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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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1. Gebiet
der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen das Gebiet des Weiterleitens
von Information durch Multi-Hop-Netze bzw. Netze mit mehreren Teilübertragungsstrecken.
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2. Beschreibung des Standes
der Technik
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In
einer Multi-Hop-Kommunikationsmethode wird Information in mehreren
Hüpfern
bzw. Segmenten zwischen einer Quelle und einem Ziel übertragen statt
direkt (z.B. 1-Hop). Diese Methode kann Vorteile bieten wie niedrigeren
Energieverbrauch und größeren Informationsdurchsatz.
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Bellman-Ford
und zugeordnete Routingtechniken des Standes der Technik bauen eine
Multi-Hop-Strecke von einer Quelle zu einem Ziel auf und definieren
sie entsprechend. Diese wird durch Rundreichen von Routingkosteninformation
zum Bilden einer Routingtabelle vorgenommen. Die Kosteninformation
kann beispielsweise Nachrichtenverzögerungen, kumulativen Leistungsverbrauch
und Hop-Count bzw. Teilstreckenzählung
einschließen. Diese
Information kann in die Routing-Tabelle eingegeben werden oder darin
zusammengefasst werden. Innerhalb des Systems verwendet jeder Knoten
oder jede Station die Routingtabelle, um unabhängige Entscheidungen zu treffen.
Auf Bellman-Ford (auch als Distanzvektor bezeichnet) basierendes
Routing führt
zu dem Vorhandensein einer einzelnen Strecke für jedes Quellen-Ziel-Paar.
Wenn sich jedoch die Topologie bedingt durch Mobilität ändert, wird
diese einzelne Strecke (pro Quellen-Ziel-Paar) mit der Zeit unterschiedliche
Knoten durchlaufen.
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Änderungen
oder Schwankungen innerhalb des Systems implizieren, dass ein optimales
Routing basierend auf Momentansituationen im System geändert werden
kann. Mit anderen Worten, Schwankungen der Systemeigenschaften oder
Charakteristika über
die Zeit können
Fenster oder Spitzen von Möglichkeiten
erstellen, die eine erfolgreichere Signalübertragung ermöglichen
als zu anderen Zeiten und unter anderen Bedingungen. Einer Änderung
unterzogene Systemeigenschaften können beispielsweise Streckenqualität, Rauschen,
Interferenz und Nachrichtenverkehrslast einschließen. Die
Routingtechniken des Standes der Technik wie z.B. Bellman-Ford erkennen
diese Möglichkeitenfenster nicht,
weil die Stationen im System jeweils keine relative Information
speichern.
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Demgegenüber nutzen
günstige
Routingtechniken (Opportune Routing) die Möglichkeiten aus, die Schwankungen
bereitstellen. Speziell im Zusammenhang mit Drahtlos-Routing leidet
die Gesamtsystemperformanz darunter, wenn die Qualität der Verbindungen
innerhalb des Systems rasch mit der Zeit schwankt (beispielsweise
bedingt durch Rayleigh-Schwund). Allerdings überlagert günstiges Routing partiell diesen
Verlust an Performanz unter Verwendung der Fenster oder Spitzen
von Gelegenheiten, die die Schwankung auch bereitstellt. Wenn günstiges
Routing verwendet wird, gibt es nicht eine einzelne Strecke für jedes
Quellen-Ziel-Paar. Stattdessen folgen Datenpakte einer Strecke,
die irgendwie beliebig ist, von der Quelle zum Ziel führend. Folglich
werden beim Verwenden von Bellman-Ford aufeinanderfolgende Pakete
in Bellman-Ford über die
selbe Strecke gesendet (unter der Voraussetzung, dass die Topologie
des Netzes sich in der Zwischenzeit nicht ändert), wohingegen wenn günstiges Routing
(Opportune Routing) verwendet wird, aufeinanderfolgende Pakete über unterschiedliche
Strecken aber in der selben Richtung geroutet werden können.
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US
Patent Nr. 6 097 703 und auch die internationale PCT Anmeldung PCT/GB98/01651,
veröffentlicht
am 10. Dezember 1998 mit der internationalen Veröffentlichungsnummer WO98/56140,
beschreiben ein günstiges
Routingsystem, wobei jede Station in einem Netz die Aktivität der anderen
Stationen im Netz überwacht.
Jede Station entscheidet unabhängig
und opportunistisch und zum Zeitpunkt des Sendens, welche der anderen
Stationen sie zum Weiterleiten einer Nachricht verwenden wird. Beispielsweise
wählt eine
erste Station eine von einigen Kandidatenstationen aus und leitet
dann die Nachricht zu dem ausgewählten
Kandidaten weiter. Wenn diese Sendung erfolgreich ist, dann wird
der ausgewählte
Kandidat wiederum aus einigen Kandidatenstationen auswählen und
der Zyklus wird fortgesetzt. Wenn das Senden von der ersten Station
zur zweiten ausgewählten
Kandidatenstation nicht erfolgreich ist, dann sendet die erste Station
die Nachricht an eine andere der Kandidatenstationen. Wenn keine
der Kandidatenstationen die Nachricht erfolgreich empfängt, dann
sagt die erste Station der vorangehenden Station, dass sie keine
Daten weiterleiten kann. In dieser Situation wird die vorhergehende
Station versuchen, die Daten über
eine andere ihrer eigenen Kandidatenstationen weiterzuleiten. Daher
wiederholt sich der Zyklus und die Nachricht schreitet entweder
fort oder fällt
zurück
abhängig
davon, wie die Kandidatenstationen antworten.
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Zusammengefasst
erscheinen offenbar die günstigen
Routingtechniken einfach schneller weiterleitende Algorithmen einem
traditionellen pro-aktiven Routinginformationsprotokoll zu überlagern,
das selbst inhärent
langsam ist. Beispielsweise wird in dem Text Routing in Communication
Networks, herausgegeben von Marthe E. Stenstrup, copyright Prentice
Hall 1995, auf Seite 388 ausgesagt, dass "eine Methode, die dieses Problem vermeidet,
mehrere Routingalgorithmen verwendet, die bei unterschiedlichen
Zeitskalen arbeiten; schneller Algorithmus, der mit der lokaler
Information arbeitet aber der suboptimale Strecken erzeugt und langsame
Algorithmen, die globalere Information verwenden zum Erzeugen besserer
Strecken." Und auf
Seite 353, "Der
Bedarf nach raschem Ansprechen bedeutet, dass mehrere Algorithmen,
die bei unterscheidlichen Zeitskalen arbeiten, erforderlich sind
(schnelle Algorithmen, die mit lokaler Information arbeiten und
längere
Zeit benötigende
Algorithmen, die globalere Information verwenden)."
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Als
ein Beispiel ist das allgemeine Überwachen,
das im US Patent Nr. 6007703 offenbart ist und der internationalen
Veröffentlichung
Nr. WO98/56140, ein langsamer Prozess. Das Überwachen wird entweder durch
Abhören
einer vorbeilaufenden Nachricht gehandhabt oder durch aktives Aussenden
von Testsendungen bzw. Sonden. Wenn eine Sonde ausgesendet wird,
wird eine Antwort zurückerwartet,
die die Information einschließt,
beispielsweise in bezug auf die Streckendämpfung. Wenn es eine Verzögerung zwischen
dem Zurückkehren
einer Sonde und einem Datensendevorgang gibt, dann kann die durch
das Zurückkehren
der Sonde bereitgestellte Information obsolet werden durch die Zeit,
die die Daten gesendet werden. Eine unerwünschte Konsequenz ist, das
existierende opportune Routingtechniken und auch Techniken, die
auf Bellman-Ford basieren, mögliche
Diversity-Wirkungen
nicht annehmbar handhaben. Dem gemäß werden bessere Techniken
benötigt,
die schneller arbeiten und Diversity-Effekte annehmbarer und effizienter
handhaben.
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RESÜMEE DER
ERFINDUNG
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In Übereinstimmung
mit beispielhaften Ausführungsformen
der Erfindung sendet eine erste Station, um eine Datennachricht
in einer Multi-Hop-Umgebung zu senden, eine Sendung zu anderen Stationen
oder Empfängern
in der Nähe über Rundsenden bzw.
Broadcast oder Mehrteilnehmersenden bzw. Multicast. Nachdem eine
oder mehrere Stationen der ersten Station geantwortet haben, wählt die
erste Station eine der Stationen, die geantwortet hat und sendet
eine Anweisungsnachricht an die ausgewählte Station um die Zuständigkeit
für das
Weiterleiten der Datennachricht zu übernehmen. Zusätzlich können die
Antworten an die erste Station Information in bezug auf Kosten des
Routings der Datennachricht zu ihrem Ziel enthalten.
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In
einer anderen Variation kann die erste Sendung sowohl eine Datennachricht
als auch eine Anweisungsnachricht enthalten, die eine der Stationen
in der Nähe
designieren, so dass wenn die designierte Station die erste Sendung
empfängt,
sie unmittelbar die Datennachricht weiterleiten kann und dann später an die
erste Station antworten kann. Wenn die designierte Station der ersten
Station nicht innerhalb eines Zeitintervalls antwortet, dann können andere
Stationen, die ebenfalls die Datennachricht empfangen haben, der
ersten Station antworten und die erste Station kann eine von ihnen
auswählen
und ihr befehlen, die Datennachricht weiterzuleiten.
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Sowohl
Verzweigungs-Diversity (Branch Diversity) als auch der Einfangeffekt
(Capture Effect) können
zum Verbessern des Datenweiterleitungsprozesses verwendet werden.
Insbesondere reduziert von dem Rundsenden oder dem Mehrteilnehmersenden
jeweils bereitgestelltes Verzweigungs-Diversity den Bedarf der Verwendung
von verschachtelten Daten gemeinsam mit Kodierung zum Bekämpfen von schwundbehafteten
Kanälen,
und dies wiederum bedeutet geringere Verzögerung und demnach höheren Datendurchsatz.
