DE102012205991A1

DE102012205991A1 - Verfahren zur Adressinitialisierung in Kommunikationssystemen

Info

Publication number: DE102012205991A1
Application number: DE102012205991A
Authority: DE
Inventors: Volker Blaschke; Timo Lothspeich; Andreas Mueller
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2012-04-12
Filing date: 2012-04-12
Publication date: 2013-10-17
Also published as: WO2013152884A1; EP2837163A1

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Adressinitialisierung in einem Kommunikationssystem (1), das eine Steuerungsinstanz (10) und mindestens ein Netzwerkelement (101, 102, 103, 110) aufweist. Das Netzwerkelement verfügt über eine Kennung (1012, 1022, Δt101, Δt102). Das Verfahren umfasst ein Versenden einer Meldung (210, 213, 410, 601, 604, 801, 804) von dem Netzwerkelement an die Steuerungsinstanz, wobei das Versenden zu einem Meldezeitpunkt (T101, T102) erfolgt, der von der Kennung des Netzwerkelements abhängt. Das Verfahren umfasst ferner ein Zuordnen einer Adresse (1011, 1021, 1031) zum Netzwerkelement. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Kommunikationssystem, das eingerichtet ist, das Verfahren auszuführen, ein Computerprogramm mit Programmcodemitteln zum Ausführen von Verfahrensschritten sowie ein maschinenlesbares Speichermedium mit einem derartigen Computerprogramm.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Adressinitialisierung in einem Kommunikationssystem. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Kommunikationssystem, ein Computerprogramm zum Durchführen von Schritten des Verfahrens und ein oder mehrere maschinenlesbare Speichermedien, auf dem bzw. denen Instruktionen zum Ausführen von Verfahrensschritten gespeichert sind.
Stand der Technik
In vielen Kommunikationssystemen können mehrere Knoten über ein gemeinsames Kommunikationsmedium miteinander kommunizieren. Dem OSI-Schichtenmodell zufolge werden die Funktionen der Kommunikation in sieben aufeinanderliegende Abstraktionsschichten eingeteilt. Die sogenannte Sicherungsschicht (auch als „Schicht 2“ bezeichnet) regelt dabei insbesondere den Zugriff der Knoten auf das Kommunikationsmedium. Ein bestimmter Knoten eines solchen Kommunikationssystems kann üblicherweise explizit von einem anderen Knoten angesprochen werden. Dies ist unter anderem erforderlich, falls der Zugriff auf das gemeinsam genutzte Kommunikationsmedium mit Hilfe eines Token- oder Pollingverfahrens realisiert wird. Typischerweise besitzt jedes an dem Kommunikationsmedium angeschlossene Gerät hierzu eine sogenannte Schicht 2-Adresse.
Um eine eindeutige Adressierung auf Schicht 2 realisieren zu können, ist es wichtig, dass die verwendeten Schicht 2-Adressen zumindest auf dem Link, auf dem die jeweiligen Adressen eingesetzt werden, eindeutig sind.
Häufig werden die vom „Institute of Electrical and Electronics Engineers“ (IEEE) verwalteten sogenannten EUI-48- oder EUI-64-Adressen verwendet. Diese Adressen haben den Anspruch der weltweiten Eindeutigkeit. Damit besteht bei ihrer Verwendung die Möglichkeit, die Adresse fest (bspw. während eines Produktionsschritts) im Gerät zu speichern, ohne dadurch einen potentiellen Adresskonflikt zu generieren.
Die globale Eindeutigkeit erfordert allerdings, dass die Adressen selbst entsprechend lang sind: So ist jede EUI 48-Adresse durch 48 Bit gegeben, bei EUI 64-Adressen sind es 64 Bit. Durch lange Adressen erhöht sich tendenziell die Übertragungszeit, was einen erhöhten Energieverbrauch nach sich zieht.
Insbesondere in drahtlosen Netzwerken, aber auch in vielen drahtgebundenen Systemen muss auf energiesparende Gesamtsystemoptimierungen geachtet werden. In dieser Hinsicht kann es vorteilhaft sein, dass kürzere Adressen eingesetzt werden, die dann lediglich in demjenigen Teilbereich (Link) eines Netzes auf der Sicherungsschicht eindeutig sind, in dem sie verwendet werden. Ein weiterer Vorteil kürzerer Adressen besteht darin, dass durch die Verringerung der damit benötigten Übertragungszeit das Medium kürzere Zeit belegt ist und somit ggf. der Gesamtdatendurchsatz / die Leistungsfähigkeit des Systems besser wird. In den meisten Fällen werden Adressen, die nur auf einem Link eindeutig sind, von einer Steuerungseinheit zentralisiert vergeben.
Da bei solchen Adressoptimierungen die globale Eindeutigkeit der Adresse in der Regel nicht gegeben ist, ist es nicht sinnvoll, diese kürzeren Adressen bereits während des Produktionsprozesses festzulegen. Vielmehr sehen die genutzten Protokolle oftmals vor, dass die Netzwerkelemente die zu verwendenden Schicht 2-Adressen erst während des normalen Betriebs dynamisch aushandeln.
Ein Beispiel dafür bietet die Bluetooth-Technologie, die auf dem Standard IEEE802.15.1 basiert: Das bei Bluetooth übliche „Inquiry-Verfahren“ bietet die Möglichkeit, einen Kontakt zwischen einander unbekannten Bluetooth-Geräten herzustellen. Dafür werden von einem ersten Gerät in einem Netzwerk (einem „Master“) sogenannte „Inquiry“-Nachrichten ausgesendet. Ein zweites Gerät („Slave“), das eine „Inquiry“-Nachricht aufgrund der verwendeten Frequenz empfangen konnte, antwortet mit einer sogenannten „Inquiry Response“-Nachricht. Diese „Inquiry Response“-Nachricht enthält eine Kennung, die das zweite Gerät eindeutig identifiziert. Die Kennung kann dann vom ersten Gerät in einem weiteren Schritt dazu genutzt werden, dem zweiten Gerät eine auf dem Link eindeutige Adresse zuzuweisen, die sich daher zur Adressierung auf Schicht 2 eignet.
Prinzipiell ist das Senden der „Inquiry“-Nachricht und der „Inquiry Response“-Nachricht kollisionsbehaftet. Gegebenenfalls muss das Inquiry-Verfahren deshalb wiederholt werden. Das führt dazu, dass dieser Prozess nicht deterministisch ist.
Auf allgemeine Netzwerke ist das Verfahren auch im Hinblick auf die Energiezufuhr nicht ohne Weiteres übertragbar: Bluetooth-Geräte verfügen in der Regel über eine eigene, autarke Energieversorgung. In einem Kommunikationssystem hingegen, bei dem alle Teilnehmer aus einer gemeinsamen Energiequelle versorgt werden, kann das Inquiry-Verfahren nur dann angewandt werden, wenn die akkumulierte Leistungsaufnahme aller Netzwerkteilnehmer kleiner als die verfügbare Spitzenleistung der Quelle unter Berücksichtigung eventueller Verlustleistungen (beispielsweise von einem Bus) ist. Diese Anforderung ist jedoch nicht allgemein erfüllt, sondern kann insbesondere beim Auftreten von Kollisionen verletzt werden. Die Wahrscheinlichkeit einer Verletzung der Anforderung steigt tendenziell mit zunehmender Teilnehmerzahl an.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Möglichkeiten bereitzustellen, mit denen eine Adressvergabe an Netzwerkelemente (Knoten) unter Minimierung gleichzeitiger Zugriffe auf ein Kommunikationsmedium erfolgen kann.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird ein Verfahren, ein Computerprogramm, ein (oder mehrere) maschinenlesbare/s Speichermedium(-medien) und ein Kommunikationssystem mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche 1 bzw. 13 bzw. 14 bzw. 15 vorgeschlagen.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für eine Adressinitialisierung in einem Kommunikationssystem, das eine Steuerungsinstanz und mindestens ein Netzwerkelement aufweist. Das Netzwerkelement verfügt über eine Kennung, die auch als Kennzeichnung bezeichnet werden kann. Sie kann beispielsweise eine global eindeutige Identifikationskennung sein oder sich aus dieser ergeben, oder sie kann in Form einer spezifischen Wartezeit gegeben sein, die dem Netzwerkelement zugeordnet wird oder wurde; weitere mögliche Kennungen sind weiter unten beschrieben.
