ist, welche vorbestimmte Dauer jeweils
Paaren von Absender- und/oder Zieladressen von Nachrichten zuzuordnen ist. Die Datenstruktur kann beispielsweise im Netzwerkelement abgespeichert sein.
Auch in dieser Ausführungsform werden vorzugsweise weitere Informationen in der Nachricht, insbesondere im Nachrichtenheader nicht mehr vom Netzwerkelement empfangen, wenn es festgestellt hat, dass es nicht der Adressat der Nachricht ist.
Besonders bevorzugt sind Ausführungsformen, bei der die Zieladresse und die Nachrichtenlänge bzw. die Zieladresse und die Absenderadresse die ersten Teile
(ggf. nach einer Präambel) der Nachricht sind, die vom Netzwerkelement empfangen werden; die genannten Informationen können beispielsweise am Anfang der Nachricht stehen. Auf diese Weise kann das Netzwerkelement frühzeitig in den Ruhemodus übergehen, wenn sich herausstellt, dass die Nachricht nicht für das Netzwerkelement bestimmt ist.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die vorbestimmte Dauer im Netzwerk festgelegt, beispielsweise als grundsätzliche oder minimale Dauer von Nachrichtenübermittlungen. In diesem Fall können im Netzwerk also periodisch in festen Zeitabständen Nachrichten versandt werden. Diese Ausführungsform erlaubt eine besonders einfache Erstellung der Nachrichten.
Ein erfindungsgemäßes Netzwerkelement ist insbesondere programmtechnisch dazu eingerichtet, ein erfindungsgemäßes Verfahren durchzuführen.
Auch die Implementierung des Verfahrens in Form von Software ist vorteilhaft, da dies besonders geringe Kosten verursacht, insbesondere wenn ein ausführendes
Netzwerkelement noch für weitere Aufgaben genutzt wird und daher ohnehin vorhanden ist. Geeignete Datenträger zur Bereitstellung des Computerprogramms sind insbesondere Disketten, Festplatten, Flash-Speicher, EEPROMs, CD- ROMs, DVDs u.a.m. Auch ein Herunterladen eines Programms über Computer- netze (Internet, Intranet usw.) ist möglich.
Weitere Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen. Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachfolgend 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 1A stellt schematisch ein Netzwerk (oder einen Teil eines Netzwerks) mit mehreren Netzwerkelementen dar
Figur 1 B zeigt ein Zustandsdiagramm mit verschiedenen Betriebszuständen eines Netzwerkelements
Figur 2 stellt eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Diagramm dar
Figur 3 zeigt eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung als Diagramm
Ausführungsformen der Erfindung
In Figur 1A ist exemplarisch ein Netzwerk 1 mit mehreren Netzwerkelementen 10, 11 , 12, 13, 14 und 15 dargestellt. Die Netzwerkelemente können über ein gemeinsames Kommunikationsmedium 19 miteinander kommunizieren, das im dargestellten Beispiel ein linearer Bus mit entsprechenden Busabschlüssen 19a und 19b ist. Alternativ oder zusätzlich zu einem linearen Bus kann das Netzwerk beispielsweise einen drahtlosen Übertragungskanal oder einen ringförmigen Bus umfassen.
Figur 1 B zeigt verschiedene Betriebszustände, die ein Netzwerkelement erfindungsgemäß einnehmen kann und in denen es jeweils unterschiedlichen Energieverbrauch haben kann: Dargestellt sind ein Bereitschaftsmodus 21 , ein Ruhemodus 23 und ein Empfangsmodus 22. Ebenfalls dargestellt ist ein fakultativer Sendemodus 24. Alternativ kann das Netzwerkelement eingerichtet sein, im Bereitschaftsmodus Daten zu versenden.