Der Einfangeffekt bezieht sich auf ein Phänomen, bei dem nur das stärkere der
beiden Signale, die bei der oder nahezu bei der selben Frequenz
liegen, demoduliert wird und das schwächere Signal vollständig unterdrückt wird
und als Rauschen zurückgewiesen
wird. Im Zusammenhang mit Mehrfachempfangsknoten oder Stationen
stellt der Einfangeffekt einen hohen Grad an Robustheit bereit,
wenn Datensendungen kollidieren durch Maximieren der Wahrscheinlichkeit,
dass mindestens einer der Knoten erfolgreich die gewünschte Sendung
empfangen wird. Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung sind
besonders wirksam wenn die Datennachricht oder Dateninformation
größer als
die Signalisierungsdaten sind.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Andere
Ziele und Vorteile der Erfindung werden Fachleuten aus der folgenden
detaillierten Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen ersichtlich werden,
wenn gelesen im Zusammenhang mit den beiliegenden Zeichnungen. Gleiche
Elemente in den Zeichnungen sind mit den gleichen Bezugszeichen
versehen worden. Es zeigt:
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1 eine
Signalisierungsprozedur in Übereinstimmung
mit beispielhaften Ausführungsformen der
Erfindung;
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2A die
Anordnung von Senderempfängern
und Kommunikationsverbindungen zwischen ihnen;
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2B Signalisierung
unter den Senderempfängern,
die in 2A gezeigt sind unter Verwendung
von Signalisierungsprozeduren in Übereinstimmung mit beispielhaften
Ausführungsformen
der Erfindung;
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3 wie
Streckendämpfung
die Nachrichtenausbreitung beeinträchtigen kann;
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4 die Vorteile von Diversity-Effizienz
in der Nachrichtenausbreitung;
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5 wie
der Einfangeffekt bzw. Capture Effect die Nachrichtenausbreitung
positiv beeinflussen kann;
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6 eine
Datenstromaufspaltung in Übereinstimmung
mit beispielhaften Ausführungsformen der
Erfindung;
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7 ein
schnelles Paketweiterleitungsverfahren in Übereinstimmung mit beispielhaften
Ausführungsformen
der Erfindung;
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8 ein
schnelles Paketweiterleitungsverfahren in Übereinstimmung mit beispielhaften
Ausführungsformen
der Erfindung;
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9 wie
eine Datenlast natürlich
verteilt wird in Übereinstimmung
mit beispielhaften Ausführungsformen
der Erfindung;
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10 Signalisierungsprozeduren
in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der Erfindung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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In Übereinstimmung
mit beispielhaften Ausführungsformen
der Erfindung, um eine Datennachricht in einer Multi-Hop-Umgebung
zu senden, sendet eine erste Station per Rundsenden (Broadcast) oder
Punkt-zu-Mehrpunkt-Senden (Multicast) eine Sendung an andere Stationen
oder Empfänger
in der Nähe.
Dies kann beispielsweise vorgenommen werden durch direktes Senden
ohne einen Erkundungskanal, oder durch Verwenden von im Stand der
Technik bekannten Techniken wie CSMA (Carrier Sense Multiple Access)
oder CSMA/CA (CSMA mit Kollisionsvermeidung) usw.. Nachdem eine
oder mehrere der Stationen der ersten Station geantwortet haben, wählt die
erste Station eine der Stationen, die geantwortet haben aus und
sendet eine Anweisungsnachricht zu der ausgewählten Station um die Zuständigkeit
für das
Weiterleiten der Nachricht zu übernehmen.
Zusätzlich
können
die Antworten zu der ersten Station Information in bezug auf Kosten
des Routings der Datennachricht zu ihrem Ziel einschließen.
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Sowohl "Branch-Diversity" bzw. Verzweigungs-Diversity
als auch der "Capture-Effect" bzw. Einfangeffekt
können
zum Verbessern des Datenweiterleitungsprozesses verwendet werden.
Insbesondere reduziert von dem Broadcast bzw. Multicast bereitgestellte
Verzweigungs-Diversity den Bedarf zur Verwendung von verschachtelten
Daten gemeinsam mit Kodierung zum Bekämpfen von schwundbehafteten
Kanälen,
und dies wiederum bedeutet geringere Verzögerung und demnach höheren Datendurchsatz. Der
Einfangeffekt (Capture Effect) bezieht sich auf ein Phänomen, wobei
nur das stärkere
der beiden Signale, die bei oder nahe bei der selben Frequenz liegen,
demoduliert wird, und das schwächere
Signal vollständig
unterdrückt
wird und als Rauschen zurückgewiesen
wird. Im Zusammenhang mit mehreren Empfangsknoten oder Stationen
stellt der Einfangeffekt ein hohes Maß an Robustheit bereit wenn
Datensendungen kollidieren durch Maximieren der Wahrscheinlichkeit,
dass mindestens einer der Knoten erfolgreich die gewünschte Sendung
empfangen wird. Beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung sind
besonders wirksam, wenn die Datennachricht oder Dateninformation
größer ist
die Signalisierungsdaten.
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1 zeigt
eine Signalisierungsprozedur in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der Erfindung. Eine Prozedur zum Weiterleiten einer Nachricht über ein
Netz aus Knoten oder Stationen beginnt mit einem ersten Ursprungsknoten
O im Netz, wenn eine Datennachricht erzeugt wird von einer höheren Schicht
in dem ersten Knoten oder der Station O, oder wenn der erste Knoten
O eine Datennachricht von einem anderen Knoten empfängt. Die
Prozedur stellt sicher, dass die Datennachricht von nur einem Endknoten
am Ende der Prozedur empfangen wird.
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Speziell,
wie in 1 gezeigt, können
in einem optionalen Schritt 1 Kandidaten zwischen Zielknoten und
Sendeparameter vor-ausgewählt
werden. Die Vorauswahl kann beispielsweise auf Information basieren,
die von einem langsameren Routingprotokoll bereitgestellt wird und/oder
von überschüssiger Information
bzw. Redundanz. Wie im Schritt 2 gezeigt, sendet der Ursprungsknoten
O die Datennachricht zu einer adressenunbeschränkten Anzahl von Knoten, d.h.
er führt
ein Rundsenden bzw. Broadcasting der Datennachricht aus. Alternativ kann
der Ursprungsknoten O die Nachricht an eine adresseneingeschränkte Anzahl
von Knoten senden, d.h. er kann eine Mehrfachsendung bzw. Multicasting der
Datennachricht vornehmen. Sendeparameter und/oder andere Steuerinformation
können
der Datennachricht hinzugefügt
sein. Beispielsweise schließt
ein Satz von Sendeparametern, der mit dem Datenkopf gesendet werden
kann, die Sendeleistung PTX ein und die
minimale Empfangsleistung PRX_min. Mit dieser
Information kann der empfangende Kandidatenknoten eine Basisverbindungsbudgetberechnung
ausführen
zum Berechnen ihrer individuellen Sendeleistung derart, dass die
minimale Empfangsleistung PRX_min bei dem
Ursprungsknoten empfangen wird. Der Pegel von PRX_min hängt von
einem Rauschpegel im Empfänger
und der verwendeten Modulation und Kodierung sowie der von einer
Antenne aufgenommenen Interferenz ab.
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Die
anderen Steuernachrichten können
zu Leistungssteuer-Zwecken
auch Verbindungsbudget-Information befördern. Ein Knoten, der nicht
in den Daten- und Steuernachrichten-Austausch einbezogen ist, aber der solche
Kommunikation mithört, kann
Abstand nehmen von dem Senden von Daten oder Steuernachricht selbst,
wenn er bestimmt, dass Sendedaten oder Steuerdaten mit dem momentanen Austausch
oder einem nachfolgenden Austausch interferieren werden. Das Verhalten
des Knotens wird aus der mitgehörten
Kopfinformation bestimmt, die Information für ein einfaches Verbindungsbudget
bereitstellt sowie einer Angabe von a) welcher Knoten senden oder
empfangen wird und b) wann.
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Als
ein weiteres Beispiel, bei dem eine Datennachricht per Multicast
gesendet wird, kann die Steuerinformation ausersehen bzw. designieren,
für welchen
Zwischenknoten die Datennachricht gedacht ist. Die Steuerinformation
kann auch von Knoten erzeugte Bestätigungsmeldungen ACK spezifizieren
oder anderweitig beeinflussen, die erfolgreich die Datennachricht
und Steuerinformation empfangen haben. Zudem, obwohl nur vier Zwischenknoten A,
B, C und D in 1 gezeigt sind, kann irgendeine geeignete
Anzahl von Zwischenknoten verwendet werden oder ausersehen werden.
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Wie
in Schritt 2 der 1 gezeigt, empfangen die Knoten
A, B und D erfolgreich die Nachricht von dem Ursprungsknoten und
senden Bestätigungsnachrichten
als Antwort. Wie dargestellt erreichen die Bestätigungsmeldungen von Knoten
B und D erfolgreich den Ursprungsknoten O während die Bestätigungsmeldung
von Knoten A nicht erfolgreich empfangen wird (z.B. bedingt durch
Interferenzeffekte). In einer Situation, in der keine Bestätigungsmeldung
erfolgreich beim Ursprungsknoten O ankommt, oder wenn die Anzahl
an Bestätigungsnachrichten, die
erfolgreich am Ursprungsknoten O empfangen werden unterhalb einem
vorbestimmten Schwellwert liegt, dann kann der Ursprungsknoten O
die Datennachricht erneut senden mit den selben oder unterschiedlichen
Sendeparametern oder Parameterwerten bis ein zufriedenstellendes
Bestätigungsergebnis erreicht
wird. Die Sendeparameter können
beispielsweise Sendeleistung einschließen, Datenraten und eine Weiterleitungs-Fehlerkorrekturrate
FEC (Forward Error Correction). Zudem kann ein Neusenden nach einer
beliebigen Rückhaltezeit
vorgenommen werden und kann Trägererkunden
(Carrier Sensing) ausnutzen wie es im Stand der Technik bekannt
ist und beispielsweise in vielen Medienzugangsprotokollen (Medium
Access Protocols), nicht-persistentem CSMA, p-persistentem CSMA
usw. ausgeführt wird.