Zu einem Meldezeitpunkt, der von der Kennung des Netzwerkelements abhängt, sendet das Netzwerkelement eine Meldung an die Steuerungsinstanz. Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren wird ferner dem Netzwerkelement eine Adresse zugeordnet. Mögliche Formen der Abhängigkeit des Meldezeitpunktes von der Kennung werden weiter unten erläutert. Der Meldezeitpunkt kann zu Beginn der Adressinitialisierung feststehen oder sich in deren Verlauf ergeben, beispielsweise abhängig von Abfragen, die die Steuerungsinstanz versendet; dies ist weiter unten näher ausgeführt.
Über die Kennung ist somit festgelegt, wann die Meldung von dem Netzwerkelement an die Steuerungsinstanz gesendet wird. Dadurch kann vermieden werden, dass das Netzwerkelement die Meldung schickt, wenn gleichzeitig die Steuerungsinstanz eine Nachricht sendet. Sind weitere Netzwerkelemente in dem Kommunikationssystem enthalten, kann zudem (bei geeigneter Festlegung der funktionalen Abhängigkeit) vermieden werden, dass das Netzwerkelement und eines oder mehrere der weiteren Netzwerkelemente gleichzeitig Meldungen senden. Somit kann die Gefahr von Kollisionen bei der Adressvergabe vermindert werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann in Form von Instruktionen auf einem oder mehreren maschinenlesbaren Speichermedium/medien gespeichert sein, das beispielsweise in ein eingebettetes System integriert ist oder von einem solchen verwendet wird. Alternativ oder zusätzlich kann es in einem Kommunikationssystem mit einer Steuerungsinstanz und mindestens einem Netzwerkelement implementiert sein.
Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
Die Zuordnung der Adresse zum Netzwerkelement umfasst vorzugsweise, dass im Kommunikationssystem die Adresse mit dem Netzwerkelement assoziiert ist. Dies schließt ein, dass das Netzwerkelement die Adresse übernimmt und dass eine Verknüpfung des Netzwerkelements mit der Adresse im Kommunikationssystem (z.B. in der Steuerungsinstanz) gespeichert ist.
Die Steuerungsinstanz verfügt vorzugsweise selbst über eine eigene Adresse. Diese kann dem oder den Netzwerkelement(en) im Kommunikationssystem beispielsweise vorab bekannt sein oder von der Steuerungsinstanz mitgeteilt werden, zum Beispiel zusammen mit einer oder mehreren Abfragen von Kennungen oder mit einem Start der Adressinitialisierung.
Sind weitere Netzwerkelemente in dem Kommunikationssystem vorhanden, ist deren Kennung vorzugsweise vom selben Typ wie die des genannten Netzwerkelements. Beispiele für mögliche Typen werden im Folgenden sowie weiter unten aufgezeigt:
In einer Ausführungsform ist die Kennung des Netzwerkelements eine global eindeutige Identifikationsnummer wie beispielsweise eine EUI-48- oder EUI-64-Adresse. Dies hat den Vorteil einer einfachen Implementierung des Verfahrens, weil die genannten Adressen oft bereits bei der Herstellung eines Netzwerkelements festgelegt sind und von diesem abgerufen werden können.
In einer anderen Ausführungsform ist die Kennung eine Zufallszahl, die das Netzwerkelement vorzugsweise autark generieren kann. Diese Ausführungsform ist also unabhängig von dem Vorhandensein global eindeutiger Adressen. Die Wahrscheinlichkeit, dass dabei mehrere Netzwerkelemente dieselbe Kennung haben, lässt sich klein halten, indem der Zufallszahlenraum abhängig von der Anzahl der Netzwerkelemente geeignet groß gewählt wird.
Weitere mögliche Formen der Kennung sind weiter unten beschrieben.
Die Steuerungsinstanz kann verschiedene mögliche Kennungen abfragen, indem sie Abfragenachrichten an das oder die Netzwerkelement/e im Kommunikationssystem sendet. Dazu verfügt die Steuerungsinstanz vorteilhafterweise über eine Mehrzahl an möglichen Kennungen. Diese Mehrzahl kann der Steuerungsinstanz bekannt sein oder von einer übergeordneten Einheit mitgeteilt werden, beispielsweise von einer zentralen Instanz, die ein Gesamtnetzwerk verwaltet, in welches das Kommunikationssystem als Teilnetz eingebettet ist.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Menge geeignet gewählt, so dass die Anzahl an abzufragenden Kennungen reduziert werden kann. Beispielsweise lässt sich eine 48 Bit breite EUI-48 Adresse in eine 24 Bit breiten Herstellerkennung und einen 24 Bit breiten Bereich, der vom Hersteller individuell verteilt werden darf, aufteilen. Kann man nun davon ausgehen, dass sich in einem Netzwerk nur Netzwerkelemente mit einer bestimmten Herstellerkennung befinden, dann müssen nicht 2⁴⁸ Kennungen abgefragt werden sondern lediglich 2²⁴ Kennungen.
In bestimmten Zeitabständen (Taktimpulsen) kann die Steuerungsinstanz mit solchen Abfragenachrichten jeweils eine der möglichen Kennungen abfragen. Stimmt dann die Kennung des mindestens einen Netzwerkelements mit der zuletzt abgefragten überein, sendet das Netzwerkelement zu dem Meldezeitpunkt die Meldung an die Steuerungsinstanz. Der Meldezeitpunkt liegt vorzugsweise in einem Zeitintervall vorgegebener Länge ab dem Versenden der letzten (also der passenden) Abfragenachricht durch die Steuerungsinstanz. Das Zeitintervall kann so vorgegeben sein, dass es dem Netzwerkelement erlaubt, die entsprechende Abfragenachricht zu empfangen, zu erkennen, dass die abgefragte mögliche Kennung der eigenen Kennung entspricht und eine geeignete Meldung zu generieren und an die Steuerungsinstanz zu senden. Das Zeitintervall ist vorzugsweise kleiner als ein Abfragetakt, nämlich so klein, dass die Meldung von der Steuerungsinstanz empfangen wird, bevor diese eine neue Abfragenachricht (mit einer neuen möglichen Kennung) versendet.
Alternativ zu einer periodischen Abfrage durch die Steuerungsinstanz kann das Netzwerkelement zudem eingerichtet sein, der Steuerungsinstanz in einer Nachricht mitzuteilen, wenn die abgefragte Kennung der eigenen nicht entspricht. Die Steuerungsinstanz kann eingerichtet sein, solch eine Nachricht von einer Meldung (die bei passender Kennung versandt wird) zu unterscheiden und darüber hinaus erst dann die nächste Kennung abzufragen, wenn eine vorherige Antwort in Form solch einer Nachricht oder in Form einer Meldung empfangen wurde.
Das Netzwerkelement wartet bei diesen Ausführungsformen also (nach einem Start des Verfahrens) mit dem Versenden der Meldung, bis es eine Abfragenachricht mit der passenden Kennung empfangen hat. Damit ist der Meldezeitpunkt von der Kennung des Netzwerkelements abhängig. In einer Ausführungsform ist die Steuerungsinstanz eingerichtet, die Kennung des Netzwerkelements beispielsweise daraus zu bestimmen, dass sie die Meldung in einem Zeitintervall vorgegebener Länge nach dem Versenden der entsprechenden (passenden) Abfragenachricht empfängt. Alternativ kann die Meldung selbst eine Angabe der Kennung des Netzwerkelements enthalten.