Ist das Netzwerkelement für den Empfang von Nachrichten mit Teilen unterschiedlicher Komplexität eingerichtet (siehe Figur 3), ist der Energieverbrauch im Bereitschaftsmodus 21 niedriger als im Empfangsmodus 22; andernfalls (siehe Figur 2) ist der Energieverbrauch des Netzwerkelements im Bereitschaftsmodus bereits relativ hoch. In diesem Fall kann das Netzwerkelement zudem eingerichtet sein, im Bereitschaftsmodus Nachrichten zu empfangen, so dass auf einen separaten Empfangsmodus 22 verzichtet werden kann. Im Ruhemodus 23 ist der Energieverbrauch in beiden Fällen niedriger als im Bereitschaftsmodus. Der Übergang des Netzwerkelements in die verschiedenen Modi (Zustände) erfolgt wie oben und nachfolgend beschrieben. Prinzipiell ist zu- sätzlich oder alternativ zu den beschriebenen Übergängen auch ein Übergang vom Zustand Empfangen nach Senden, von Senden nach Empfangen bzw. von Ruhe nach Senden oder Empfangen bzw. umgekehrt denkbar.
Die in den Figuren 2 und 3 gezeigten Diagramme zu Ausführungsformen des er- findungsgemäßen Verfahrens umfassen je drei Teile I, II und III, die jeweils ein
Koordinatensystem mit einer gemeinsamen (synchronen) Zeitachse 8 als Abszisse enthalten.
In Teil I beider Figuren ist schematisch eine Nachricht in das Koordinatensystem eingefügt, die zeitliche Zuordnung der Nachrichtenblöcke entspricht dabei der
Chronologie, gemäß der die Blöcke von einem, mehreren oder allen Netzwerk- element(en) im Netzwerk empfangen wird.
Der Zeitachse 8 als Abszisse ist in Teil I der Figuren 2 und 3 eine erste Ordinate 40 zugeordnet. Diese markiert qualitativ den Signalverarbeitungsaufwand, den ein Netzwerkelement beim Empfang der jeweiligen Datenblöcke der Nachricht zu leisten hat.
In den Teilen II und III der in den Figuren 2 bzw. 3 dargestellten Diagramme ist durch die Ordinate 41 jeweils qualitativ der erfindungsgemäße Energieverbrauch mindestens eines ersten bzw. mindestens eines zweiten Netzwerkelements aufgetragen, und zwar in Bezug auf die Zeitachse und den damit verbundenen Empfang der Nachricht 2 bzw. 3. Teil II der Diagramme betrifft mindestens ein erstes Netzwerkelement, das nicht Adressat der in Teil I dargestellten Nachricht 2 bzw. 3 ist. Demgegenüber ist in Teil III der Diagramme der Energieverbrauch mindestens eines zweiten Netzwerkelements dargestellt, für das die Nachricht bestimmt ist. In den in den Figuren 2 und 3 dargestellten Fällen verläuft der Empfang der einzelnen Blöcke der jeweiligen Nachricht für das mindestens eine erste Netzwerkelement (Teil II) und das mindestens eine zweite Netzwerkelement (Teil III) genau synchron, in der Realität können sich infolge von Übertragungsverzögerungen leichte Abweichungen zwischen erstem und zweitem Netzwerkelement ergeben.
In Teil I der Figur 2 ist eine Nachricht 2 schematisch dargestellt. Sie umfasst eine Präambel 201 , eine Zieladresse 202 und eine Absenderadresse 203. Anhand der Ziel- und/oder der Absenderadresse kann ein empfangendes Netzwerkelement eine Dauer At bestimmen, die für die Übermittlung der Nachricht von der Absenderadresse zur Zieladresse erforderlich sein wird. Hierzu kann das Netzwerkelement beispielsweise auf eine Datenstruktur zugreifen, die zentral im Netzwerk oder lokal im Netzwerkelement gespeichert ist und in der Paaren von möglichen Absender- und Zieladressen von Nachrichten eine Übertragungsdauer zugeordnet ist. Wie beschrieben geht ein Netzwerkelement, das erkennt, dass es nicht der Adressat der Nachricht ist, erfindungsgemäß für die Dauer At in einen Ruhemodus über. Da die Dauer zum Zeitpunkt dieses Übergangs bereits bestimmt ist und somit feststeht, wird sie vorliegend auch als„vorbestimmte" Dauer bezeichnet.