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Wenn
zufriedenstellende Bestätigungen empfangen
werden evaluiert im Schritt 3 der Ursprungsknoten die empfangenen
Bestätigungen
und wählt
einen der bestätigenden
Knoten aus zum Weiterleiten der Datennachricht und danach beginnt
ein anderer Ausbreitungszyklus. Im Schritt 4 sendet der Ursprungsknoten
O eine Weiterleitungsanweisung an den ausgewählten Zwischenknoten (Knoten
D in diesem Fall) und gibt die Zuständigkeit für die Datennachricht nach dem
Empfang einer Bestätigung
vom Knoten D, dass Knoten D erfolgreich die Weiterleitungsanweisung
empfangen hat, auf (z.B. stellt er Aktivität in Bezug auf die Datennachricht
ein). Im Fall, dass Knoten D nicht erfolgreich ist im Weiterleiten
der Datennachricht, kann Knoten D eine Statusnachricht zum Knoten
O senden, die fehlende Fähigkeit
des Knoten D in bezug auf das Weiterleiten der Datennachricht anzeigend
und dann kann Knoten O noch einmal versuchen, die Datennachricht
weiterzuleiten, beispielsweise unter Verwendung von Zwischenknoten
außer
dem Knoten D.
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Wenn
die Datennachricht in einer nicht annehmbaren Bedingung beim ultimativem
Zielknoten ankommt, dann kann der ultimative Zielknoten eine ARQ-Nachricht
(Automatic Repeat Request bzw. automatische Wiederholungsanfrage) über das
Netz in der selben Weise zurücksenden,
in der die Datennachricht über
das Netz weitergeleitet worden ist.
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2A zeigt
eine spezifische Anordnung von Knoten oder Senderempfängern O
und A-G und auch Kommunikations-Verbindungen
zwischen ihnen. 2B zeigt die Signalisierung
unter den Knoten und zeigt auch ein Träger-zu-Störverhältnis-Maß bzw.
CIR-Maß (Carrier
Interference Ratio) bei jedem von D und C während der Signalisierungsabfolge. Die
CIR-Maße
spiegeln die Wirkungen von Schwund wider, beispielsweise Rayleigh-Schwund.
CIR spiegelt auch den Interferenzpegel von anderen Benutzern wider.
In den in 2B und 6 gezeigten CIR-Kurven
ist der Einfluss der Interferenz von anderen Benutzern niedrig und
ist im wesentlichen ein Rauschteppich. Die Schwankungen der CIR-Werte, wie
sie in den Kurven in 2B und 6 gezeigt sind,
sind hauptsächlich
bedingt durch einen schwundbehafteten Kanal.
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Die
in 2B gezeigte Signalisierungsabfolge ist ähnlich der
in 1 gezeigten und die Prinzipien und Optionen, die
oben beschrieben worden sind in bezug auf 1, können auch
auf 2A und 2B angewendet
werden. Wie allgemein in 2A gezeigt,
sendet der Knoten O Nachrichten zu den Knoten A, B, C, D und dann
sendet später
der Knoten D Nachrichten zu den Knoten E, F, G, welche wiederum
entfernter sind von dem Knoten O. In 2A gibt
eine durch "X" markierte Sendung
von O nach C, von D nach E und von D nach F an, dass diese Sendungen
nicht erfolgreich sind. In einem ersten Schritt (oder Zeitschlitz)
TS1, der in 2B gezeigt ist, sendet der Knoten
O eine Datensendung an jeden der Knoten A, B, C, D. Der Knoten C
empfängt nicht
erfolgreich die Sendung.
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Während des
ersten Schrittes TS1 ist das CIR am Knoten D groß oder nahe einem Maximum. Demgegenüber ist
das CIR am Knoten C nahe einem Minimum, anzeigend, dass dieser niedrige
CIR Wert ein Grund für
das Verfehlen des erfolgreichen Empfangs der Datensendung vom Knoten
O durch den Knoten C ist. Im Schritt TS2 senden die Knoten A, B und
D ein Bestätigungssignal
zurück
zu dem Knoten O. Der CIR-Abfall beim Knoten D tritt nach dem Senden
der Bestätigungssignale
auf und verhindert demnach nicht dass der Knoten O die Bestätigungssignale
erfolgreich empfängt.
Beachte, dass CIR sich vom Knoten O verglichen mit dem Knoten D
unterscheidet weil die Interferenz, die dieser erfährt, auf
einer Position beruht. Im Schritt TS3 bestimmt der Knoten O, welchem
der bestätigenden
Knoten er eine Weiterleitungsanweisung senden wird. Im Schritt TS4
sendet der Knoten O die Weiterleitungsanweisung an den Knoten D
und im Schritt TS5 sendet der Knoten D eine Bestätigungsmeldung an den Knoten
O zum Bestätigen
des Empfangs der Weiterleitungsanweisung. Daraufhin sendet der Knoten
D die Datennachricht zu den Knoten E, F, G ferner entlang dem Netz, wie
in 2A gezeigt, um die Ausbreitung der Datennachricht
durch das Netz fortzusetzen. Im Schritt TS6, nachdem der Knoten
D den Empfang der Weiterleitungsanweisung vom Knoten O bestätigt hat, verwerfen
die Knoten A, B die Datennachricht, die sie vom Knoten O im Schritt
TS1 empfangen haben. Das Verwerfen empfangener Datennachrichten
kann beispielsweise wünschenswert
sein, um Ressourcen an den Knoten A, B zu bewahren.
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Im
allgemeinen, wenn ein Knoten eine Datennachricht empfängt aber
keine Weiterleitungsanweisung empfängt, die ihn anweist, die Datennachricht
weiterzuleiten, kann der Knoten einfach nach dem Ablaufen einer
vorbestimmten Zeitdauer, die dem Empfang der Datennachricht folgt,
die Datennachricht verwerfen. Alternativ kann der Knoten die Datennachricht verwerfen,
wenn er einen Weiterleitungsbefehl empfängt oder "mithört", der an einem anderen
Knoten gerichtet oder adressiert ist. Diese alternativen Techniken
können
auch gemeinsam verwendet werden.
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In Übereinstimmung
mit beispielhaften Ausführungsformen
der Erfindung können
die in 1, 2A, 2B gezeigten
Datenweiterleitungsprozeduren mit zusätzlichen Schritten erweitert
werden. Beispielsweise können
vor dem Aktivieren der Weiterleitungsprozedur, oder während der
Zeiten, wenn die Weiterleitungsprozedur nicht verwendet wird, Daten
in bezug auf Topologie und Verbindbarkeit des Netzes gesammelt werden
und aufbewahrt werden auf einer relativ langsamen Basis. Dieses
Datensammeln kann beispielsweise ein kontinuierlicher Prozess sein.
Dann, wenn die Weiterleitungsprozedur aktiviert wird, können die
Topologie- und Verbindbarkeitsdaten verwendet werden, um den Ursprungsknoten
(beispielsweise Knoten O) zu helfen, zu bestimmen, welche Knoten
Kandidatenzwischenziele sein können
(Knoten A, B, C, D der 1–2 z.B.). Die
Einsammelrate von Topologie- und Verbindbarkeitsdaten ist idealer
Weise a) hoch genug, um jedem Knoten eine allgemeine Angabe darüber bereit
zu stellen, welche Knoten geeignete Zwischenziele für Datennachrichten
sein könnten,
die in spezifischen Richtungen oder zu ultimativen Zielen unterwegs sind,
während
sie gleichzeitig b) langsam genug ist, um das Verschwenden von Energie
und anderen Systemressourcen zu vermeiden, Redundanz- bzw. Überhanginformation
(wie z.B. Topologie- und Verbindbarkeitsdaten) aufbewahrend.
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Das
Sammeln von Topologie- und Verbindbarkeitsdaten kann über ein
fabriziertes "traditionelles" Routing-Informations-Protokoll (RIP) bereitgestellt
werden, dessen Zweck es ist, jeden Knoten mit einer Schätzung von
(niedrigsten) Kosten zu versehen zum Senden einer Datennachricht
von dem Knoten zu einem gewissen Ziel. Traditionelles RIP kann beispielsweise
dieses Ziel unter Verwendung des asynchronen verteilten Bellman-Ford-Algorithmus mit
beispielsweise einer Hop-Metrik, einer Ratenmetrik oder einer Gesamtdurchschnitts-Streckendämpfungsmetrik
erreichen.
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In
Verbindung mit traditionellem RIP sammelt jeder Knoten im Netz Verbindbarkeitsinformation
und speichert sie. Die Verbindbarkeitsinformation kann beispielsweise
in Form einer Streckendämpfungsmatrix
zwischen Knoten vorliegen. Die Information kann auf Kommunikation
zwischen dem Knoten und seinem Nachbarn beruhen oder kann Verbindbarkeitsinformation
sein, die zu dem Knoten von seinem Nachbarn weitergeleitet wurde. Üblicherweise kann
Verbindbarkeitsinformation des N-ten
Rangs an einem Knoten verfügbar
sein, wenn N die Anzahl von Verbindungen repräsentiert. Beispielsweise würden vier
Knoten in Serie verbunden N = drei Verbindungen haben, die sie zusammen
verbinden. Der Wert N kann festgelegt werden zum Beibehalten von Überhang
bzw. Redundanz aus einem annehmbaren Pegel. Beispielsweise kann
N zwischen eins und drei festgelegt werden.
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Während einer
Vor-Auswahl von Zwischenzielkandidaten, oben beispielsweise erwähnt unter Bezugnahme
auf den optionalen Schritt 1 der 1, wird
durch den langsamen traditionellen RIP-Prozess gesammelte Information
bewertet beim Bestimmen von Zwischenzielen, d.h., Weiterleitungskandidaten. Ein
Schritt bei diesem Vorauswahlprozess ist das Auswählen eines
geeigneten Satzes von Sendeparametern wie z.B. Kodierung, Rate,
Leistung, etc.. Dies beeinflusst, wie viele Weiterleitungskandidaten
verfügbar
sind und auch welche Weiterleitungskandidaten zur Auswahl zur Verfügung stehen.