Umfasst das Kommunikationssystem weitere Netzwerkelemente, so kann die Zuordnung der Adresse sogleich, also noch vor dem Versenden einer weiteren Abfragenachricht durch die Steuerungsinstanz erfolgen. Alternativ können erst alle Kennungen der Mehrzahl von Kennungen abgefragt werden, die der Steuerungsinstanz bekannt sind oder mitgeteilt wurden, bevor die Adresszuordnung erfolgt. In einer weiteren Alternative nimmt die Steuerungsinstanz eine alternative Blockabfertigung vor, indem die Adresszuordnung erfolgt, wenn die Steuerungsinstanz eine vorgegebene Anzahl an Kennungen abgefragt hat, oder nachdem eine vorgegebene Anzahl von Netzwerkelementen gefunden wurde, die über abgefragte Kennungen verfügen, und indem nach der Adresszuordnung entsprechend blockweise weitere Kennungen abgefragt und Adressen zugeordnet werden.
Der Steuerungsinstanz kann die Anzahl von Netzwerkelementen in dem Kommunikationssystem bekannt sein oder von einer übergeordneten Einheit (wie beispielsweise einer zentralen Instanz wie der oben erwähnten) mitgeteilt werden. In diesem Fall ist es vorteilhaft, wenn die Steuerungsinstanz das Versenden von Abfragenachrichten einstellt, sobald sie von jedem der Netzwerkelemente eine Meldung bekommen hat, mit der die entsprechende Kennung direkt oder indirekt bestätigt wird.
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Kennung des mindestens einen Netzwerkelements in Form einer spezifischen Wartezeit gegeben, die nach einem Startzeitpunkt ablaufen muss, ehe das Netzwerkelement die Meldung an die Steuerungsinstanz zu senden hat. Der Meldezeitpunkt hängt somit von der spezifischen Wartezeit und damit von der Kennung des Netzwerkelements ab. Der Startzeitpunkt kann beispielsweise von der Steuerungsinstanz oder von einer übergeordneten Einheit gesetzt werden.
Die Wartezeit kann beispielsweise aus einer global eindeutigen Identifikationskennung des Netzwerkelements oder aus einer autark vom Netzwerkelement generierten Zufallszahl bestimmt werden. Im letzteren Fall kann analog zum oben erwähnten durch Wahl eines geeignet großen Zufallszahlenraums die Wahrscheinlichkeit dafür klein gehalten werden, dass mehrere Netzwerkelemente im Kommunikationssystem dieselbe Kennung haben.
Alternativ kann die Kennung des mindestens einen Netzwerkelements sich aus seiner Position ergeben, die es in dem Netzwerk hat. Beispielsweise können Spannungs-, Stromstärke- oder Signalverluste, die aus der besonderen Distanz oder Kabellänge resultieren, das Netzwerkelement aufgrund dessen Position charakterisieren und als Kennung interpretiert oder in eine solche transformiert werden. Das Netzwerk kann dabei mit drahtgebundener und/oder drahtloser Technik operieren und/oder ein optisches System umfassen. Weist das Netzwerk zum Beispiel einen Leitungsbus oder einen Lichtwellenleiter auf, so kann die Position in Bezug auf diesen Leitungsbus bzw. Lichtwellenleiter festgelegt sein. In einem drahtlosen Netzwerk kann die Position beispielsweise einen Abstand zu einer Basisstation definieren. Insbesondere eine Empfangssignalstärke eines Pilotsignals kann typisch für diesen Abstand und damit für das Netzwerkelement sein.
Beispielsweise kann das mindestens eine Netzwerkelement in betriebsbereitem Zustand eine bestimmte Größe (bspw. Spannung, Strom, Signalstärke eines Pilotsignals) messen. Das von der Position abhängige Messergebnis kann gespeichert werden und als Kennung dienen. Hierbei kann eine vorherige Quantisierung sinnvoll sein (zusätzlich zu einer generellen A/D-Wandlung), um die Anzahl der möglichen Werte geeignet zu reduzieren. Diese Kennung kann, wie zuvor beschrieben, wiederum gepollt oder als Zufallszahl interpretiert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform hängt der Meldezeitpunkt von der Kennung ab, indem er einem Zeitpunkt entspricht oder sich aus diesem ergibt, zu dem eine bestimmte minimale Spannung bzw. Stromstärke bzw. Pilotsignalstärke an dem Netzwerkelement anliegt, oder indem er in ein Intervall einer vorbestimmten Länge ab dem genannten Zeitpunkt fällt.
Zum Beispiel kann das mindestens eine Netzwerkelement in betriebsbereitem Zustand eine bestimmte Größe (bspw. Spannung, Strom, Signalstärke Pilotsignal) messen. Die Größe kann dabei sukzessive verändert werden (bspw. durch das zentrale Steuerelement). Der Meldezeitpunkt kann dabei als der Zeitpunkt definiert werden, zu dem die gemessene Größe einen vordefinierten Schwellwert über- oder unterschreitet. Der Schwellwert kann in geeigneter Art und Weise bspw. von einer Zufallszahl oder einer global eindeutigen Identifikationsnummer abgeleitet werden.
In dem Fall, dass die zentralisierte Energieversorgung durch die Steuerungsinstanz geregelt werden kann, kann alternativ die Energieversorgung des Kommunikationssystems während der Adressinitialisierung unter die Kontrolle der Steuerungsinstanz gestellt werden. Diese kann dann bei der Initialisierung schrittweise immer mehr Energie zur Verfügung stellen. Benötigt das mindestens eine Netzwerkelement ebenso wie eventuell vorhandene weitere Netzwerkelemente eine bestimmte eingangsseitige Minimalspannung (z.B. aufgrund eines jeweils vorhandenen Spannungsreglers), kann durch eine stufenweise Erhöhung der Eingangsspannung jeweils ein Netzwerkelement betriebsbereit werden, mit einer Meldung an die Steuerungsinstanz reagieren und eine Adresse zugeordnet bekommen. Unabhängig vom Typ der jeweiligen Kennung kann die zum Meldezeitpunkt versandte Meldung des Netzwerkelements eine Angabe der Kennung des Netzwerkelements enthalten. Auf diese Weise kann die Steuerungsinstanz davon in Kenntnis gesetzt werden, dass das Netzwerkelement im Kommunikationssystem vorhanden ist und dass gerade ihm die Adresse zugeordnet wird. Alternativ kann die Steuerungsinstanz eingerichtet sein, die Kennung aus dem Zeitpunkt oder aus der ab einem Startzeitpunkt vergangenen Zeit zu schließen, zu dem bzw. nach der sie die Meldung erhält.
Alternativ oder zusätzlich kann die Meldung eine Bestätigung dafür enthalten, dass das Netzwerkelement die Adresse übernimmt. Alternativ kann eine solche Bestätigung separat in einer weiteren Mitteilung gesendet werden.
Die Meldung kann eine Angabe darüber enthalten, welche Adresse das Netzwerkelement übernommen hat. Dadurch kann bspw. durch einfache Plausibilitätsprüfungen eine höhere Zuverlässigkeit erreicht werden.
Die erste Adresse kann dem Netzwerkelement auf die Meldung hin durch eine Mitteilung von der Steuerungsinstanz zugewiesen werden. Das Netzwerkelement kann daraufhin in einer weiteren Nachricht die Übernahme der Adresse bestätigen.
Alternativ kann die Steuerungsinstanz die Adresse dem Netzwerkelement noch vor dem Meldezeitpunkt mitteilen. Umfasst das Kommunikationssystem ein oder mehrere weitere(s) Netzwerkelement/e, kann die Steuerungsinstanz nach Erhalt der Meldung dem oder den weiteren Netzwerkelement(en) eine neue Adresse bekanntmachen. Einem Netzwerkelement, dessen Meldezeitpunkt gekommen ist, kann dann diese neue Adresse zugeordnet werden.
In einer Ausführungsform werden die zu vergebenden Adressen in einer bestimmten Reihenfolge bereits zu Beginn der Adressinitialisierung im Kommunikationssystem bekanntgegeben. Dies ist weiter unten näher erläutert.