Alternativ oder zusätzlich zur Absenderadresse 203 kann eine Nachricht eine spezifische Nachrichtenlänge enthalten, aus der sich die Dauer At ergibt. Eine weitere Alternativ ist, dass in einem Feld 203 der Inhalt der Nachricht codiert ist (analog zu beispielsweise einem CAN Message Identifier bei einer CAN-
Nachricht). Mit dem Nachrichteninhalt ist wiederum eine feste Länge assoziiert.
Die Nachricht 2 enthält weiterhin Kontrolldaten 204, Nutzdaten 200 und eine Prüfsumme 205. Wie aus Teil I des Diagramms in Figur 2 ersichtlich ist, ist der Signalverarbeitungsaufwand eines empfangenden Netzwerkelements für alle Datenblöcke der Nachricht 2 gleich groß. Es sei darauf hingewiesen, dass die einzelnen Felder der Nachricht auch in einer anderen Reihenfolge angeordnet werden können. Zum Zeitpunkt t0 wird der erste Block 201 (die Präambel) der Nachricht 2 von einem, mehreren oder allen Netzwerkelement(en) im Netzwerk empfangen. Ein Netzwerk kann prinzipiell aus unterschiedlichen physikalischen Verbindungen bzw. Kanälen zusammengesetzt sein, so dass nicht alle Netzwerkelemente über die gleiche physikalischen Verbindung kommunizieren und folglich auch nicht alle
Netzwerkelemente eine Information sehen, die über nur eine (oder mehrerer aber nicht alle) der physikalischen Verbindungen gesendet wird. Es folgt der Empfang der Zieladresse 202 und der Absenderadresse 203, der zum Zeitpunkt ti abgeschlossen ist. Zu diesem Zeitpunkt weiß das Netzwerkelement, ob es der Adres- sat der Nachricht 2 ist oder ob diese für mindestens ein anderes Netzwerkelement bestimmt ist, und kann sich wie nachfolgend beschrieben entsprechend darauf einstellen. Zum Zeitpunkt t2 ist die Übermittlung der Nachricht im Netzwerk abgeschlossen. Teil II der Figur 2 zeigt den Energieverbrauch mindestens eines ersten Netzwerkelements, das zum Zeitpunkt ti festgestellt hat, dass die Nachricht für mindestens ein anderes Netzwerkelement bestimmt ist, und das seinen Betriebszustand erfindungsgemäß an dieses Wissen anpasst: Das Netzwerkelement empfängt die ersten Blöcke 201 , 202 und 203 bis zum Zeitpunkt ti in einem Bereit- schaftsmodus mit relativ hohem Energieverbrauch E0. Es sei darauf hingewiesen, dass prinzipiell das Netzwerkelement nach Empfang der Zieladresse (also Block 202) weiß, welches Netzwerkelement adressiert ist und nicht erst zum Zeitpunkt ti. In diesem Fall ist auch ein gegenüber dem vorstehend Beschriebenen entsprechend früherer Wechsel in dem Ruhemodus möglich. Danach geht es für die vorbestimmte Dauer in einen Ruhemodus über, in dem der Energieverbrauch E.i niedriger ist als E0. Zum Zeitpunkt t2 ist die vorbestimmte Dauer At ab dem Zeitpunkt ti abgelaufen. Das Ende von At muss nicht zwingendermaßen auf t2 fallen. Aus Implementierungsgründen kann es insbesondere vorteilhaft sein, wenn At vor t2 abläuft. Da das Netzwerk zu diesem Zeitpunkt nicht mehr mit der Nachricht belegt ist, sondern weitere Nachrichten in ihm versandt werden können, geht das mindestens eine erste Netzwerkelement wieder in den Bereitschaftsmodus über, um in diesem gegebenenfalls Nachrichten empfangen zu können. Alternativ könnte das mindestens eine erste Netzwerkelement zum Zeitpunkt t2 in einen Sendemodus übergehen, um selbst eine oder mehrere Nachrichten zu verschicken.