Ein einfaches aber vielleicht effizientes Verfahren ist, Standardwerte
für die
Sendeparameter zu verwenden und für die Anzahl von Weiterleitungskandidaten.
Zusammengefasst kann ein Vielzahl von Techniken verwendet werden
zum Identifizieren von Weiterleitungskandidaten, einschließlich aber
nicht beschränkt
auf jene hier diskutierten.
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Ein
wichtiger Aspekt der Erfindung ist, dass mehrere Weiterleitungen
allgemein verfügbar
sind für einen
Knoten als Weiterleitungskandidaten. Mit mehreren Weiterleitungskandidatenknoten
verfügbar
für einen
Knoten mit einer Datennachricht zum Weiterleiten, wird ein Grad
an Verzweigungs-Diversity bzw. Branch-Diversity bereitgestellt.
Eine perfekte Kenntnis der Verbindbarkeit oder der Knotenverfügbarkeit ist
im allgemeinen nicht erforderlich, weil das Adressieren mehrerer
Knoten sicherstellt, dass mindestens einige von ihnen erreichbar
bleiben und gute Verbindbarkeit in Richtung des ultimativen Ziels
der Datennachricht bereitstellt. In Übereinstimmung mit beispielhaften
Ausführungsformen
der Erfindung sind die Sendeparameter, die ein Knoten verwendet
beim Senden der Datennachricht, und/oder Parameter und Steuerinformation,
anpassbar. Wenn demnach ein Ursprungsknoten (z.B. irgendein Knoten
mit einer Datennachricht und der Zuständigkeit zum Weiterleiten der
Nachricht) herausfindet, dass Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten nicht auf seine
Kommunikationen antworten, dann kann der Ursprungsknoten die Sendeparameter
variieren zum Erhöhen
der Chance der erfolgreichen Kommunikation zwischen dem Ursprungsknoten
und mindestens einem Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten. Die Sendeparameter können auch
angepasst werden zum Maximieren der Gesamteffizienz, beispielsweise
durch Reduzieren unnötige
hoher Sendeleistungspegel zum Reduzieren des Energieverbrauchs und
anderer unerwünschter
Nebeneffekte. Die Sendeparameter können ebenfalls angepasst werden,
um eine Ausgewogenheit zwischen Kosten und Leistungsfähigkeit
bereitzustellen, die angemessen ist für die Situation und das vorliegenden
System. Sendeparameter können sicherlich
dynamisch oder im voraus angepasst werden oder beides. Beispielsweise,
wenn ein Knoten eine Datennachricht empfängt und die Zuständigkeit zum
Weiterleiten der Datennachricht, können die Sendeparameter auf
Anfangs oder Standardwerte festgelegt worden sein. Dann, wenn der
Knoten nicht erfolgreich ist beim Kommunizieren mit Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten,
kann er die Sendeparameter abstimmen und es noch einmal versuchen.
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In Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der Erfindung können
die Sendeparameter derart festgelegt werden, dass es eine hohe Wahrscheinlich
gibt, dass die Sendung den nächsten
Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten erreichen wird, und auch eine Chance
besteht, dass die Sendung einen oder mehrere Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten weiter
weg in Ausbreitungsrichtung erreichen wird. Wenn einer der weiter
entfernten Knoten erfolgreich erreicht wird, dann wird es weniger
Teilstrecken bzw. Hops in der Multi-Hop-Reise der Datennachricht durch
das Netz geben, was den Gesamtenergieaufwand pro Datenbit beim Weiterleiten
des Multi-Hop-Prozesses bewahren kann. Wenn beispielsweise eine
Strecke zu dem weiteren Knoten oder den weiteren Knoten einen Schwundspitzenwert
hat (z.B. Rayleigh-, Rician- oder Lognormal-Schwund), dann können Übertragungen
erfolgreich den oder die ferneren Knoten erreichen. 3 zeigt
ein Beispiel davon. Wie in 3 gezeigt,
hat die Strecke von O zum Knoten K eine durchschnittliche Streckendämpfung von
40 dB und zu diesem speziellen Zeitpunkt ist die momentane Streckendämpfung 45
dB. Die Strecke von dem Knoten O zum Knoten L hat eine durchschnittliche
Streckendämpfung
von 45 dB und eine momentane Streckendämpfung von 55 dB. Derart sind
beide Strecken vom Knoten O zum Knoten K und vom Knoten O zum Knoten
L etwas schlechter zu diesem Zeitpunkt als sie es im Mittel sind.
Aber die Strecke vom Knoten O zum Knoten M hat eine viel bessere
Bedingung, da die momentane Streckendämpfung 40 dB ist, was viel
weniger ist als die durchschnittliche Streckendämpfung von 50 dB. Wie in 3 gezeigt,
ist die Streckendämpfung
vom Knoten O zum Knoten K zu groß und verhindert eine erfolgreiche
Signalankunft an Knoten L, aber eine Nachricht vom Knoten O würde sicher
beim Knoten K ankommen und dem ferneren Knoten, dem Knoten M. In
Situationen, in denen die Streckendämpfung zu einem gewissen Grad
vorhergesagt werden kann in Übereinstimmung
mit einer beispielhaften Ausführungsform
der Erfindung können
die Sendeparameter am Knoten O optimiert werden, um den Vorteil
der zyklischen Streckendämpfung
auszunutzen. Beispielsweise können
Sendungen vom Knoten O zeitlich abgestimmt werden, um mit den Streckendämpfungsminima
für die
entfernteren Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten zu koinzidieren. Wo
Rundsendeleistung beschränkt
ist, kann diese Technik auch verwendet werden zum Minimieren von
Sendeleistung durch das Verwenden vom gerade ausreichender Rundsendeleistung
zum erfolgreichen Kontaktieren der näheren Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten.
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In Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der Erfindung kann ein Ursprungsknoten wie der Knoten O eine Nachricht
an mehrere Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten senden, die grob im
selben Bereich (Spot) angeordnet sind. Die Strategie ist in diesem
Fall, die Nachricht mit ausreichender Leistung so zu senden, dass
ein annehmbarer Betrag von durchschnittlicher Energie pro Bit bei
den Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten erfahren wird. Wenn die Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten
jeweils unterschiedlich schwundbehaftete Kanäle erfahren (z.B. Rayleigh-Schundkanäle) in bezug
auf den Ursprungsknoten O, wird Diversity-Effizienz realisiert. Dies,
weil es dank der Schwundspitzenwerte sehr wahrscheinlich ist, dass
mindestens einer der Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten erfolgreich
die Nachricht vom Ursprungsknoten O empfangen wird.
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4A und 4B stellen
eine Darstellung dieser Prinzipien bereit. Wie in 4A gezeigt,
sendet ein Knoten O eine Nachricht an jeden der Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten
Q, R, S, T. Die Nachricht wird erfolgreich bei den Knoten Q und
T empfangen aber wird nicht erfolgreich empfangen bei den Knoten
R und S, wie durch das X gekennzeichnete, das entlang der Strecken
O-R und O-S angebracht ist. 4B gibt
an, warum es so ist. Insbesondere zeigt 4B eine
Rayleigh-PDF (Ausbreitungsdichtefunktion) in dem Leistungsbereich.
Wie in 4B gezeigt, erfahren zum Zeitpunkt
des Sendens der Nachricht von Knoten O die Strecken O-R, O-S einen
Grad an Schwund, der oberhalb einem Durchschnitt liegt während die
Strecken O-T und O-Q einen Grad an Schwund erfahren, der geringer
ist als der Durchschnitt. Insbesondere, wie in 4A angegeben,
hat die Strecke O-Q ein Singal-zu-Rauschverhältnis bzw. SNR (Signal to Noise
Ratio) von 10 dB, die Strecke O-R hat ein SNR von –20 dB,
die Strecke O-S hat ein SNR von –5 dB und die Strecke O-T hat
ein SNR von 5 dB.
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Zusätzlich kann
für eine
vorgegebene Wortfehlerrate (WER bzw. Word Error Rate) die Sendeleistung
vom Knoten O dank dem hohen Grad an Diversityverstärkung, die
durch diese Technik bereitgestellt wird, signifikant reduziert werden.
Selbst wenn schnelles Fading bzw. schneller Schwund nicht vorliegt,
verbessert der Diversitygewinn noch effizient die Performanz des
Systems.
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In Übereinstimmung
mit Ausführungsformen der
Erfindung macht der Einfangeffekt (Capture Effect) das System und
die Technik der Erfindung auch robust. Der Einfangeffekt bezieht
sich auf ein Phänomen,
bei dem nur das stärkere
von zwei Signalen, die bei oder nahe bei der selben Frequenz liegen,
demoduliert wird und das schwächere
Signal vollständig unterdrückt wird
und als Rauschen zurückgewiesen wird.
In Verbindung mit mehrfach empfangenden Knoten oder Stationen stellt
der Einfangeffekt einen hohen Grad an Robustheit bereit, wenn Datensendungen
bei Maximierung der Wahrscheinlichkeit, dass mindestens einer der
Knoten erfolgreich die gewünschte
Sendung empfangen wird, kollidieren. Beispielsweise können Rayleighschwundspitzen
und Täler
simultane raumkoinzidierende Sendungen oder selbst parallele Sendungen
ermöglichen.
Dies erhöht die
Wahrscheinlichkeit, dass mindestens einer das Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten
ein geeignetes Einfangverhältnis
(Capture Ratio) haben wird. Das Einfangverhältnis wird in dB der Signalstärke ausgedrückt und
ist ein Betrag, um den der empfangende Knoten zwischen zwei separaten
kommenden Signalen unterscheiden kann, die bei der selben Frequenz liegen.
Wenn eines der beiden Signale stärker
ist als das andere um einen Betrag, der das Einfangverhältnis übersteigt,
dann wird das stärkere
Signal von dem empfangenden Knoten "eingefangen" oder empfangen und das schwächere Signal
wird vollständig
als Rauschen unterdrückt.