In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfasst das Kommunikationssystem mehrere Netzwerkelemente. Das oben genannte (mindestens eine) Netzwerkelement ist dann ein erstes Netzwerkelement mit einer ersten Kennung, das zu einem ersten Meldezeitpunkt eine erste Meldung an die Steuerungsinstanz sendet. Dem ersten Netzwerkelement wird eine Adresse zugeordnet, die hier als erste Adresse bezeichnet wird. Ein zweites Netzwerkelement verfügt ebenfalls über eine Kennung, die wie die erste Kennung eine der oben beschriebenen Ausprägungen haben kann und hier als zweite Kennung bezeichnet wird.
Das zweite Netzwerkelement sendet gemäß dieser Ausführungsform zu einem Meldezeitpunkt, der hier als zweiter Meldezeitpunkt bezeichnet wird, eine Meldung, die hier eine zweite Meldung genannt wird, an die Steuerungsinstanz. Dem zweiten Netzwerkelement wird eine Adresse zugeordnet, die hier als zweite Adresse bezeichnet wird.
Dabei hängt der zweite Meldezeitpunkt analog zu den oben für das erste Netzwerkelement beschriebenen Möglichkeiten von der zweiten Kennung ab. Er kann vor oder nach dem ersten Meldezeitpunkt liegen. Welche Adresse dem ersten Netzwerkelement und/oder welche Adresse dem zweiten Netzwerkelement zugeordnet wird, hängt in dieser Ausführungsform vorzugsweise von der zeitlichen Reihenfolge der beiden Meldezeitpunkte ab.
Beispielsweise kann in dem Kommunikationssystem (z.B. in der Steuerungsinstanz) eine Liste von möglichen Adressen gespeichert sein, die bei der Zuordnung in einer bestimmten Reihenfolge abgearbeitet werden. Liegt der erste Meldezeitpunkt dann vor dem zweiten, so wird dem ersten Netzwerkelement entsprechend eine Adresse zugeordnet, die in der Reihenfolge vor der zweiten Adresse kommt; Analoges gilt für den umgekehrten Fall.
Die Reihenfolge kann dem ersten und dem zweiten Netzwerkelement bereits vorab bekannt sein oder beispielsweise zu Beginn der Adressinitialisierung bekanntgegeben werden. In beiden Fällen kann das erste Netzwerkelement, sofern der erste Meldezeitpunkt vor dem zweiten liegt, die erste noch nicht vergebene Adresse der Reihenfolge übernehmen, ohne dass ihm die Zuweisung erst mitgeteilt werden müsste. Vorzugsweise sendet das erste Netzwerkelement dann die erste Meldung (oder eine weitere Mitteilung, die gleichzeitig oder kurz darauf, d.h. bevor ein weiterer Schritt bei der Adressinitialisierung vorgenommen wird, versendet wird) auch an das zweite Netzwerkelement, vorteilhafterweise sogar an alle Netzwerkelemente im Kommunikationssystem, oder an alle Netzwerkelemente, denen noch keine Adresse zugewiesen wurde. Auf diese Weise wissen die anderen Netzwerkelemente, dass die genannte Adresse bereits vergeben ist und ihnen die entsprechend nächste Adresse zugeordnet wird, wenn ihr Meldezeitpunkt der nächste ist.
Die Zuordnung der ersten Adresse zum ersten Netzwerkelement kann unmittelbar nach dem Versenden der ersten Meldung erfolgen oder abgeschlossen werden. Liegt der erste Meldezeitpunkt vor dem zweiten, so kann die Zuordnung insbesondere vor dem zweiten Meldezeitpunkt erfolgen, gegebenenfalls auch noch vor dem Versenden einer weiteren Abfragenachricht durch die Steuerungsinstanz.
Alternativ kann die Adressinitialisierung analog zum oben erläuterten Fall blockweise durchgeführt werden. Insbesondere kann im Fall, dass der erste Meldezeitpunkt vor dem zweiten liegt, die erste Adresse dem ersten Netzwerkelement erst nach dem zweiten Meldezeitpunkt zugeordnet werden.
Alle genannten Ausführungsformen eignen sich für eine Verwendung in Kommunikationssystemen mit mehreren Netzwerkelementen, die jeweils eine gemeinsame Energieversorgung haben können. Sie sind insbesondere für die Adressinitialisierung auf der Sicherungsschicht geeignet, also für den Fall, dass die Adresse eine Schicht 2-Adresse ist (bzw. dass die Adressen Schicht 2-Adressen sind). Es sind jedoch auch andere Anwendungen 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 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
1 zeigt beispielhaft ein Kommunikationssystem, bei dem die vorliegende Erfindung angewandt werden kann.
2 zeigt eine mögliche Adressinitialisierung mit Kennungsabfrage durch die Steuerungsinstanz.
3 zeigt eine Adressinitialisierung mit Blockabfertigung und Kennungsabfrage.
4 zeigt eine Adressinitialisierung, bei der die Adresse mit den Kennungsabfrage versandt wird.
5 zeigt eine Adressinitialisierung mit Adressbekanntgabe im Voraus.
6 zeigt eine mögliche Adressinitialisierung, bei der die Kennung eine spezifische Wartezeit ist.
7 zeigt exemplarisch eine typische Anordnung von Komponenten in einem Kommunikationssystem mit einer linearen Busstruktur.
8 zeigt eine mögliche Adressinitialisierung, die auf positionsspezifischen Merkmalen der Netzwerkelemente beruht
9 zeigt ein Gesamtnetzwerk mit zwei separaten Kommunikationssystemen, in denen die Erfindung Anwendung finden kann.
Ausführungsform(en) der Erfindung
Das in 1 gezeigte Kommunikationssystem 1 weist eine Steuerungsinstanz 10, mehrere Netzwerkelemente 101, 102, 103, 104, 105, 110 und ein gemeinsames Kommunikationsmedium 11 auf, über das die Netzwerkelemente und die Steuerungsinstanz miteinander kommunizieren können. Die Netzwerkelemente 101, 102 und 103 verfügen über eine Kennung 1012, 1022 bzw. 1032, und es sind ihnen Adressen 1011, 1021 bzw. 1031 im Kommunikationssystem zugeordnet. Die Steuerungsinstanz 10 verfügt über eine Menge 100 an möglichen Kennungen im Kommunikationssystem, die sie gegebenenfalls abfragen kann. Ferner verfügt die gezeigte Steuerungsinstanz über eigene Adresse 1001 und eine Menge 107 von möglichen Adressen, die sie gegebenenfalls vergeben kann.
In den 2 bis 6 und 8 ist dargestellt, wie die Steuerungsinstanz 10 und die Netzwerkelemente 101 und 102 im Ablauf der Zeit t Nachrichten austauschen. In dem zugehörigen Kommunikationssystem können weitere, nicht dargestellte Netzwerkelemente vorhanden sein; in einer alternativen Ausführungsform können weniger Netzwerkelemente vorhanden sein, als in den Figuren dargestellt ist. Die jeweils übereinstimmenden Merkmale sind dabei mit denselben Bezugszeichen versehen und werden in der Beschreibung der 2 erläutert.
Bei der in den 2 bis 5 dargestellten Abfolge kann die jeweilige Kennung der Netzwerkelemente beispielsweise eine global eindeutige EUI-Adresse oder eine autark von jedem Netzwerkelement generierte Zufallszahl sein. Im letzteren Fall kann der Zufallszahlenbereich (aus dem eine Zufallszahl gezogen wird) gegebenenfalls geeignet eingegrenzt werden, beispielsweise auf Grundlage von aufgetretenen Kollisionen aus einem vorangegangenen Adressvergabeprozess und/oder auf Grundlage einer (maximalen) Anzahl von im Kommunikationssystem vorhandenen Netzwerkelementen, sofern diese bekannt ist.