In Teil III der Figur 2 ist der Energieverbrauch mindestens eines zweiten Netz- werkelements in Bezug auf den Empfang der Komponenten der Nachricht 2 in seinem zeitlichen Ablauf dargestellt. Zum Zeitpunkt ti hat das mindestens eine zweite Netzwerkelement die ersten Blöcke 201 , 202 und 203 in seinem Bereitschaftsmodus empfangen und festgestellt, dass es der Adressat der Nachricht ist. In dem Diagramm ist dargestellt, dass das mindestens eine zweite Netzwerk- element in seinem Bereitschaftsmodus den Energieverbrauch E0 hat; dieser kann der gleiche sein wie der Energieverbrauch E0 des mindestens einen ersten Netzwerkelements in dessen Bereitschaftsmodus; alternativ kann der Energieverbrauch der verschiedenen Netzwerkelemente in ihrem jeweiligen Bereitschaftsmodus differieren, beispielsweise abhängig von der jeweiligen Ausgestal- tung der Hard- und/oder Software eines jeden Netzwerkelements.
Das mindestens eine zweite Netzwerkelement empfängt auch die restlichen Teile 204, 205 und die Nutzdaten 200 der Nachricht 2 in seinem Bereitschaftsmodus, in dem es den Energieverbrauch E0 hat. Danach, zum Zeitpunkt t2, ist das Netz- werk frei für weitere Nachrichten. Beispielsweise kann danach das mindestens eine zweite Netzwerkelement in Bezug auf eine weitere Nachricht mit weiteren Nutz- und Metadaten analog zum beschriebenen mindestens einen ersten Netzwerkelement agieren, also z.B. anhand einer weiteren Zieladresse und einer weiteren Absenderadresse oder einer weiteren Nachrichtenlänge feststellen, dass die weitere Nachricht nicht für das mindestens eine zweite Netzwerkelement bestimmt ist, und dann für eine vorbestimmte Dauer in einen Ruhemodus mit einem Energieverbrauch E.i übergehen, der niedriger ist als der Energieverbrauch E0 im Bereitschaftsmodus.
In Figur 3 sind analoge Diagramme I, II und III dargestellt, wobei die dort betrachtete Nachricht 2 Teile unterschiedlicher Komplexität aufweist, die unterschiedlichen Signalverarbeitungsaufwand erfordern. Die Nachricht 3 weist einen ersten Nachrichtenheader 30 auf, der vier Metadatenblöcke, nämlich eine Präambel 301 , eine Zieladresse 302, eine Nachrichtenlänge 303 und Kontrolldaten 304 umfasst. Darüber hinaus enthält die Nachricht 3 als weitere Metadatenblöcke ein Pilotsymbol 31 1 , Kontrolldaten 312, Informatio- nen 313 über die Zieladresse und Informationen 314 über eine Quelladresse; die
Informationen 313 über die Zieladresse können dabei komplexere Daten enthalten als die Zieladresse 302 selbst, die einem Netzwerkelement nur dazu dient zu erkennen, ob die Nachricht für dieses oder für ein anderes Netzwerkelement bestimmt ist. Die weiteren Metadatenblöcke sind Teil eines zweiten Nachrichten- headers 31 , der eine höhere Komplexität aufweist als der erste Nachrichtenheader. Schließlich umfasst die Nachricht 3 die Nutzdaten 300. Hier können auch noch zusätzliche Trailer-Daten (beispielsweise Prüfsumme) enthalten sein.
Wie aus Teil I des Diagramms in Figur 3 hervorgeht, ist der Signalverarbeitungs- aufwand beim ersten Nachrichtenheader 30 deutlich geringer als bei den nachfolgenden Komponenten 31 und 300 der Nachricht 3, beispielsweise weil zum Übertragen der Nachricht 3 für den ersten Nachrichtenheader 30 ein erster Übertragungsmodus und für den zweiten Nachrichtenheader 31 ebenso wie für die Nutzdaten 300 ein zweiter, komplexerer Übertragungsmodus verwendet wird.