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5 zeigt
das Übertönen. Wie
in 5 gezeigt senden eine erste Ursprungsstation O1 und eine zweite Ursprungsstation O2 jeweils ein Nachrichtensignal. Beim Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten
A wird das Signalstärkeverhältnis P01/P02 = –10 dB und demnach
das Nachrichtensignal von O1 eingefangen. Beim
Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten B wird das Signalstärkeverhältnis P01/P02 = –20 dB und
demnach das Nachrichtensignal von O2 eingefangen.
Beim Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten
C gilt dass das Signalstärkeverhältnis P01/P02 = –5 dB gilt,
was unterhalb des Einfangverhältnisses
in dieser speziellen Darstellung ist, und demnach wird keines der
Nachrichtensignale erfolgreich empfangen.
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Im
Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung rührt auch ein zweiter Vorteil
von dem Einfangeffekt bzw. Capture Effect. Der Bedarf nach einem komplexen
netzbezogenen Zeitplanen und vielleicht auch der Trägererfassung
werden gemildert. Sicherlich schließt dies diese Technik nicht
aus. Beispielsweise kann eine Bestätigung des Weiterleitens nachdem
Datensendebestätigungen
empfangen worden sind, in diesem (d.h. Trägererfassung und Zeitablaufsplanung)
und anderen ähnlichen
Zusammenhängen
verwendet werden.
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Wie
oben ferner beschrieben worden ist, sendet ein Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten,
nachdem er eine Nachricht erfolgreich empfangen hat, eine Bestätigung oder "Acknowledgement" bzw. ACK-Nachricht
an den Ursprungsknoten, um den erfolgreichen Empfang anzuzeigen.
Die Bestätigungsmeldung
kann nicht nur eine Bestätigung
des erfolgreichen Empfangs der Nachricht vom Ursprungsknoten enthalten,
sondern kann auch eine aktualisierte Information über Routingkosten,
Verbindbarkeit, Warteschlangenlängen,
verbleibende Batterieleistung (z.B. des Kandidaten-Weiterleitungs-Knotens) etc.
enthalten. Jedoch erhöht
eine zunehmende Länge
der Bestätigungsnachricht
auch den Energieverbrauch, weil es länger dauert, sie zu senden.
Demgemäss
können
Vorteile zusätzlicher
Information ausgewogen werden gegen Nachteile erhöhten Energieverbrauchs
basierend auf der speziellen Situation und den verfügbaren Systemressourcen.
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Zudem
kann die Zugriffs- oder Sendereihenfolge der Bestätigungsnachrichten
von den Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten organisiert werden. Beispielsweise
kann die Bestätigungsreihenfolge
oder Abfolge abhängig
von der Adressierungsreihenfolge in der Nachricht vom Ursprungsknoten
sein (z.B. die Reihenfolge, in der die Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten
in der Nachricht genannt sind). Beispielsweise können in CDMA/TDD (Code Division Multiple
Access/Time Division Duplex) Codes in einer Reihenfolgeweise derart
ausgegeben werden, dass mehrere Antworten innerhalb des selben Zeitschlitzes
möglich
sind.
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Bestätigungsmeldungen
bzw. ACK-Meldungen und Techniken können auf unterschiedliche Weisen
optimiert werden. Beispielsweise, um die Energieeffizienz zu optimieren,
wünschen
wir, dass der "geeigneteste" Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten vor
weniger geeigneten Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten antwortet. Dies
kann den Energieverbrauch reduzieren, beispielsweise in einer Anordnung,
in der weniger geeignete Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten still bleiben
nach dem Empfang einer Nachricht von dem Ursprungsknoten, wenn sie
den geeignetesten Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten mitgehört haben,
der eine Bestätigungsmeldung
innerhalb einer vorbestimmten Zeitdauer gesendet hat. Mit anderen
Worten, die weniger geeigneten Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten
warten eine gewisse Zeit bevor sie antworten, um den geeignetesten
Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten
Zeit zu geben, zu antworten. Jedoch kann in der Anordnung die Verzögerung umgekehrt
proportional zu den Kosten zum Erreichen des Ziels sein. Beispielsweise
ist ein Risiko, dass ein geeigneter entfernter Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten
nicht existiert oder den erfolgreichen Empfang der Nachricht nicht
ausführen
kann, in welchem Fall die Verzögerung
bis der Ursprungsknoten eine Bestätigungsmeldung erhalten wird,
relativ lang wird. In einem anderen Beispiel können wir zum Minimieren der
Verzögerung
alle Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten so schnell wie möglich antworten
lassen, um die Verzögerung
zu minimieren. Jedoch kann dies zusätzliche Energieverschwendung
mit sich bringen. Der geeignete ausgewogene Punkt zwischen diesen
Nachteilen kann basierend auf spezifischen Optimierungszielen, Umständen und
verfügbaren
Ressourcen innerhalb des Systems ausgewählt werden.
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In
einem Fall, in dem keiner der einigen Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten antwortet, kann
der Ursprungsknoten a) nach Bestätigungsnachrichten nachfragen
(Poll, b) die Datennachricht erneut senden, oder c) eine Kombination
davon vornehmen. Als eine fernere Option kann der Ursprungsknoten
unterschiedliche Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten adressieren.
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Wenn
der Ursprungsknoten die Datennachricht neu sendet, können die
Sendeparameter angepasst und angeglichen werden zum Verbessern der Möglichkeit,
dass eine Neusendung akzeptabel wird, wie oben weiter angedeutet.
Beispielsweise kann der Ursprungsknoten sukzessive die Sendeleistung
bei jedem Senderereignis erhöhen,
wenn keine Antworten erfasst werden von den Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten.
Optional kann der Ursprungsknoten eine "kurze" Poll-Nachricht hoher Leistung (aber
mit geringer Energie wegen der kurzen Zeitdauer) senden, um Nachbarknoten
zu finden statt Energie mit dem Senden von Datennachrichten zu verschwenden
(die länger
sind, größer sind
oder mehr Zeit erfordern und demnach mehr Sendeenergie).
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Nachdem
der Ursprungsknoten Bestätigungen
empfängt,
evaluiert er die Bestätigungen
gemeinsam mit zusätzlicher
Information und entscheidet dann, welchen der bestätigenden
Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten
er anweisen wird, die Datennachricht weiterzuleiten. Ein Beispiel
hiervon ist in 2B gezeigt, wo in Schritt TS3
der Ursprungsknoten O bestimmt, welcher dieser Knoten D der eine zum
Weiterleiten der Datennachricht ist, und dann im Schritt TS4 eine
Weiterleitungsanweisung an den Knoten D sendet. Der Ursprungsknoten
kann eine Vielfalt von unterschiedlichen Auswahlalgorithmen verwenden
zum Entscheiden, welchen Knoten er anweisen wird, die Datennachricht
weiterzuleiten, wie Fachleute erkennen werden. Fachleute werden
ferner einsehen, dass der Auswahlalgorithmus basierend auf der speziellen
Situation, den Zielen und den verfügbaren Systemressourcen ausgewählt werden kann.
In Übereinstimmung
mit den Ausführungsformen
der Erfindung kann der Auswahlalgorithmus beispielsweise ein Evaluieren
einschließen
in bezug darauf, welcher Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten erfolgreich die
Datennachrichtensendung bestätigt, und
von diesem Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten, der eine erfolgreiche
Bestätigung
der Datennachrichtensendung vorgenommen hat erfahrene durchschnittliche
Kosten. Die Verbindbarkeitsgrade jenseits der Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten, der Warteschlangenstatus,
die Batterieverträglichkeit (z.B.
beim Verteilen von Arbeit unter unterschiedlichen Knoten derart,
dass kein einzelner Knoten dazu kommt, signifikant mehr Batterieleistung
zu verbrauchen als die anderen Knoten), und die Batterieladepegel
der unterschiedlichen Knoten, können
alles Faktoren sein, die als Teil des Auswahlalgorithmus beachtet
werden. Sicherlich können
auch andere geeignete Faktoren überlegt
werden.
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Zudem
können
unterschiedliche Auswahlalgorithmen verwendet werden und/oder spezifische Auswahlalgorithmen
können
abgestimmt oder optimiert werden, um unterschiedliche Ziele zu verfolgen.
Beispielsweise kann ein Ziel sein, energieeffizient zu sein während ein
anderes Ziel sein kann, durchsatzeffizient zu sein. Jedoch sollten
alle Algorithmen sicherstellen, dass die Datennachricht sich im
Mittel in einer richtigen Richtung in Richtung des Endziels bewegt.
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Nachdem
der Ursprungsknoten die Weiterleitungsanweisung gesendet hat, wartet
er auf den Empfang einer Bestätigung,
dass die Weiterleitungsanweisung erfolgreich empfangen worden ist.
Dies ist beispielsweise in 2B, Schritt
TS5 dargestellt. Traditionelle RRQ-Verfahren (Automatic Repeat Request
Methods bzw. automatische Wiederholanfrageverfahren) können verwendet
werden zum Sicherstellen, dass Zustände im Ursprungsknoten und
dem ausgewählten
Knoten (dem Knoten, zu welchem der Ursprungsknoten die Weiterleitungsanweisung
sendet), wohldefiniert sind. Beispielsweise durch das Verwenden
von Zeitgebern bzw. Timern und erzwungenen Antworten.
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Wie
oben ferner diskutiert, wie in 2B Schritt
TS6 gezeigt, verwerfen nachdem die Weiterleitungsanweisung bestätigt worden
ist die anderen Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten die Datennachricht und irgendeine
zugeordnete Information, die nicht länger erforderlich sind. Wie
früher
erwähnt kann
diese Verwerf-Prozedur durch einen Verwerf-Zeitgeber bzw. Timer organisiert werden,
der gesetzt wird oder angestoßen
wird, wenn die Datennachricht als ersten empfangen wird. Die empfangenen
Daten können
nicht länger
als erforderlich betrachtet werden, falls der Verwerf-Zeitgeber
abläuft, wenn
der Knoten noch keine Weiterleitungsanweisung empfangen hat. Die
Zeitdauer des Verwerf-Zeitgebers kann vorbestimmt werden oder ein
Standardwert sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Zeitdauer unter
Verwendung von Information eingestellt werden, die in der Datennachricht
enthalten ist. Mit anderen Worten, die Zeitdauer der Verwerf-Zeit kann eine sein
von den Sendeparametern, die der Ursprungsknoten anpassen kann ansprechend
auf derzeitige Bedingungen oder neue Ziele.