Gemäß der in 2 dargestellten Ausführungsform beginnt die Steuerungsinstanz damit, Abfragenachrichten 201 und 202 an die Netzwerkelemente zu senden, in denen sie nacheinander verschiedene Kennungen abfragt, um zu erfahren, welche Kennungen im Kommunikationssystem vorhanden sind. Dafür hat die Steuerungsinstanz einen bestimmten Bereich (also eine bestimmte Menge) von Kennungen zur Verfügung. Ist, wie im Fall der Abfragenachricht 201, eine abgefragte Kennung im Netzwerk nicht vorhanden, wird nach einer bestimmten Zeit Δt (sogenannter „Timeout“) mit der nächsten Kennung fortgefahren. Ist die Kennung im Netzwerk vorhanden, wie im Fall der Abfragenachricht 202, die zum Zeitpunkt t₁ vom zugehörigen Netzwerkelement 102 empfangen wird, meldet sich das Netzwerkelement 102 durch eine Meldung 210 zurück. In einer nicht gezeigten Ausführungsform wird der Timeout dabei durch diese Meldung erneut ausgelöst. In der gezeigten Form ist der Timeout ein fester, gleichmäßiger Takt. Vorzugsweise ist dieser Takt dabei so groß gewählt, dass ausgeschlossen werden kann, dass die Steuerungsinstanz noch während einer Adresszuweisung eine neue Abfragenachricht versendet. Basierend auf der Rückmeldung 210 kann die Steuerungsinstanz 10 in der Mitteilung 211 dem Netzwerkelement eine auf dem Link eindeutige Schicht 2-Adresse zuweisen. Die Übernahme dieser Adresse wird von dem Netzwerkelement in der Mitteilung 212 bestätigt, wobei auf die Bestätigungsmitteilung auch verzichtet werden kann.
Die Meldung 210 wird vom Netzwerkelement 102 zum Meldezeitpunkt T₁₀₂ versendet. Dies erfolgt dann, wenn in einer Abfragenachricht (hier 202) nach der passenden Kennung (hier 102) gefragt worden ist. Somit hängt der Meldezeitpunkt T₁₀₂ von der Kennung des Netzwerkelements 102 ab.
Nach Ablauf des nächsten Zeitintervalls Δt sendet die dargestellte Steuerungsinstanz im Intervall-Takt weitere Abfragenachrichten 203, 204 und 205, in denen sie jeweils nach einer anderen Kennung fragt; wie oben erwähnt wurde, kann die Steuerungsinstanz alternativ eingerichtet sein, nach der Adresszuweisung an das Netzwerkelement 102 mit der Abfrage weiterer Kennungen zu beginnen, ohne den Ablauf eines festen Zeitintervalls abzuwarten. In der Abfragenachricht 205 wird dabei die Kennung des Netzwerkelements 101 zum Zeitpunkt t₂ abgefragt. Dieses antwortet daher zum Zeitpunkt T₁₀₁, der damit der Meldezeitpunkt des Netzwerkelements 101 ist, mit der Meldung 213. In ihr bestätigt das Netzwerkelement 101 die Kennung. Mit der Mitteilung 214 ordnet die Steuerungsinstanz dem Netzwerkelement eine Adresse zu. In der Mitteilung 215 bestätigt das Netzwerkelement die Übernahme der Adresse. Diese Mitteilung 215 ist optional.
In einer alternativen Ausführungsform muss die Steuerungsinstanz nicht auf einen Timeout warten, um mit dem Verfahren fortfahren zu können. Sobald die Nachricht 212 empfangen wird, ist der Prozess der Adressinitialisierung für Element 102 abgeschlossen und die Steuerungseinheit kann die nächste Kennung pollen. Wird auf eine Bestätigung (Nachricht 212) verzichtet, kann die Steuerungseinheit direkt nach dem Versenden der Nachricht 211 mit dem Versenden von Nachricht 203 fortfahren, ohne einen Timeout abzuwarten
Die Ausführungsform der 3 unterscheidet sich von der in 2 dargestellten darin, dass das Versenden der Abfragenachrichten und das Zuweisen der Adressen nacheinander bearbeitet werden. Somit wird eine Blockabfertigung durchgeführt. In einem ersten Block werden dabei alle im Netzwerk vorhanden Kennungen durch die Abfragenachrichten 201, 202, 203, 204 und 205 sowie die Meldungen 210 und 213 gesammelt. In einem zweiten Block erfolgt die Zuordnung der Adressen und die Bestätigung von deren Übernahme mit den Mitteilungen 211, 212, 214 und 215.
Auf die Bestätigungsmitteilungen 212 und 215 kann unter Umständen wieder verzichtet werden.
In einer alternativen Ausführungsform erfolgt eine entsprechende Blockabfertigung mit eingeschobener Adresszuweisung. Dabei werden im ersten Block nicht alle im Netzwerk vorhandenen Kennungen, sondern nur eine vorbestimmte Anzahl solcher Kennungen abgefragt. Im zweiten Block werden für die so gesammelten Kennungen jeweils Adressen zugewiesen. In weiteren Blöcken können dann weitere Kennungen analog verarbeitet werden.
4 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Abfragenachrichten 401, 402, 403, 404, 405 und 406 nicht nur jeweils durchgehen, ob eine bestimmte Kennung im Netzwerk vorhanden ist, sondern standardmäßig auch die entsprechende, als nächstes zu vergebende Adresse enthalten. Die Netzwerkelemente 101 und 102 mit der entsprechenden Kennung müssen in den Meldungen 410 bzw. 411 nur noch bestätigen, dass die entsprechende Adresse übernommen wurde.
In 5 ist eine Ausführungsform gezeigt, bei der die als nächstes zu vergebende Adresse jeweils in einer Mitteilung 501 bzw. 502 im Kommunikationssystem bekanntgegeben wird. Die Abfragenachrichten 201 bis 205 brauchen dann wieder nur nach der jeweiligen Kennung zu fragen. Bei passender Kennung senden die Netzwerkelemente 102 und 101 zu den Meldezeitpunkten T₁₀₂ bzw. T₁₀₁ die Meldungen 212 bzw. 215, in denen sie die Übernahme der jeweiligen Adresse bestätigen.
In einer weiteren Alternative werden die Adressen in einer bestimmten Reihenfolge vergeben, die den Netzwerkelementen im Voraus bekannt ist. In diesem Falle kann in dem in 5 gezeigten Ablauf auf die Mitteilungen 501 und 502 verzichtet werden.
In beiden Fällen können die Meldungen 212 und 215 eine Angabe der jeweiligen Kennung enthalten. Alternativ könnten anstelle der Nachrichten 212 und 215 die oben beschriebenen Nachrichten 210 bzw. 213 die Meldungen sein; sie enthalten keine Bestätigung der Adressübernahme, aber eine Angabe der Kennung.
Vorteilhaft kann es sein, dass der Steuerungsinstanz die genaue Anzahl von Netzwerkelementen in dem Kommunikationssystem oder eine maximale Anzahl von im Kommunikationssystem befindlichen Netzwerkelementen bekannt ist. In diesen Fällen kann die Steuerungsinstanz das Abfragen der Kennungen gegebenenfalls abbrechen, nachdem die entsprechende Anzahl von Netzwerkelementen gefunden ist. Sie braucht also nicht den kompletten Raum der Kennungen durchzuarbeiten. In den Beispielen zuvor könnte die Steuerungsinstanz beispielsweise nach dem Netzwerkelement 101 das Abfragen weiterer Kennungen abbrechen, wenn sie weiß, dass die Anzahl der Netzwerkelemente auf zwei beschränkt ist.
Die Reihenfolge, in der die einzelnen Kennungen abgefragt werden, kann für verschiedene Ausführungsformen verschieden geeignet gewählt werden. Auch die Reihenfolge, in der die Adressen zugewiesen werden, kann geeignet gewählt werden. Die Menge der zu vergebenden Adressen kann beispielsweise bei 0 beginnen und aufsteigend fortgeführt werden, um den notwendigen Adressraum so klein wie möglich zu halten.
Alternativ oder zusätzlich können die Adressen nach einem Mechanismus vergeben werden, der sicherstellt, dass zwischen je zwei Adressen der minimale Hamming-Abstand maximal wird (der Hamming-Abstand zweier Blöcke mit fester Länge (sogenannter Codewörter) ist dabei die Anzahl der unterschiedlichen Stellen). So kann die Wahrscheinlichkeit einer Missinterpretation bei Übertragungsfehlern reduziert werden.