Der zweite Übertragungsmodus kann zum Beispiel eine größere Anzahl an Verarbeitungsschritten erfordern als der erste. Beispielsweise können die Daten des ersten Nachrichtenheaders 30 als einfacher Bitstrom übertragen werden, in dem die einzelnen Datenbits direkt mit einem geeigneten analogen oder digitalen Übertragungsverfahren geringer Komplexität (z. B. Amplituden-, Frequenz- oder
Phasenmodulation) und mit geringer Stufenanzahl übermittelt werden. Die Daten des zweiten Nachrichtenheaders 31 und die Nutzdaten 300 können demgegenüber mit einem höherwertigen digitalen Modulationsverfahren (z. B. unter Verwendung einer Quadraturamplitudenmodulation) übermittelt werden.
Alternativ oder zusätzlich kann die vom ersten Nachrichtenheader 30 genutzte Bandbreite im Frequenzspektrum deutlich geringer sein als die genutzte Bandbreite des zweiten Nachrichtenheaders 31 und/oder der Nutzdaten 300. Die Hardware (wie bspw. die notwendigen Analog-Digital-Wandler) und die Auswertungsalgorithmen, die für den Empfang ersten Nachrichtenheader 30 erforderlich sind, können somit deutlich weniger komplex sein als die Hardware und Auswertungsalgorithmen, die für den Empfang des zweiten Nachrichtenheaders 31 und der Nutzdaten 300 einzusetzen sind.
Ein erster Zeitpunkt t0' markiert in Figur 3 auf der Abszisse den Beginn des Empfangs der Nachricht 3 durch ein Netzwerkelement. Bis zum Zeitpunkt wird der erste Nachrichtenheader 30 mit der Präambel 301 , der Zieladresse 302 und der Nachrichtenlänge 303 vom Netzwerkelement unter relativ niedrigem Signalverarbeitungsaufwand empfangen. Alternativ zur Nachrichtenlänge können auch andere Informationen (wie oben) zur Bestimmung der Nachrichtenlänge dienen bzw. verwendet werden. Ist die Nachricht nicht an das Netzwerkelement adressiert, verwirft das Netzwerkelement zum Zeitpunkt ti die Nachricht 3, beendet also seinen Empfang der Nachricht. Bestimmt hingegen die Zieladresse 303 das Netzwerkelement als Empfänger der Nachricht 3, empfängt das Netzwerkelement auch die Kontrolldaten 304 sowie ab dem Zeitpunkt t2' und unter höherem Signalverarbeitungsaufwand den zweiten Nachrichtenheader 31 und die Nutzdaten 300. Zum Zeitpunkt t3' ist der Empfang der Nachricht 3 durch das Netzwerkelement in diesem Fall abgeschlossen.
Wie in Teil II des Diagramms zu erkennen ist, beginnt das mindestens eine erste Netzwerkelement zum Zeitpunkt t0' im Bereitschaftsmodus mit dem Energieverbrauch E0' mit dem Empfangen der Nachricht 3. Aufgrund der geringen Komple- xität des Nachrichtenheaders 30 und dem daraus resultierenden relativ geringen
Signalverarbeitungsaufwand (siehe Teil I) kann dieser Energieverbrauch E0' relativ niedrig sein, nämlich niedriger als ein Energieverbrauch Ei', der zum Empfang der komplexeren Teile 31 und 300 der Nachricht benötigt wird. Bis zum Zeitpunkt empfängt das mindestens eine erste Netzwerkelement so die Metadatenblöcke mit der Präambel 301 , der Zieladresse 302 und der Nachrichtenlänge 303 und stellt anhand der Zieladresse fest, dass die Nachricht für mindestens ein zweites Netzwerkelement bestimmt ist. Zum Zeitpunkt geht das mindestens eine erste Netzwerkelement für eine vorbestimmte Dauer Δί', die sich aus der Nachrichtenlänge 302 ergibt, in einen Ruhemodus über. In diesem Ruhemodus hat das mindestens eine erste Netzwerkelement einen sehr geringen Energieverbrauch E , der niedriger ist als sein Energieverbrauch E0' im Bereitschaftsmodus.