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Als
eine alternative oder zusätzliche
Verwerf-Prozedur kann der Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten die Information
verwerfen, wenn er eine Weiterleitungsanweisung, die an einem anderen Knoten
in bezug auf die Information gerichtet ist, mithört.
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In Übereinstimmung
mit Ausführungsformen der
Erfindung können
auch Mehrpaketsendungen und Datenstromsplitting vorteilhaft verwendet
werden. Mehrpaketsenden bedeutet, dass einige Pakete oder Nachrichten
gesendet werden, bevor die Bestätigungen
als Reaktion gesendet werden. Dies verbessert das Energieverhältnis von
a) zum Senden von Daten erforderliche Energie zu b) zum Senden einer
Bestätigung
erforderlichen Energie, dass die gesendeten Daten empfangen worden
sind.
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Datenstromaufspaltung
bedeutet, dass die Mehrpakettransaktionen einige Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten eine Weiterleitungsanweisung
erhalten können
für unterschiedliche
Untersätze
von gesendeten Paketen oder Nachrichten. 6 zeigt
ein einfaches Beispiel davon. 6 zeigt
eine Zeitlinie für
jeden der Knoten O, A, B und C, wobei Sendungen unmittelbar oberhalb
der Zeitlinie und das jeweilige Empfangen unmittelbar unterhalb
der Zeitlinie aufgetragen sind. CIR-Werte über die Zeit (Träger zu Rauschverhältniswerte)
werden ebenfalls für
jeden der Kanäle
O-A, O-B und O-C gezeigt.
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6 zeigt
sowohl Mehrpaketsenden als auch Datenstromaufspaltung. Wie in 6 gezeigt, sendet
der Ursprungsknoten O sequentiell die Pakete 1–9. Der Knoten A empfängt die
Pakete 1–4
und 8–9
aber er empfängt
nicht erfolgreich die Pakete 5–7.
Der Knoten B empfängt
nur die Pakete 1–5
und der Knoten C empfängt
nur die Pakete 3 und 8– 9. Nachdem
der Ursprungsknoten O das letzte Paket 9 in dem Block gesendet hat,
sendet jeder der Knoten A, B, C das Bestätigungssignal (A1, B1 bzw.
C1), hier durch Angeben, welche Pakte er erfolgreich empfangen hat.
Wie in 6 gezeigt, empfängt der Ursprungsknoten O erfolgreich
die Bestätigungssignale A1,
B1 von den Knoten A und B aber empfängt nicht das Bestätigungssignal
C1 vom Knoten C.
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Nach
Empfang und Evaluierung der Bestätigungssignale
bestimmt der Ursprungsknoten O, welche Pakete nicht empfangen worden
sind (nach bestem Wissen, basierend auf den empfangenen Bestätigungssignalen)
und sendet jene Pakete neu. Demnach sendet in dem in 6 gezeigten
Fall der Ursprungsknoten O die Pakete 6–7 neu. Knoten A empfängt erfolgreich
beide neu gesendete Pakete 6–7 und
antwortet mit einer Bestätigung
A2. Knoten B empfängt
nur das neu gesendete Paket 7 und antwortet mit einer Bestätigungsmeldung
B2. Der Knoten C empfängt
nur eines der neu gesendeten Pakete 6–7 und sendet keine Bestätigungsmeldung.
Nach der Evaluierung der Bestätigungsmeldung
A2, B2, sendet der Ursprungsknoten O eine Weiterleitungsanweisung,
die angibt, dass der Knoten A die Pakete 6–9 weiterleiten sollte und
der Knoten B die Pakete 1–5
weiterleiten sollte. Jeder der Knoten A, B und C empfängt erfolgreich
die Weiterleitungsanweisung und als Reaktion darauf senden die Knoten
A, B Bestätigungsmeldungen
(und dann fahren sie fort mit dem Ausführen der Weiterleitungsanweisung),
und der Knoten C verwirft die Information, die er empfangen hat.
In dem Fall, indem der Ursprungsknoten keine Bestätigung von
Knoten A in bezug auf die neu gesendeten Pakete 6–7 empfängt, kann
der Ursprungsknoten dann die Neusendeprozedur fortsetzen (die Sendeparameter
geeignet anpassend) bis Bestätigungsmeldungen
für alle
Pakete empfangen werden.
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Diese
Prozedur kann leicht angepasst werden um verschiedene Ziele anzuvisieren.
Beispielsweise, wenn ein Grad an Redundanz erwünscht ist, so dass jedes Paket
von mindestens J Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten empfangen wird
(wobei J der Grad an Redundanz ist, beispielsweise J = 2), kann
der Ursprungsknoten die Pakete neu senden bis Bestätigungs-Meldungen anzeigen,
dass jedes Paket erfolgreich von mindestens J Kandidatenweiterleitungsknoten
empfangen worden ist. In 6 gilt J = 1. Eine Einstellung
von J größer als
1 kann beispielsweise den Ursprungsknoten mit mehr Optionen versehen
wenn er auswählt,
welchen Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten er Weiterleitungsanweisungen
senden soll.
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In 6 sendet
der Ursprungsknoten die Weiterleitungs-Anweisung nachdem er positive Bestätigungsmeldungen
für alle
Pakete empfangen hat. Alternativ kann Paketweiterleiten aufgespaltet
werden in der Zeit sowie im Pfad, so dass wenn einige aber nicht
alle Pakete erfolgreich empfangen und bestätigt worden sind, der Ursprungsknoten
anweist, sie weiterzuleiten und dann arbeitet, um die verbleibenden
Parameter neu zu senden. Die Rate oder Größe der Zeitaufspaltung kann
beispielsweise gesteuert werden durch Ausgeben einer Weiterleitungsanweisung
nur, wenn eine Anzahl erfolgreich empfangener und bestätigter Pakete
gleich oder größer einem
vorbestimmten oder dynamisch bestimmten Schwellwert ist. Demnach
kann der Schwellwert einer der anpassbaren Sendeparameter sein.
Der Schwellwert kann beispielsweise von 1 bis zu der Zahl der Pakete
im Block reichen. (In 6 ist der Schwellwert gleich
der Anzahl der Pakete im Block, so dass es keine Zeitaufspaltung
gibt).
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Pakete
können
auch in Blöcken
kombiniert werden. Beispielsweise können Kandidatenweiterleitungsknoten
das Senden von Bestätigungsmeldungen
verzögern
(und Ursprungsknoten können
das neue Senden von Paketen oder von Poll-Abfragen verzögern), so
dass Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten
eine Möglichkeit
haben Pakete von unterschiedlichen Ursprungsknoten zusammen. Eine
darauffolgende Bestätigungsmeldung
von einem Kandidatenweiterleitungsknoten kann einem Ursprungsknoten angeben,
dass der Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten
die anderen Pakete von anderen Ursprungsknoten empfangen hat. Der
Ursprungsknoten kann diese Art von Information verwenden zum Erzeugen
von Weiterleitungsanweisungen, die es individuellen Paketen ermöglichen
und auch Unterblöcken
von Paketen ermöglichen,
kombiniert zu werden und dann weitergeleitet zu werden in einem
einzelnen Pakete-Block.
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Beispielsweise
kann eine Weiterleitungsanweisung von einem ersten Ursprungsknoten
einen Kandidatenweiterleitungsknoten anweisen, dass er Datenpakete
von diesem Ursprungsknoten weiterleiten sollte aber bevorzugt gemeinsam
mit einigen empfangenen Paketen von einem zweiten Ursprungsknoten.
Demnach sollte der Kandidatenweiterleitungsknoten eine gewisse Zeit
warten und nach einer Weiterleitungsanweisung von dem zweiten Ursprungsknoten
horchen. Wenn eine Weiterleitungsanweisung von einem zweiten Ursprungsknoten
innerhalb der Zeitdauer empfangen wird, dann leitet der Kandidatenweiterleitungsknoten
alle jeweiligen Pakete gemeinsam weiter, beispielsweise sequentiell in
einem einzelnen Block. Wenn jedoch am Ende der Zeitdauer keine Weiterleitungsanweisung
von dem zweiten Ursprungsknoten empfangen worden ist, dann kann
der Kandidatenweiterleitungs-Knoten
den Aufwand, diese Kombination vorzunehmen fallen lassen und einfach
die Pakete weiterleiten, die er vom ersten Ursprungsknoten empfangen
hat. Fachleute werden erkennen, dass andere geeignete Kombiniertechniken
ebenfalls verwendet werden können
innerhalb des konzeptionellen Rahmenwerks der Erfindung.
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In Übereinstimmung
mit anderen Ausführungsformen
der Erfindung sendet der Ursprungsknoten, statt zuerst eine Datennachricht
und später eine
Weiterleitungsanweisung nach Empfang einer Bestätigung der Bestätigung des
Empfangs der Datennachricht zu senden, die Weiterleitungsanweisung
gemeinsam mit oder als Teil von der Datennachricht senden. Die Weiterleitungsanweisung
designiert einen Kandidatenweiterleitungsknoten und weist den designierten
Knoten an, die Datennachricht unmittelbar weiterzuleiten. Wenn der
designierte Knoten die Datennachricht erfolgreich empfängt und gemeinsam
damit die Weiterleitungsanweisung, bewegt sich die Datennachricht
schnell durch das Netz, weil der designierte Knoten keine Antwort
braucht mit einer Bestätigung
und dann auf eine getrennte Weiterleitungs-Anweisung warten muss. In Übereinstimmung
mit der Erfindung werden in dem Fall dass der designierte Knoten
nicht erfolgreich die Information empfängt, Rückfallprozeduren aufgerufen,
um die Bewegung der Information in Richtung ihres Ziels fortzusetzen.
Diese Rückfallprozeduren
sind ähnlich oder
identisch den oben ferner beschriebenen Prozeduren. 7–8 zeigen
spezifische Aspekte dieser Technik.