Als Variation der oben beschriebenen Ausführungsformen können Nachrichten gegebenenfalls geeignet kombiniert werden, so dass zwar die gleichen Informationen ausgetauscht werden, aber die Anzahl der dazu benötigten Nachrichten variiert.
In 6 ist ein Nachrichtenaustausch gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Dabei entspricht die Kennung der Netzwerkelemente jeweils einer spezifischen Wartezeit. Die Steuerungsinstanz startet dabei zum Zeitpunkt t₀ den Adressinitialisierungsprozess mit der Mitteilung 600, die an alle Netzwerkelemente im Kommunikationssystem gerichtet ist. Ab diesem Startsignal wartet jedes Netzwerkelement die seiner Kennung entsprechende Wartezeit ab. Die Steuerungsinstanz beobachtet während der ganzen Zeit den Kommunikationskanal und wartet auf eingehende Meldungen.
Vorteilhaft kann es sein, wenn nicht nur die Steuerungsinstanz den Kanal beobachtet sondern auch die Netzwerkelemente. Dann kann ein Netzwerkelement bspw. die Wartezeit um die Zeit verlängern, die der Kanal (für vorausgehende Adresszuweisungen anderer Netzwerkelemente) benutzt wird. So kann vermieden werden, dass ein erstes Netzwerkelement sendet und bei einem zweiten Netzwerkelement die Wartezeit abläuft und es ebenfalls sendet. Andernfalls wird das Zeitintervall, in der die Wartezeit um eine Einheit verändert wird, vorzugsweise mindestens so groß gewählt, dass mindestens die Nachrichten 601, 602 und 603 ausgetauscht werden können.
Im dargestellten Fall hat das Netzwerkelement 102 die Wartezeit Δt₁₀₂. Nach deren Ablauf sendet das Netzwerkelement 102 zum Meldezeitpunkt T₁₀₂ die Meldung 601 an die Steuerungsinstanz und meldet darin den Ablauf der eigenen Wartezeit. Die Steuerungsinstanz sendet daraufhin in der Mitteilung 602 die dem Netzwerkelement 102 zugewiesene Adresse, deren Übernahme das Netzwerkelement in der Mitteilung 603 bestätigt. Analog sendet das Netzwerkelement 101 nach Ablauf seiner Wartezeit Δt₁₀₁ eine Meldung 604, auf die hin ihm in der Mitteilung 605 eine Adresse zugewiesen wird, deren Übernahme es in der Mitteilung 606 bestätigt. Auf die Bestätigungsmitteilungen 603 und 606 kann verzichtet werden.
Vorzugsweise ist eine maximale Wartezeit t_M vorgesehen, nach deren Ablauf der Prozess endet. Kennt die Steuerungsinstanz die Anzahl der im Kommunikationssystem vorhandenen Netzwerkelemente, kann der Prozess alternativ enden, wenn alle Netzwerkelemente gefunden wurden. Auf diese Weise kann der Adressinitialisierungsprozess verkürzt werden.
Die jeweilige Wartezeit kann beispielsweise auf Grundlage von EUI-Adressen oder auch auf Basis einer Zufallszahl berechnet werden. Dabei kann vorgesehen sein, dass nicht der gesamte Bereich der Kennungen, sondern nur ein Teil desselben als Wartezeit interpretiert wird. Beispielsweise lässt sich eine 48 Bit breite EUI-48 Adresse in eine 24 Bit breiten Herstellerkennung und einen 24 Bit breiten Bereich, der vom Hersteller individuell verteilt werden darf, aufteilen. Kann man nun sicher davon ausgehen, dass sich in einem Netzwerk nur Netzwerkelemente mit einer bestimmten Herstellerkennungen befinden, dann müssen nicht 2⁴⁸ Kennungen auf der Zeitachse verteilt werden sondern lediglich 2²⁴ Kennungen.
Zu beachten ist, dass unter Umständen zusätzlicher Aufwand für eine Synchronisierung zwischen Netzwerkelement und Steuerungsinstanz notwendig wird. Ebenfalls kann es bspw. notwendig werden, dass bei der Wartezeit der Netzwerkelemente berücksichtigt werden muss, wenn vor Ablauf der Wartezeit eine Kommunikation stattfindet (beispielsweise wegen der Initialisierung eines Netzwerkelements mit geringerer Wartezeit).
In Bezug auf den verwendeten Adressraum gilt analog das oben für die 2 bis 5 Ausgeführte.
Analog zu den in Bezug auf die 3 und 5 beschriebenen Fällen lassen sich die Ausführungsformen, bei der die Kennung einer spezifischen Wartezeit entspricht, mit einer Adressbekanntgabe im Voraus oder auch einer Bekanntgabe der Reihenfolge der zu vergebenden Adressen kombinieren.
Schließlich ist es möglich, dass die Steuerungsinstanz aus der vergangenen Zeit zwischen dem Start des Vergabeprozesses und dem Eingang einer Meldung auf die Kennung eines Netzwerkelements schließen kann (bspw. durch die Einführung von Zeitschlitzen). So hat die Steuerungsinstanz die Information, von welchem Netzwerkelement (mit welcher Kennung) sie eine Meldung erhalten hat, ohne dass eine Kennung vom Netzwerkelement explizit gesendet werden muss.
In 7 ist eine mögliche Anordnung der Netzwerkelemente in dem Kommunikationssystem 1 dargestellt. Das gemeinsame Kommunikationsmedium 11 ist dabei ein linearer Bus, dessen Enden mit 120 und 121 bezeichnet sind. Die Kennung der Netzwerkelemente basiert dabei auf ihrer jeweiligen Position 1043, 1013, 1103, 1023, bzw. 1053.
Im Fall, dass die zentralisierte Energieversorgung 123 durch die Steuerungsinstanz gesteuert werden kann, kann die Energieversorgung des Netzwerks während der Vergabe der Adressen unter die Kontrolle der Steuerungsinstanz gestellt werden. Dadurch kann die Steuerungsinstanz bei der Initialisierung des Netzwerks dem Netzwerk schrittweise immer mehr Energie zur Verfügung stellen was zur Folge hat, dass die Netzwerkelemente nicht gleichzeitig den Betrieb aufnehmen. Analoges gilt für die oben beschriebenen Ausführungsformen, bei denen sich die Kennung des mindestens einen Netzwerkelements aus dessen Position ergeben.
Bezugnehmend auf 8 wird dieser Mechanismus beispielhaft unter Nutzung einer Spannungsquelle 123 (wie in 7 gezeigt) detaillierter erläutert:
Ab einem Startsignal 800 zum Zeitpunkt t₀ beginnt die Steuerungsinstanz, die Spannung (langsam) zu erhöhen, beispielsweise beginnend mit 0V. Da die einzelnen Netzwerkelemente auf dem Bus verteilt sind und daher zwischen jedem Netzwerkelement und der Energieversorgung 123 eine unterschiedliche Distanz (Kabellänge) vorliegt, treten unterschiedliche Spannungsverluste auf dem Kabel auf, wodurch an jedem Netzwerkelement eingangsseitig eine andere Spannung anliegt. Des Weiteren kann davon ausgegangen werden, dass jedes Netzwerkelement über einen Spannungsregler verfügt, der erst dann betriebsbereit ist, wenn eingangsseitig am Netzwerkelement (und damit am Spannungsregler) eine bestimmte minimale Spannung anliegt. Da durch die Verluste auf dem Kabel die eingangsseitig anliegende Spannung für jedes Netzwerkelement unterschiedlich ist, wird durch die langsame Erhöhung der Eingangsspannung erreicht, dass die Netzwerkelemente nicht gleichzeitig sondern nacheinander (zeitlich gesehen) die erforderliche Eingangsspannung zur Verfügung haben und somit auch nacheinander betriebsbereit sind.