In der Darstellung ist die vorbestimmte Dauer AV ab dem Zeitpunkt zum Zeitpunkt t3' abgelaufen, und das Netzwerkelement geht wieder in den Bereitschaftsmodus mit dem Energieverbrauch E0' über. Wie bereits oben angemerkt, muss At nicht notwendigerweise mit dem Ende der Nachricht korrelieren.
Auch die Ordinate des Teils I I I des Diagramms gibt qualitativ den Energieverbrauch eines Netzwerkelements an, in diesem Teil ist er für mindestens ein zweites Netzwerkelement in Beziehung zum zeitlichen Ablauf gesetzt, wobei die Nachricht 3 für dieses mindestens eine zweite Netzwerkelement bestimmt ist.
Wie das mindestens eine erste Netzwerkelement und synchron oder annähernd synchron zu diesem empfängt das mindestens eine zweite Netzwerkelement ab dem Zeitpunkt t0' im Bereitschaftsmodus (mit niedrigem bis mittlerem Energieverbrauch E0') die Präambel 301 , die Zieladresse 302 und die Nachrichtenlänge 303. Zum Zeitpunkt t ' hat das zweite Netzwerkelement erkannt, dass es der Adressat der Nachricht ist. Für den Empfang der restlichen Metadaten niedriger Komplexität (im dargestellten Fall der Kontrolldaten 304) verbleibt das zweite Netzwerkelement im Bereitschaftsmodus mit dem Energieverbrauch E0'. Danach geht es zum Zeitpunkt t2' in einen Empfangsmodus über, in dem es die komple- xeren Teile 31 und 300 der Nachricht bei relativ hohem Energieverbrauch Ei' empfängt. Zum Zeitpunkt t3' ist der Empfang der Nachricht 3 abgeschlossen, und das zweite Netzwerkelement geht wieder in den Bereitschaftsmodus über. Dieser Übergang kann vom zweiten Netzwerkelement nach einer Feststellung erfolgen, dass die Nachricht vollständig empfangen wurde. Alternativ kann der Zeitpunkt t3' des Übergangs zurück in den Bereitschaftsmodus auch anhand der vorbestimmten Dauer At' (die sich z.B. aus der Information 303 über die Nachrichtenlänge ergibt) bereits zum Zeitpunkt ^' vom zweiten Netzwerkelement bestimmt werden bzw. worden sein. Zum Zeitpunkt t3' sind also das mindestens eine erste und das mindestens eine zweite Netzwerkelement wieder im Bereitschaftsmodus, ebenso wie ggf. weitere im Netzwerk enthaltene Netzwerkelemente, deren Betriebsmodi zwischen den Zeitpunkten und t3' analog zu denen des ersten bzw. des zweiten Netzwerk- elements gesteuert werden, je nachdem, ob die Nachricht 3 für sie bestimmt ist oder nicht.
In Bezug auf eine weitere Nachricht können das mindestens eine erste und das mindestens eine zweite Netzwerkelement nach dem Zeitpunkt t3' also analog agieren, wobei im Fall, dass die weitere Nachricht für das mindestens eine erste und nicht für das mindestens eine zweite Netzwerkelement bestimmt ist, die Übergänge in die verschiedenen Modi entsprechend anzupassen sind (das mindestens eine zweite Netzwerkelement also nach entsprechender Auswertung der Zieladresse und der Nachrichtenlänge für eine entsprechend vorbestimmte Dauer in den Ruhemodus übergeht und das mindestens eine erste Netzwerkelement in den Empfangsmodus).