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Wie
in 7 gezeigt werden in einem Fall 1 Daten an einen
explizit ausersehenen bzw. designierten oder adressierten Kandidatenweiterleitungsknoten
sowie an andere Kandidatenweiterleitungsknoten gesendet. Wenn der
explizit adressierte Knoten die Daten erfolgreich empfängt, dann
leitet er die Daten unmittelbar weiter und antwortet daraufhin dem
Ursprungsknoten mit einer Bestätigungsmeldung
(Acknowledgement). Speziell sendet der Ursprungsknoten R (N + 1,
A) Daten an jeden der Kandidatenweiterleitungsknoten R (N, A ...
C). Die Daten schließen
eine Angabe an, dass der Kandidatenweiterleitungsknoten R (N, A)
der designierte Knoten ist. Jeder der Knoten R (N, A ... C) empfängt die
Daten erfolgreich und der Knoten R (N, A) leitet die Daten unmittelbar
weiter (aber diesmal einschließlich
einer Angabe, dass R (N – 1,
A) der designierte Knoten ist), um den Knoten R (N – 1, A,
... D) zu erreichen. Nachdem der Knoten R (N, A) die Daten weitergeleitet
hat, antworten alle Knoten R (N, A ... C) dem Ursprungsknoten R
(N + 1, A) mit einer Bestätigungs-Meldung. Jeder der
Knoten R (N – 1,
A ... D) empfängt
erfolgreich die Daten und die Musterwiederholungen in einer ähnlichen
Weise mit der Ausnahme, dass wenn der Knoten R (N – 1, A)
die Daten weiterleitet, nur ein Knoten innerhalb des Bereichs ist,
der designierte Knoten R (N – 2,
A).
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Wenn
ein designierter Knoten nicht positiv den Empfang der Daten bestätigt, dann
wählt der
Ursprungsknoten einen der anderen (nicht designierten) Kandidatenweiterleitungsknoten
aus und sendet eine Weiterleitungsanweisung. Dies ist in dem Mittelabschnitt
der 7, Fall 2 gezeigt, welcher zeigt, dass der Ursprungsknoten
R (N, A) die Daten zu den Kandidatenweiterleitungsknoten R (N – 1, A ...
D) weiterleitet, aber der designierte Knoten R (N – 1, A) die
Daten nicht empfängt
und demnach nicht mit einer Bestätigungsmeldung
antwortet. Demgemäss wählt der
Ursprungsknoten R (N, A) nach dem Evaluieren der Bestätigungsmeldung
von den nicht designierten Knoten R (N – 1, B ... D) den Knoten R
(N – 1, C)
aus und sendet eine Weiterleitungsanweisung, die ihn anweist, die
Daten weiterzuleiten.
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Der
erste Abschnitt der 7, Fall 2, unterscheidet sich
geringfügig
von dem der 7, Fall 1. Der erste Abschnitt
des Falls 2 zeigt eine Situation, bei der nur der designierte Knoten
R (N, A) Daten von dem Ursprungsknoten R (N + 1, A) empfängt und demnach
es nur der Knoten ist, der mit einer Bestätigungsmeldung antwortet nach
dem Weiterleiten der Daten zu den Knoten R (N – 1, A).
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8 zeigt
eine Prozedur ähnlich
den in 7 gezeigten, aber mit einer zusätzlichen
Verfeinerung. Speziell warten nicht designierte Knoten für eine Zeitdauer
nach dem Empfang von Daten von einem Ursprungsknoten. Wenn der designierte
Knoten vor Ablauf der Zeitdauer antwortet, dann bleiben die nicht
designierten Knoten still und können
die Daten verwerfen. Wenn am Ende der Zeitdauer der designierte
Knoten noch nicht eine Bestätigungsmeldung zurückgesendet
hat zum Ursprungsknoten, dann senden die nicht designierten Knoten
Bestätigungsmeldungen
als Antworten.
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Diese
Technik neigt dazu, den Energieverbrauch zu reduzieren, aber kann
eine Sendezeit der Datennachricht durch das Netz erhöhen. Beispielsweise,
wenn der designierte Kandidaten-Weiterleitungsknoten
erfolgreich die Daten empfängt
und bestätigt,
wird Energie gespart weil die nicht designierten Kandidatenweiterleitungsknoten,
die ebenfalls die Daten empfangen haben, still bleiben statt des
Erzeugens einer Bestätigungsantwort
zum Ursprungsknoten. Jedoch, wenn der designierte Kandidatenweiterleitungsknoten
für den
Ursprungsknoten nicht verfügbar
ist dann nimmt die Sendezeit durch das Netz zu weil die nicht designierten
Kandidatenweiterleitungsknoten eine Zeit lang warten werden, bevor sie
antworten. Zusätzlich
wird keine Energie gespart, weil alle nicht designierten Kandidatenweiterleitungsknoten,
die Daten empfangen haben, antworten werden.
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Wie
in 8 gezeigt, werden von dem Ursprungsknoten R (N
+ 1, A) gesendete Daten erfolgreich von allen Kandidatenweiterleitungsknoten
R (N, A ... C) empfangen. Die gesendeten Daten enthalten eine Angabe,
dass der Knoten R (N, A) ein designierter Knoten ist. Der designierte
Knoten R (N, A) antwortet dem Ursprungsknoten R (N + 1, A) mit einer Bestätigungsmeldung
und die nicht designierten Knoten, die die gesendeten Daten empfangen,
d.h. die Knoten R (N, B ... D) hören
die Bestätigungsmeldung
des designierten Knotens oder die Datensendung und antworten daher
nicht in Richtung des Ursprungsknotens R (N + 1, A).
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Vor
dem Senden der Bestätigungsmeldung sendet
der designierte Knoten R (N, A) die Daten (diesmal mit einer Angabe,
dass der Kandidatenweiterleitungsknoten R (N – 1, A) der designierte Knoten ist)
zu den Knoten R (N – 1,
A ... D). Jedoch empfängt der
designierte Knoten R (N – 1,
A) die Daten nicht erfolgreich und demnach antwortet er nicht mit
einer Bestätigungsmeldung.
Die nicht designierten Knoten R (N – 1, B ... D) warten eine bestimmte
Zeit und horchen auf eine Antwort von dem designierten Knoten R
(N – 1,
A) zum Ursprungsknoten R (N, A). Wenn die Zeitdauer abläuft ohne
eine Antwort von dem designierten Knoten, antwortet jeder der nicht
designierten Knoten R (N – 1,
B ... D) zu dem Ursprungsknoten R (N, A) mit einer Bestätigung derart,
dass der Ursprungsknoten R (N, A) es für einen der designierten Knoten
einrichten kann, die Daten weiterzuleiten. Der Ursprungsknoten R
(N, A) empfängt
diese Bestätigungsmeldungen,
wählt den
Knoten R (N – 1,
C) und sendet dann eine Weiterleitungsanweisung an den Knoten R
(N – 1,
C). Der Knoten R (N – 1,
C) empfängt
erfolgreich die Weiterleitungsanweisung und befolgt sie durch Weiterleiten
der Daten zu einem einzelnen Kandidatenknoten R (N – 2, A)
und dann durch Antworten an den Ursprungsknoten R (N – 1, C)
mit einer Bestätigungsmeldung
der Weiterleitungsanweisung.
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Die
Technik der 8 teilt im Effekt die Kandidatenweiterleitungsknoten
in zwei Gruppen auf, eine erste Gruppe, die nur die designierten
Knoten enthält
und eine zweite Gruppe, die die nicht designierten Knoten enthält, welche
damit warten, Sendungen vom Ursprungsknoten zu bestätigen. Diese Technik
kann abgeändert
werden, dass die Kandidatenweiterleitungsknoten in mehr als zwei
Gruppen eingeteilt werden. Die letzte Gruppe würde alle nicht designierten
Knoten enthalten, die für
eine längste Zeitdauer
vor dem Antworten warten. Die vorangehenden Gruppen würden jeweils
einen designierten Knoten enthalten und auch eine unterschiedliche Zeitdauer
zum effektiven Rangverleihen der designierten Knoten. Die erste
Gruppe würde
die selbe sein wie in 8, nur einen designierten Knoten
enthaltend und keine Zeitdauer. Jedoch enthalten die Zwischengruppen
jeweils einen designierten Knoten mit einer Zeitdauer, die länger ist
als die Zeitdauer der vorangehenden Gruppe und kürzer als die Zeitdauer der
nächsten
Gruppe danach. Hier zeigen die Weiterleitungsanweisungen an, welche
Knoten in welchen Gruppen sind und auch die Zeitdauer für jede Gruppe.
Wenn der designierte Knoten in der ersten Gruppe innerhalb der Zeitdauer
der zweiten Gruppe nicht bestätigt,
dann wird der Knoten in der zweiten Gruppe die Datennachricht weiterleiten
und bestätigen,
wenn er erfolgreich die Weiterleitungs-Anweisung empfangen hat. Wenn nicht,
dann wir er still sein. Wenn der designierte Knoten in der nächsten Gruppe
keine Bestätigung
hört während der
Zeit, in der seine (längere)
Zeitdauer abläuft, dann
wird er die Datennachricht weiterleiten und bestätigen unter der Annahme, dass
er die Weiterleitungsanweisung und die Datennachricht erfolgreich empfangen
hat. Demnach designiert die Weiterleitungsanweisung mehrere Knoten
aber gibt ihnen eine Rangordnung so dass wenn einer nicht erfolgreich
ist, dann der nächst
nachgeordnete designierte Knoten eine Gelegenheit hat, die Weiterleitungs-Anweisung auszuführen und
zu befolgen. Wenn alle designierten Knoten es nicht bewerkstelligen,
die Weiterleitungsanweisung und die Datennachricht erfolgreich zu
empfangen, dann bestätigen
letztendlich die nicht designierten Knoten in der letzten Gruppe,
die die Datennachricht empfangen haben in der beschriebenen Weise
in bezug auf die 8.
-
Wie
beispielsweise in 7–8 gezeigt, können Antworten
in einer Abfolge ausgegeben werden, so dass sie nicht mit dem Ursprungsknoten
kollidieren. Sendeparameter, die mit den vom Ursprungsknoten gesendeten
Daten einhergehen, können
beispielsweise eine Reihenfolge angeben in welchen die Kandidatenweiterleitungsknoten
mit ihren Bestätigungs-Meldungen antworten
sollten. In einem CDMA-System können
die mit den gesendeten Daten von dem Ursprungsknoten einhergehenden
Sendeparameter eine Kollision vermeiden durch Anzeigen, welche Orthogonalcodes
die Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten
verwenden sollten um damit zu antworten.
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In
den oben beschriebenen Ausführungsformen
werden die Datennachrichten allgemeine als erste Kommunikation gesendet
(entweder vor oder gemeinsam mit einer Weiterleitungs-Anweisung) von einem
Ursprungsknoten zu einem Kandidatenweiterleitungsknoten.
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Es
ist wert, darauf hinzuweisen, dass beispielhafte Ausführungsformen
der Erfindung selbstverständlich
die Datenlast unter den Weiterleitungsknoten verteilen können. Dieses
Prinzip ist in 9 gezeigt. Wie in 9 gezeigt,
wird ein erstes Paket vom Punkt A zum selben Zeitpunkt wie ein zweites unterschiedliches
Paket vom Punkt B gesendet. Die Punkte A und B sind am nächsten zueinander.
Jeder Kreis in 9 zeigt einen äußeren Bereich
einer Sendung von einem Punkt im Zentrum des Kreises an. Die Punkte
in 9 repräsentieren
Kandidatenweiterleitungsknoten. Tsu–Tsy repräsentieren
aufeinanderfolgende Zeitschlitze. Demnach sind Sendungen (Kreise)
die mit den selben Zeitschlitzsymbolen gekennzeichnet sind solche
die zur gleichen Zeit auftreten. Wenn die ersten und zweiten Pakete
anfangs von den Punkten A, B gesendet werden, werden jene Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten, die eines
der Pakete mit einer ausreichend hohen CIR (Träger zu Rauschverhältnis) empfangen,
dem jeweiligen Ursprungsknoten bei einem von A, B antworten. Demnach
werden bedingt durch den Einfangeffekt und andere oben ferner beschriebene
Faktoren wie Diversity-Effizienz einige der Kandidatenknoten in
der Nähe
der Knoten A, B das erste Paket empfangen und andere werden das
zweite Paket empfangen. Die zweiten Pakete werden einander verdrängen in bezug
auf die Kandidatenweiterleitungsknoten bis sie ihre gegenseitige
Ausbreitung durch das Netz nicht mehr stören. Wie im Beispiel der 9 gezeigt,
beginnen die Ausbreitungsstrecken SA, SB in der Nähe voneinander bei den Knoten
A, B und trennen sich rasch bis sie keine negativen Beeinträchtigungen durch
die Sendungen der anderen erfahren. Beachte beispielsweise, dass
die Sendekreise SA nicht den Weiterleitungsknoten
von SB erreichen und umgekehrt. Beachte
auch, dass anzunehmen ist, dass Kandidatenweiterleitungs-Knoten
in ausreichender Zahl verfügbar
sind und mit einer geeigneten Verteilung, um eine Lastverteilung
zu ermöglichen.
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In Übereinstimmung
mit einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung kann
der Ursprungsknoten eine Weiterleitungsentscheidungssteuerung an
einen anderen Knoten abgeben. Ein Vorteil des Abgebens von Weiterleitungs-Entscheidungssteuerung
ist, dass der Steuerungsverkehr begrenzt wird auf einen kleineren
geografischen Bereich. Dies sichert einige Steuerverkehrenergie
und reduziert auch Interferenz.
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In
einer Situation, in der der Ursprungsknoten Weiterleitungsentscheidungssteuerung
an einen anderen Knoten weitergibt, muss eine Weiterleitungsbestätigung noch
an den Ursprungsknoten zurückgegeben
werden, so dass der Ursprungsknoten die Zuständigkeit aufgibt statt zusätzliche
Maßnahmen
zu ergreifen zum Weiterleiten der Daten. Die Weiterleitungsbestätigung kann
von dem Knoten kommen, zu welchem der Ursprungsknoten die Weiterleitungsentscheidungs-Steuerung gegeben
hat. Alternativ, wenn der (erste) Ursprungsknoten eine Weiterleitungsentscheidungs-Steuerung
zu einem anderen (zweiten) Knoten gibt und der (zweite) Knoten eine
Weiterleitungsanweisung an einen dritten Knoten sendet, kann der
dritte Knoten eine Weiterleitungsbestätigung an den ersten, Ursprungsknoten senden.
Diese Prinzipien sind in 10 gezeigt,
wo ein Ursprungsknoten A10 Daten an Nachbarknoten B10, C10 und D10
in einer ersten Sendung 101 sendet, die auch die Weiterleitungssendungsentscheidung
an den Knoten C10 weiterleitet. Die Knoten C10, D10 sendet jeweils
eine Bestätigung 102,
die Statusinformation und den erfolgreichen Empfang der Datensendung 101 einschließt. Der
Steuerknoten C10 empfängt
die Bestätigungsmeldung 102 und wählt den
Knoten B10 und sendet eine Weiterleitungsanweisung 103 an
den Knoten B10. Der Knoten B10 kann eine Weiterleitungsbestätigung 104a an den
Ursprungsknoten A10 senden. Alternativ kann der Steuerknoten C10
eine Weiterleitungsbestätigung 104b an
den Ursprungsknoten A10 senden. Fachleute werden einsehen, dass
diese Techniken in geeigneter Weise kombiniert werden können mit
oder modifiziert werden können
durch andere beispielhafte Ausführungsformen
der Erfindung, die oben ferner beschrieben worden sind und beispielsweise
in den vorhergehenden Figuren gezeigt worden sind.
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Zusätzlich erhöhen die
beschriebenen Techniken und Prozeduren die Robustheit der Multi-Hop-Datenübertragung
gegenüber
nachteiligen Defekten wie hohe Verzögerungsstreuung und schnelle
schwundbehaftete Kanäle.
Die Robustheit wird verbessert, da es wahrscheinlicher ist, dass
mindestens einer der Weiterleitungskandidaten mindestens einen guten
Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten mit nicht zu viel Verzögerungsstreuung
oder schnellem Schwund sehen wird.
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In
Summe stellen beispielhafte Ausführungsformen
der Erfindung, die oben beschrieben worden sind, signifikante Vorteile
bereit. Beispielsweise wird der Umfang an benötigter Energie zum erfolgreichen Senden
von Information minimiert weil die Verwendung guter Kanalspitzen
oder Spitzen von Möglichkeiten
probabilistisch garantiert werden wegen der schwundbehafteten Kanäle (z.B.
Rayleigh, Rician, Lognormal, und das Fehlen von Interferenz). Energieerfordernisse
werden ebenfalls minimiert durch das Vornehmen von Sendungen, die
ein niedriges Energie-zu-Entfernungs-Verhältnis haben. Dies wird möglich weil
wenn mehrere Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten verwendet werden, alle ein niedriges Träger-zu- Interferenz-Verhältnis erfahren
und demnach eine hohe Fehlerrate, wobei mindestens einer von ihnen
wahrscheinlich die Datensendung korrekt empfängt. Rasches Senden der Daten
durch das Netz wird möglich
wegen der kurzen Verzögerungen bei
individuellen Teilstrecken bzw. Hops und hohem Durchsatz, weil eine
Verschachtelung mit der Kodierung nicht erforderlich ist zum Bekämpfen von Schwunddenken,
und weil vergleichsweise wenig Steuermeldungen erforderlich sind.
Noch ein anderer Vorteil ist die Fähigkeit des Unterstützens von
simultanen raumkoinzidierenden Sendungen, die bedingt wird durch
probabilistisch garantierte Einfangfähigkeit in Verbindung mit dem
Vorhandensein von schwundbehafteten Kanälen und der Verfügbarkeit von
mehreren Empfängern
oder Kandidaten-Weiterleitungs-Knoten. Die Zuverlässigkeit
wird auch verbessert unter den Bedingungen, die ansprechend auf Änderungen
in der Mobilität
oder den Kanaleigenschaften verändert
werden. Dies, wenn im Gegensatz zu Fallvermittlungsfällen oder
traditionellen Bellman-Ford Routing Prozeduren in Ausführungsformen
der Erfindung redundante Knoten und demnach alternative Strecken
immer verfügbar
sind. Ausführungsformen
der Erfindung stellen auch automatisch die Lastverteilung als vorteilhaften
Nebeneffekt bereit. Dies ist bedingt durch die Tatsache, dass interferierende
oder im Gegenstreit stehende Sendungen automatisch einander aufheben
bis sie keine gegenseitige Störung
mehr verursachen da sie sich in einer Multi-Hop-Weise durch das
Netz ausbreiten. Zudem ist es wert, darauf hinzuweisen, dass die
vorgeschlagenen Verfahren und Prozeduren Weiterleitungsentscheidungen
basierend auf den Tatsachen treffen, in bezug auf den Datenempfang
und die Eigenschaften des Netzes statt auf Spekulationen in bezug
erfolgreichen Datenempfang, wie bei Verfahren des Standes der Technik.
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Fachleute
werden erkennen, dass die Prinzipien der vorliegenden Erfindung
eine breite Anwendung finden unter den Drahtlosnetzen und angewendet
werden können
zum Senden von Information oder Materialien durch irgendein System,
das ein Netz von Knoten umfasst, wobei die Verbindung zwischen den
Knoten in der Qualität
und der Verfügbarkeit über die
Zeit variieren.
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Die
derzeit offenbarten Ausführungsformen werden
in allen Aspekten als erläuternd
und nicht als einschränkend
betrachtet. Der Schutzbereich der Erfindung wird durch die beiliegenden
Patentansprüche angegeben
statt die vorangehende Beschreibung, und alle Änderungen, die in die Bedeutung
und den Bereich und die Äquivalente
davon fallen, sind dazu gedacht, hierin eingeschlossen zu sein.