Im dargestellten Fall verfügt das Netzwerkelement 101 zum Zeitpunkt T₁ (der damit der Meldezeitpunkt des Netzwerkelements wird) über die erforderliche Eingangsspannung. Das Netzwerkelement 101 sendet daher eine Meldung 801 an die Steuerungsinstanz 10. Daraufhin weist diese dem Netzwerkelement 101 in einer Mitteilung 802 eine Adresse zu, deren Übernahme das Netzwerkelement 101 in der Mitteilung 803 bestätigt.
Zu einem späteren Zeitpunkt T₂ liegt am Netzwerkelement 102 die dort erforderliche Eingangsspannung an. Entsprechend sendet auch diese Netzwerkelement eine Meldung 804 an die Steuerungsinstanz, bekommt in der Mitteilung 805 eine Adresse zugewiesen und bestätigt deren Übernahme in der Mitteilung 806.
Auf die Mitteilungen 803 und 806 mit Bestätigung der Adresszuweisung kann unter Umständen verzichtet werden.
Um auszuschließen, dass mehrere Netzwerkelemente gleichzeitig betriebsbereit werden, muss die von der Steuerungsinstanz 10 gesteuerte Spannung in entsprechend kleinen Schritten erhöht werden und/oder gegebenenfalls ein bestimmter Mindestabstand (Mindestkabellänge) zwischen zwei Netzwerkelementen eingeführt werden, so dass der durch die Leitung verursachte Spannungsverlust eine entsprechende Auswirkung hat. Sobald ein Netzwerkelement aufgrund der eingangsseitig anliegenden Spannung betriebsbereit ist, kann es eine Meldung an die Steuerungsinstanz senden und somit von dieser eine Adresse zugewiesen bekommen.
Die Steuerungsinstanz kann alternativ oder zusätzlich eingerichtet sein, bei einer Erhöhung der Spannung das Einschalten eines Netzwerkelements anhand einer erhöhten Leistungsaufnahme bzw. eines erhöhten Spannungsabfalls o.ä. zu ermitteln, ohne dass oder bevor eine Nachricht vom Netzwerkelement an die Steuerungsinstanz geschickt wird.
Auch dieser Adressinitialisierungsprozess kann analog zu den oben beschriebenen Verfahren abgewandelt werden, indem in den Meldungen 801 und 804 die Kennung des sendenden Netzwerkelements mit versendet wird und eine Blockabfertigung erfolgt, bei der mehrere oder alle Adressen nach einem Sammeln mehrerer oder aller vorhandenen Kennungen zugewiesen werden.
Alternativ oder zusätzlich dazu kann auch an jedem Netzwerkelement beispielsweise die Eingangsspannung (oder der Eingangsstrom) gemessen werden (mit Quantisierung). Der Messwert kann dann ebenfalls als Kennung oder Zufallszahl interpretiert werden, so dass die oben beschriebenen Ansätze angewandt werden können.
Insbesondere im Fall der kabellosen Kommunikation kann anstelle der Spannungs-/Strommessung die empfangene Signalstärke eines Pilotsignals gemessen werden. Dieser Messwert kann ebenfalls als Kennung oder Zufallszahl interpretiert werden, so dass die obigen Ansätze analog angewandt werden können, gegebenenfalls wieder mit entsprechender Quantisierung.
In weiteren Ausführungsformen wird davon ausgegangen, dass einer zentralen Instanz (beispielsweise der Steuerungsinstanz) im Netzwerk bekannt ist, welche Netzwerkelemente (bspw. gekennzeichnet durch eine im Netzwerk eindeutigen Kennung, bspw. Seriennummer oder EUI-48/EUI-64 Adresse) Bestandteil des Netzwerks sind. Die entsprechenden Kennungen der Netzwerkelemente können unter Umständen während des Installationsprozesses oder eventuell sogar durch ihn gesammelt werden.
Gemäß einer solchen Ausführungsform wird der Steuerungsinstanz mitgeteilt, welche Kennungen sich im Netzwerk befinden. Sobald die Steuerungsinstanz diese Information hat, kann sie den Netzwerkelementen eine geeignete Adresse direkt zuweisen. In dem in 9 dargestellten Aufbau ist ein Gesamtnetzwerk 90 in mehrere Subnetze 1000, 2000 unterteilt, wobei jedes Subnetz seine eigene Steuerungsinstanz 10 bzw. 20 hat. Die einzelnen Steuerungsinstanzen sind dabei über eine geeignete Kommunikationsschnittstelle (bspw. einen Backbone) 92 miteinander verbunden. Die Steuerungsinstanz 10 kann einen Block 107 mit möglichen Adressen enthalten, wie er in 1 gezeigt ist. Alternativ oder zusätzlich kann die Steuerungsinstanz 20 einen analogen Block mit möglichen Adressen enthalten, die sie vergeben kann. Zusätzlich oder alternativ kann das zentrale Element 91 einen Block mit möglichen Adressen enthalten und den Steuerungsinstanzen 10 und 20 vorgeben, welche Adressen aus diesem Block sie vergeben können. In jedem der Fälle können die Adressbereiche für die Netzwerke 1000 und 2000 ein oder mehrere gemeinsame Adressen enthalten.
In einem solchen Netzwerk gibt es verschiedene Möglichkeiten, der Steuerungsinstanz 10, 20 mitzuteilen, welche Kennungen im Netzwerk 100 bzw. 200 verfügbar sind:

a) Jeder Steuerungsinstanz werden direkt genau die Kennungen mitgeteilt, die in ihrem Subnetzwerk existieren.
b) Einem optional vorhandenen zentralen Element 91 werden alle Kennungen aus dem Gesamtnetzwerk mitgeteilt und es besteht eine Zuordnung, welche Kennung sich in welchem Subnetz befindet. Das zentrale Element teilt jeder Steuerungsinstanz genau die Kennungen mit, die auch in deren Subnetz fallen.
c) Jeder Steuerungsinstanz werden direkt alle Kennungen aus dem Gesamtnetzwerk mitgeteilt.
d) Einem optional vorhandenen zentralen Element werden alle Kennungen aus dem Gesamtnetzwerk mitgeteilt, und das zentrale Element leitet jedem Steuerungsinstanz alle Kennungen weiter, die im Gesamtnetzwerk vorhanden sind.

Die Rolle des zentralen Elements kann auch durch eine Steuerungsinstanz übernommen werden bzw. das zentrale Element kann auch zusätzliche über eine Steuerungsinstanzfunktionalität verfügen.
Während die Steuerungsinstanz bei den Varianten a) und b) direkt den Netzwerkelementen geeignete Adressen zuweisen kann, besteht bei den Varianten c) und d) die Besonderheit, dass in einem Subnetzwerk nicht unbedingt alle Kennungen des Gesamtnetzwerks vorhanden sind, so dass die Steuerungsinstanz wiederum „ausprobieren“ muss, welche Kennungen tatsächlich in ihrem Netzwerk vorhanden sind. Dies kann prinzipiell durch die Konzepte bewerkstelligt werden, die in Bezug auf die 2 bis 8 dargelegt wurden.
Bei der Anwendung der Varianten, bei der Abfragenachrichten versandt werden, ergibt sich ein zeitlicher Vorteil, da der Suchraum entsprechend eingeschränkt ist und nicht der gesamte Bereich der Kennungen abgefragt werden muss.