Insgesamt ist der Energieverbrauch des Netzwerks durch den Übergang des mindestens einen ersten Netzwerkelements in den Ruhemodus mit sehr niedrigem Energieverbrauch E reduziert gegenüber einem System, in dem Netzwerkelemente auch während der Übermittlung einer Nachricht an mindestens ein anderes Netzwerkelement im Bereitschaftsmodus verbleiben.
In einer alternativen Ausführungsform enthält der Nachrichtenheader 30 alternativ oder zusätzlich zur Nachrichtenlänge 303 einen Block mit der Absenderadresse der Nachricht. Aus dieser und der Zieladresse kann das mindestens eine erste und/oder das mindestens eine zweite Netzwerkelement dann die vorbestimmte Dauer und damit den Zeitpunkt t3' für den Übergang in den Bereitschaftsmodus bestimmen.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren für einen energieeffizienten Betrieb eines Netzwerkelements (10, 1 1 , 12, 13, 14, 15) in einem Netzwerk (1 ), wobei das Verfahren die folgen- den vom Netzwerkelement ausgeführten Schritte umfasst:
Empfangen, in einem Bereitschaftsmodus (21 ) des Netzwerkelements, einer ersten Zieladresse (202, 302) für Nutzdaten (200, 300) einer Nachricht (2, 3);
Feststellen, anhand der Zieladresse, dass die Nutzdaten nicht für das Netzwerkelement bestimmt sind;
Übergehen, für eine vorbestimmte Dauer (At, At'), in einen Ruhemodus (23); und
Übergehen, nach Ablauf der vorbestimmten Dauer, vom Ruhemodus in den Bereitschaftsmodus (21 ) oder in einen Sendemodus (24),
wobei der Energieverbrauch (EQ, EQ', E E ') des Netzwerkelements im Ru- hemodus niedriger ist als im Bereitschaftsmodus.
2. Verfahren gemäß Anspruch 1 ,
wobei die vorbestimmte Dauer (Δί, At') sich aus einer Nachrichtenlänge (303) ergibt, die ebenso wie die Zieladresse in mindestens einem Meta- datenblock wie beispielsweise einem Nachrichtenheader (30) der Nachricht enthalten ist und vom Netzwerkelement empfangen wird, wobei vorzugsweise die vorbestimmte Dauer einer Übertragungsdauer der Nachricht (2, 3) an die Zieladresse entspricht;
oder
wobei das Netzwerkelement die vorbestimmte Dauer (Δί, At') aus einer
Absenderadresse (203) und der Zieladresse (202, 302) ermittelt, die in mindestens einem Metadatenblock wie beispielsweise einem Nachrichtenheader (30) der Nachricht enthalten sind und vom Netzwerkelement empfangen werden,
oder wobei das Netzwerkelement die vorbestimmte Dauer implizit durch eine Information bestimmt, die den Inhalt der Nachricht beschreibt (insbesondere durch einen CAN Message Identifier bei einer CAN-Nachricht).
Verfahren gemäß Anspruch 1 , wobei die vorbestimmte Dauer (At, At') als eine grundsätzliche oder eine minimale Übertragungsdauer von Datenpaketen im Netzwerk festgelegt ist.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das Netzwerkelement nach Ablauf der vorbestimmten Dauer wieder in den Bereitschaftsmodus (21 ) übergeht und danach in diesem eine weitere Zieladresse (202, 302) für weitere Nutzdaten (200, 300) einer weiteren Nachricht (2, 3) empfängt, anhand der weiteren Zieladresse feststellt, dass die weiteren Nutzdaten (200, 300) für das Netzwerkelement bestimmt sind, und die weiteren Nutzdaten im Bereitschaftsmodus (21 ) oder in einem Empfangsmodus (22) mit höherem Energieverbrauch (E ') als im Bereitschaftsmodus empfängt.
Verfahren zur Koordination einer Kommunikation in einem Netzwerk (1 ), wobei das Netzwerk mindestens ein erstes und mindestens ein zweites Netzwerkelement (10, 1 1 , 12, 13, 14, 15) umfasst,
wobei das mindestens eine erste Netzwerkelement ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 und in Bezug auf eine Nachricht (2, 3) mit einer Zieladresse (202, 302) für Nutzdaten (200, 300) ausführt, und wobei das mindestens eine zweite Netzwerkelement in Bezug auf dieselbe Nachricht (2, 3) folgende Schritte ausführt:
Empfangen, in einem Bereitschaftsmodus (21 ) des mindestens einen zweiten Netzwerkelements, der Zieladresse (202, 302) für die Nutzdaten (200, 300); und
Feststellen, anhand der Zieladresse, dass die Nutzdaten (200, 300) für das mindestens eine zweite Netzwerkelement bestimmt sind.
Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei das mindestens eine zweite Netzwerkelement die Nutzdaten (200, 300) in seinem Bereitschaftsmodus (21) empfängt.
7. Verfahren gemäß Anspruch 5, wobei das mindestens eine zweite Netzwerkelement zudem die folgenden Schritte ausführt:
Übergehen in einen Empfangsmodus (22);
Empfangen der Nutzdaten im Empfangsmodus; und
Übergehen, nach Empfangen der Nutzdaten, vom Empfangsmodus in den Bereitschaftsmodus oder in einen Sendemodus des mindestens einen zweiten Netzwerkelements,
wobei der Energieverbrauch (E E ') des mindestens einen zweiten Netz- werkelements im Bereitschaftsmodus vorzugsweise niedriger ist als im Empfangsmodus.
Verfahren gemäß Anspruch 7, wobei das mindestens eine erste Netzwerkelement ein Verfahren gemäß Anspruch 2 ausführt, wobei das mindestens eine zweite Netzwerkelement den mindestens einen Metadatenblock, beispielsweise den Nachrichtenheader (30), vollständig empfängt, ehe es in den Empfangsmodus übergeht, und wobei das mindestens eine erste Netzwerkelement den mindestens einen Metadatenblock, beispielsweise den Nachrichtenheader, vorzugsweise nur teilweise empfängt.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei das mindestens eine zweite Netzwerkelement zudem mindestens einen weiteren Metadatenblock (31 1 , 312, 313, 314) im Empfangsmodus empfängt. 10. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das mindestens eine zweite Netzwerkelement
in seinem Bereitschaftsmodus (21) analoge Verarbeitungsverfahren und in seinem Empfangsmodus (22) digitale Verarbeitungsverfahren, und/oder in seinem Bereitschaftsmodus (21) ein erstes Modulationsverfahren und in seinem Empfangsmodus (22) ein zweites Modulationsverfahren verwendet.
1 1. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei das Übergehen des ersten Netzwerkelements vom Ruhemodus (23) in seinen Bereitschaftsmodus oder Sendemodus gleichzeitig mit dem Übergehen des zweiten Netzwerkelements in dessen Bereitschaftsmodus oder Sendemodus erfolgt.
12. Netzwerkelement (10, 11 , 12, 13, 14, 15) das dazu eingerichtet ist, ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 auszuführen, wenn es in ein Netzwerk (1) eingebunden ist,.
13. Netzwerk (1) mit mindestens einem ersten und mindestens einem zweiten Netzwerkelement (10, 11 , 12, 13, 14, 15), die dazu eingerichtet sind, ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 1 1 auszuführen.
14. Computerprogramm mit Programmcodemitteln, die ein Netzwerkelement (10, 1 1 , 12, 13, 14, 15) in einem Netzwerk (1) veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen, wenn sie auf der Recheneinheit, insbesondere nach Anspruch 11 oder 12, ausgeführt werden.
15. Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm, das Programmcodemittel aufweist, die ein Netzwerkelement veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10 durchzuführen, wenn sie auf dem Netzwerkelement (10, 1 1 , 12, 13, 14, 15) ausgeführt werden.
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