Zudem ergibt sich in diesem Fall der Vorteil, dass die einzelnen Steuerungsinstanzen über den Backbone miteinander kommunizieren können. So können die Steuerungsinstanz im Netzwerk einander mitteilen, welche Kennungen schon gefunden wurden. Dadurch kann vermieden werden, dass eine Steuerungsinstanz nach einer Kennung sucht, die in einem anderen Subnetz bereits gefunden wurde. So kann ein zeitlicher Vorteil erzielt werden. Dieser Effekt kann zusätzlich beeinflusst werden, indem jeder einzelnen Steuerungsinstanz ein anderer Startwert (mit dem das Abfragen der Kennungen begonnen werden soll) und/oder eine andere Suchstrategie (bspw. Suchreihenfolge) vorgegeben wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur

Standard IEEE802.15.1 [0008]

Claims

Verfahren zur Adressinitialisierung in einem Kommunikationssystem (1), das eine Steuerungsinstanz (10) und mindestens ein Netzwerkelement (101, 102, 103, 110) aufweist, wobei das Netzwerkelement über eine Kennung (1012, 1022, Δt₁₀₁, Δt₁₀₂) verfügt, und wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: ein Versenden einer Meldung (210, 213, 410, 601, 604, 801, 804) von dem Netzwerkelement an die Steuerungsinstanz, wobei das Versenden zu einem Meldezeitpunkt (T₁₀₁, T₁₀₂) erfolgt, der von der Kennung des Netzwerkelements abhängt und ein Zuordnen einer Adresse (1011, 1021, 1031) zum Netzwerkelement.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Kennung des mindestens einen Netzwerkelements eine global eindeutige Identifikationskennung oder eine spezifische, vorzugsweise autark vom Netzwerkelement generierte Zufallszahl ist, und wobei die Meldung vorzugsweise eine Angabe über die Kennung und/oder über die Adresse und/oder darüber enthält, dass die Adresse vom Netzwerkelement angenommen wird.
Verfahren gemäß Anspruch 1 oder 2, das zudem ein Versenden mindestens einer Abfragenachricht (201, 202, 203, 204, 205) durch die Steuerungsinstanz umfasst, wobei die Abfragenachricht eine mögliche Kennung des Netzwerkelements abfragt und vorzugsweise zudem eine Angabe der ersten Adresse enthält.
Verfahren gemäß Anspruch 3, wobei die mögliche Kennung aus einer vorgegebenen Menge (100) von möglichen Kennungen ausgewählt ist, die nacheinander abgefragt werden, und/oder wobei die Steuerungsinstanz vor dem Versenden der mindestens einen Abfragenachricht eine Angabe (501, 502) der ersten Adresse an das Netzwerkelement sendet.
Verfahren gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei die in der Abfragenachricht abgefragte mögliche Kennung mit der Kennung des Netzwerkelements übereinstimmt, und wobei der Meldezeitpunkt von der Kennung des Netzwerkelements abhängt, indem er in ein Zeitintervall vorbestimmter Länge ab dem Zeitpunkt (t₁, t₂) fällt, zu dem das Netzwerkelement die Abfragenachricht empfängt.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Kennung des mindestens einen Netzwerkelements eine spezifische Wartezeit (Δt₁₀₁, Δt₁₀₂) ist, die beispielsweise aus einer global eindeutigen Identifikationskennung oder aus einer spezifischen, vorzugsweise autark vom Netzwerkelement generierten Zufallszahl des Netzwerkelements berechnet wird oder wurde; und wobei vorzugsweise der Meldezeitpunkt (T₁₀₁, T₁₀₂) von der Kennung des Netzwerkelements abhängt, indem er ein Ablaufzeitpunkt der spezifischen Wartezeit nach einem Startzeitpunkt (t₀) ist oder in ein Zeitintervall vorbestimmter Länge ab dem Ablaufzeitpunkt fällt, wobei der Startzeitpunkt beispielsweise von der Steuerungsinstanz gesetzt wurde, und/oder wobei die Steuerungsinstanz vorzugsweise vor dem Startzeitpunkt eine Angabe der Adresse an das Netzwerkelement sendet.
Verfahren gemäß Anspruch 6, wobei die Meldung eine Angabe darüber enthält, dass die spezifische Wartezeit abgelaufen ist und/oder welche global eindeutige Identifikationskennung (1012, 1022) das Netzwerkelement besitzt und/oder dass die Adresse vom ersten Netzwerkelement angenommen wird und/oder wie die Adresse lautet.
Verfahren gemäß Anspruch 1, wobei die Kennung des mindestens einen Netzwerkelements eine spezifische Position (1013, 1023, 1043) des Netzwerkelements im Netzwerk charakterisiert.
Verfahren gemäß Anspruch 8, wobei der Meldezeitpunkt von der Kennung des Netzwerkelements abhängt, indem er in ein Zeitintervall vorbestimmter Länge ab dem Zeitpunkt (T₁) fällt, zu dem an dem Netzwerkelement eine vorgegebene minimale Spannung oder Stromstärke oder Empfangssignalstärke anliegt, und wobei vorzugsweise die Meldung eine Angabe darüber enthält, dass der Zeitpunkt erreicht oder überschritten wurde und/oder dass die vorgegebene minimale Spannung oder Stromstärke oder Empfangssignalstärke anliegt und/oder dass die Adresse vom Netzwerkelement angenommen wird und/oder wie die Adresse lautet.
Verfahren gemäß einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Netzwerkelement ein erstes Netzwerkelement, die Kennung eine erste Kennung, die Meldung eine erste Meldung, der Meldezeitpunkt ein erster Meldezeitpunkt und die Adresse eine erste Adresse ist, wobei ferner das Kommunikationssystem mindestens ein zweites Netzwerkelement umfasst, das eine zweite Kennung aufweist, wobei das Verfahren zudem umfasst: ein Versenden einer zweiten Meldung von dem zweiten Netzwerkelement an die Steuerungsinstanz und zu einem zweiten Meldezeitpunkt und ein Zuordnen einer zweiten Adresse zum zweiten Netzwerkelement; wobei das Zuordnen der ersten Adresse und/oder das Zuordnen der zweiten Adresse auf einer zeitlichen Reihenfolge der ersten und zweiten Meldezeitpunkte basiert, wobei das erste und das zweite Netzwerkelement vorzugsweise durch eine gemeinsame, zentralisierte Energiequelle (123) versorgt werden.
Verfahren gemäß Anspruch 10, wobei das Versenden der zweiten Meldung (213, 215, 604, 804) nach dem Versenden der ersten Meldung (210, 212, 601, 801) erfolgt, und wobei das Zuordnen der ersten Adresse zum ersten Netzwerkelement vor dem Versenden der zweiten Meldung erfolgt, wobei vorzugsweise die Steuerungsinstanz eine Angabe der zweiten Adresse vor dem Versenden der zweiten Meldung an das zweite Netzwerkelement sendet (502) oder wobei das Zuordnen der ersten Adresse zum ersten Netzwerkelement nach dem Versenden der zweiten Meldung erfolgt, wobei das Verfahren vorzugsweise gemäß Anspruch 4 ist und das Zuordnen der ersten Adresse nach Abfragen aller möglichen Kennungen der vorgegebenen Menge (100) oder nach Abfragen einer vorbestimmten Anzahl an Kennungen aus der vorgegebenen Menge (100) erfolgt.
Verfahren gemäß einem der Ansprüche 10 oder 11, wobei die erste und die zweite Adresse sowie die zeitliche Reihenfolge, auf der die Zuordnung der Adressen basiert, dem ersten und/oder dem zweiten Netzwerkelement vor dem Versenden der ersten und/oder zweiten Meldung/en bekannt sind, und wobei die erste Meldung eine Angabe darüber enthält, welche Adresse das erste Netzwerkelement übernimmt, und wobei die erste Meldung vorzugsweise auch an das zweite Netzwerkelement gesendet wird.
Computerprogramm mit Programmcodemitteln, die, wenn sie auf einem Computer bzw. einer entsprechenden Recheneinheit ausgeführt werden, den Computer bzw. die entsprechenden Recheneinheit veranlassen, diejenigen Schritte gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12 durchzuführen, die von einer Steuerungsinstanz in einem Kommunikationssystem auszuführen sind; und/oder diejenigen Schritte gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 auszuführen, die von einem Netzwerkelement (101, 102, 103, 110) in einem Netzwerk auszuführen sind.
Maschinenlesbares Speichermedium mit einem darauf gespeicherten Computerprogramm gemäß Anspruch 13.
Kommunikationssystem (1) mit mindestens einem Netzwerkelement (101, 102, 110), einer Steuerungsinstanz (10) und einem gemeinsamen Kommunikationsmedium (11), wobei das Kommunikationssystem eingerichtet ist, eines der Verfahren der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen.