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Bereich der
Erfindung
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur drahtlosen Kommunikation, und
insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren für mobile Ad-hoc-Kommunikationsnetzwerke.
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Hintergrund
der Erfindung
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Drahtlose
Datenkommunikationsvorrichtungen wie drahtlose Modems, WLANs, usw.
werden immer beliebter, da die Preise fallen und die Datenübertragungsgeschwindigkeiten
ansteigen. Es gibt zwei unterschiedliche Ansätze zum Ermöglichen der mobilen drahtlosen
Kommunikation von Datenpaketen. Hier wird man erkennen, dass der
Begriff "mobil" auf die klassische
Weise im Sinne von beweglich sein oder in der Lage sein, sich direkt
zu bewegen, zu verstehen ist.
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Der
erste Ansatz ist die Verwendung der vorhandenen Infrastruktur, wie
Mobilfunknetze, herkömmliche
Sprache und Datentelekommunikationsnetze oder dergleichen. Es ist
ein Hauptproblem dieses Ansatzes, dass eine permanente Infrastruktur bereitgestellt sein
muss. Im Allgemeinen basieren diese Netze auf statischen Hierarchien
von Switches, Leitungen (trunks), Einspeisekabeln (feeder), Routern,
Bridges, Backbones, Basisstationen und anderen Netzfunktionseinheiten.
Die Topologie und Dienstabdeckungsbereiche dieser Netze müssen üblicherweise
mit langen Vorbereitungszeiten im Voraus geplant werden. Sobald
sie installiert sind, kann eine Veränderung der Netze kostspielig
und zeitaufwändig
sein. Diese Beschränkungen
verhindern das schnelle Anwachsen und die Rekonfiguration der heutigen
Sprach-, Text-, Daten- und Videoinformationsdienste. In Situationen,
in denen eine sofortige Infrastruktur notwendig ist, wie beispielsweise
bei Naturkatastrophen, Militärgefechten,
usw. ist dies ein ernsthaftes Problem. Ein weiteres Problem dieses Ansatzes
ist das Problem der Übergabe.
Wenn sich ein mobiler Host aus dem Bereich einer Basisstation heraus
und in den Bereich einer anderen Basisstation hinein bewegt, wie
soll die Verbindung ohne erkennbare Verzögerung oder Verlust von Datenpaketen
reibungslos an die neue Basisstation übergeben werden.
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Ein
zweiter Ansatz ist, Benutzer, die den Wunsch nach einer gemeinsamen
Kommunikation haben, ein Ad-hoc-Netzwerk bilden und untereinander
zusammenzuarbeiten zu lassen, um Datenpakete, üblicherweise über ein
oder mehrere Zwischenknoten, von einem Ursprung an ihr Ziel zu liefern,
wodurch viele der Infrastrukturprobleme gelöst werden. Diese Form der Vernetzung
hat gegenüber
herkömmlichen
Mobilfunksystemen zahlreiche Vorteile. Ein Hauptvorteil ist allgemein,
dass die Ad-hoc-Netzwerke nicht auf fest verdrahtete Basisstationen
und andere festgelegten Infrastrukturen festgelegt sind. Ein zweiter
Vorteil ist, dass das Ad-hoc-Netzwerk fehlertolerant ist. In einem
Mobilfunksystem beeinträchtigt
eine Störung
in einer Basisstation alle Mobiltelefone in seiner Zelle. In Ad-hoc-Netzwerken
kann eine Störung
in einem Knoten durch eine Rekonfiguration des Netzwerks auf einfache
Art und Weise bewältigt werden.
Des Weiteren hat ein Ad-hoc-Netzwerk eine unbegrenzte Konnektivität, d.h.
das Netzwerk ist nicht durch Verdrahtung, physikalische Verkabelung usw.
begrenzt.
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In
bisherigen Ad-hoc-Netzwerkkonzepten umfasst jeder Knoten ein Entscheidungsmodul
(Decision Engine), das Entscheidungen über Paketanordnungen als Funktion
eines oder mehrerer typischer Parameter in Nahezu-Echtzeit trifft.
Die Parameter umfassen die Paketzieladresse, Paket-Hop Count und
die Paketart. Jeder Knoten in dem Netzwerk hat eine eindeutige Adresse
und jedes Paket weist die Adresse seines Zielknotens auf. Jedes
Mal, wenn ein Paket durch einen Repeater wiederaufbereitet wird (d.h.
an den nächsten
Knoten übertragen
wird), wird ein das Paket begleitender Hop-Zähler erhöht. Somit hat jeder Knoten
Zugriff auf einen Zähler
von Verbindungen oder Knoten, die seit der Erzeugung des Pakets
durchlaufen wurden. Als ein Beispiel einer Entscheidung, die von
dem Entscheidungsmodul unter Verwendung dieses Parameters getroffen
wurde, kann das Paket ein maximale Anzahl von Hops, die eingeleitet
wurden, aufweisen. In den bisherigen Konzepten wiesen die Paketarten "Überschwemmungs" pakete (flood messages)
auf, die erneut übertragen
(durch einen Repeater weitergeleitet) werden sollten, solange die
Hop-Zählung
ein in dem Paket vorhandenes festgelegtes Maximum nicht überschreitet,
sowie Datenpakete, die nur wiederholt werden, wenn die Hop-Zählung zu
dem Ziel einen maximalen Wert nicht überschreitet.
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Ein
Hauptproblem bei Ad-hoc-Netzwerken gemäß dem Stand der Technik ist
die Tatsache, dass ihr Bereich durch den Sendebereich der einzelnen Knoten
begrenzt ist. Bei Ad-hoc-Netzwerken wird eine Nachricht von einem
Knoten zum nächsten
Knoten weitergeleitet, bis das Ziel erreicht ist. Somit können in
stark ausgelasteten Ad-hoc-Netzwerken oder während verkehrsreicher Zeiten
aufgrund von Störungen
(gleichzeitige Übertragungen)
mit anderen Paketen viele Pakete über zusätzliche Knoten übertragen
werden, d.h. das Ziel oder ein geeigneterer Pfad ist nicht verfügbar. In
vielen Fällen
kann dies viele zusätzliche
Hops bei jedem Hop zur Folge haben, für den Strom aus der begrenzten
Stromquelle (üblicherweise
eine Batterie) eines jeden beteiligten Knotens verwendet wird. Des
weiteren kann in vielen Fällen
ein Knoten zu viel Strom für
die Kommunikation mit einem benachbarten Knoten ver wenden oder zu
wenig Strom verwenden, so dass zahlreiche kleine Hops entstehen.
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In
der WO 98/56140 ist ein Verfahren zum Betrieb eines Kommunikationsnetzes
beschrieben, in welchem eine Station eine Liste benötigter Sendeleistungen
zum direkten oder indirekten Erreichen von anderen Stationen erstellt,
um eine Bestimmung des Routings einer Nachricht von einer Ursprungsstation
zu einer Zielstation zu ermöglichen.
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Ein
Sender erhöht
die Sendeleistung bis ein Ziel erreicht ist.
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In
der vorliegenden Erfindung wird die Sendeleistung des Ursprungsknotens
angepasst, bis die Anzahl der gleichartigen Knoten sowie zwei zusätzliche
gleichartige Knoten die Übertragung
empfangen.
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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Mit
Bezug auf die Zeichnungen:
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1 ist
ein Blockdiagramm eines selbstorganisierenden Netzwerks mit einem
Entscheidungsmodul;
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2 stellt
Fraktalmodulationsübertragungen
zwischen zwei gleichartigen Knoten dar;
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3 erläutert die
Knoten von 2 in detaillierter Form; und
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4 bis 8 erläutern zahlreiche
optimale Formen zum Ändern
von Situationen innerhalb eines selbstorganisierenden Netzwerks.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsformen
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Bei
der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein selbstorganisierendes
Netzwerk, das auf Nahezu-Echtzeit-Entscheidungen zum Routen von paketierten
Information bei lose vereinigten Netzelementen beruht. Im Allgemeinen
bezeichnet man Netzwerke dieser Art als Ad-hoc-Netzwerke. Zum Zweck
dieser Offenbarung ist ein Ad-hoc-Netzwerk eine Ansammlung von mobilen
Hosts, die ohne das Vorhandensein jeglicher vorher vorhandener Netzinfrastruktur
miteinander kommunizieren. Anpassungen, die zur Vergrößerung oder
Rekonfiguration notwendig sind, werden von den einzelnen Netzelementen
mit wenig oder keiner zentralen Befugnis oder Steuerung vorgenommen.
Die Netzelemente umfassen eine Vielzahl von gleichartigen Knoten
auf und können
außerdem
weitere verfügbare
Knoten, wie Netzknoten mit außerordentlich
hoher Leistung und/oder vorteilhafte geografische Standorte wie
beispielsweise mobile Fahrzeuge, Turmantennen, erdumkreisende Satelliten
usw. einschließen.
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Der
Begriff "gleichartig" wird in dieser Offenbarung
verwendet, da jeder Knoten eine Instanz einer gemeinsamen Familienklasse
von Knoten darstellt, die einen gemeinsamen Satz von Eigenschaften
teilen. Gleichartige Knoten sind nicht unbedingt identisch. Manche
gleichartigen Knoten können
mobil, andere fest sein. Manche können drahtlose Verbindungen,
fest verdrahtete oder beide Arten von Verbindungen verwenden. Manche
können
eine kurze Sendereichweite, und manche eine große oder sehr große Sendereichweiteh
aufweisen. Aber sie teilen alle eine gemeinsame Eigenschaft: durch
Reagieren auf Befehle und Anweisungen von lokalen oder entfernten
Benutzern (von denen zumindest einige im Allgemeinen in den Datenpaketen
enthalten sind), durch die Verarbeitung von Paketen für sich selbst
und andere Knoten und (dadurch) Erfassen der Telekommunikationsumgebung,
passen die gleichartigen Knoten ihr Verhalten (d.h. Sendeleistung,
Frequenz, Bandbreite, usw.) auf eine Weise an, die es dem Netzwerk
ermöglicht,
selbstorganisierend, selbstkonfigurierend und selbstheilend zu sein.
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Hub-Netzknoten
können
einen zusätzlichen, separaten
Satz von Hauptleitungsfrequenzen und Modulationsschemen aufweisen,
die für
einen weiteren Sendebereich gedacht sind, auf den die kleineren gleichartigen
Knoten nicht zugreifen können.
Wenn ein Netzknoten ein Paket weiterletet, leitet er es üblicherweise
sowohl auf den Retransmissions-Frequenzen der gleichartigen Knoten
als auch auf den Retransmissions-Frequenzen des Hub-Netzknotens weiter.
Außer
im Bezug auf diese zusätzlichen
Eigenschaften ist der Betrieb und das Verhalten des Hub-Netzknotens
und der gleichartigen Knoten gleich.
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In 1,
auf die nachfolgend Bezug genommen wird, ist ein Blockdiagramm eines
gleichartigen Knotens 10 erläutert, wie er in einem selbstorganisierenden
Netz verwendet wird. Der gleichartige Knoten 10 umfasst
drei elementare Abschnitte 11, 12 und 17. Der
Abschnitt 11 umfasst Standardelemente, die eine Benutzereingabe/-ausgabe
in Form von Sprache, Daten, Text, Video oder anderen Arten ermöglichen. Der
Abschnitt 11 ermöglicht
außerdem,
dass der Benutzer steuern kann, ob und wie der gleichartige Knoten 10 zur
Weiterleitung von Paketen von anderen Knoten in dem Netzwerk verwendet
werden kann. Man wird erkennen, dass Benutzer diese Steuerung möglicherweise
benötigen
werden, um die Energie in einem Netzteil zu sparen, um bestimmte
Sicherheitsbestimmungen in Kraft zu setzen oder um die Kosten der
Dienste des Benutzers zu kontrollieren.
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Der
Abschnitt 12 umfasst Standardelemente, die einen Frequenzdiversityfunk
mit Leistungssteuerung aufweisen. Frequenzsprünge (frequency hopping), Spreizspektren,
CDMA, FDMA und Mehrfachband-Betrieb gehören zu den gut bekannten spektrumsteilenden
und Frequenzdiversitytechnologien, die in Abschnitt 12 verwendet
werden können.
Der Abschnitt 12 umfasst des weiteren eine Leistungssteuerung,
Bandbreitensteuerung und andere Standardfähigkeiten, die es dem gleichartigen
Knoten 20 ermöglichen,
die Anzahl der Knoten, mit denen er kommunizieren kann, zu regulieren.
Leistungssteuerungsschaltungen sind gut bekannte Schal tungen, welche
die Leistungsmenge anpassen, die von Leistungsverstärkern oder
dergleichen in dem Sender zum Verändern des Sendebereichs verwendet
werden. Fachleute in der Technik werden erkennen, dass die Leistungssteuerung
in geeigneten Schritten oder in einer kontinuierlichen Steuerung
erfolgen kann.
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In
einem vereinfachten Beispiel ist die Leistungseinstellung bei Einstellung
zu niedrig, wenn sie so eingestellt ist, dass keine Einheit oder
kein Empfänger
in dem Netzwerk die Nachricht empfängt, und die Leistungseinstellung
ist bei Einstellung zu hoch, wenn sie so eingestellt ist, dass jede
Einheit oder jeder Empfänger
in dem Netzwerk die Nachricht empfängt. Demnach passt das Entscheidungsmodul
die Leistung so an, dass eine optimale Anzahl (im Allgemeinen ein
kleiner Prozentsatz, beispielsweise 2% bis 5%, der Gesamtzahl von
Einheiten in einem großen
Netzwerk, das mehr als 10 Einheiten umfasst) von Einheiten die Nachricht
empfängt.
Dies wird schnell erreicht, indem die Leistungseinstellung (Erhöhen oder
Verringern) in Schritten verändert
wird, bis die optimale Anzahl von Empfangseinheiten während einer "Überschwemmung" direkt anspricht.
Es sollte hier außerdem
erwähnt
werden, dass jede Empfangseinheit aus der empfangenen Nachricht
die Leistungsmenge, die notwendig ist, um eine Nachricht an die
anfragende Einheit zurückzugeben,
leicht feststellen und ihr Entscheidungsmodul entsprechend anpassen
kann. Diese Feststellung kann auf unterschiedliche Art und Weise
durchgeführt
werden. Eine davon ist, einfach eine Leistungseinstellung in der
Nachricht einzufügen,
und eine weitere, eine Schaltung in dem Entscheidungsmodul einzufügen, welche
die empfangene Leistung angibt.
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Eine
optimale Anzahl von Empfangseinheiten kann außerdem festgestellt werden,
indem ein Testpaket von dem Ursprungsknoten an zumindest einige
aus der Vielzahl von gleichartigen Knoten bei einer bekannten Sendeleistung
(im Allgemeinen eine niedrige Leistung) gesendet wird. Die Sendeleistung wird
dann üblicherweise
in Schritten angepasst, bis der Zielknoten den Empfang des Testpakets
bestätigt.
Die Anzahl der gleichartigen Knoten, die die Übertragung empfangen haben
(Anzahl der Hops zwischen dem Ursprungsknoten und dem Zielknoten)
wird dann festgestellt. Die Sendeleistung wird erneut angepasst,
bis die festgestellte Anzahl von gleichartigen Knoten sowie zwei
zusätzliche
Knoten die Übertragung
empfangen. Das Hinzufügen
von zwei weiteren gleichartigen Knoten wird vorgenommen, um ein
robustes System sicherzustellen, das in der Lage ist, eine zuverlässige Übertragung
zwischen den gleichartigen Knoten durchzuführen.
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Der
Abschnitt 17, bei dem es sich um das Entscheidungsmodul
handelt, verarbeitet Datenpakete, die von dem Abschnitt 12 über interne
Leitungen 14 weitergeleitet wurden, und entscheidet, die Pakete über eine
interne Leitung 18 zu Abschnitt 11 weiterzuleiten,
die Pakete zur erneuten Übertragung an
andere Knoten in dem Netzwerk über
die interne Leitung 13 zurück zum Abschnitt 12 zu
leiten und/oder die Pakete zu ignorieren. Die Steuerung der Abschnitte
wird durch eine Steuerungsleitung 15, die zwischen den
Abschnitten 12 und 17 verbunden ist, und eine
Steuerungsleitung 16, die zwischen den Abschnitten 11 und 17 verbunden
ist, erreicht. Der Abschnitt 17 umfasst logische Standardschaltungen und
Steuerungen, die es dem zugehörigen
Knoten (in diesem Beispiel der gleichartige Knoten 10)
ermöglichen,
Eigenschaften anzunehmen, die von einem einfachen Endbenutzer-Host über einen
Hub-Netzknoten mit großer
Reichweite, einen Netzknoten mit mittlerer Reichweite bis hin zu
einem Netzknoten mit kurzer Reichweite variieren können. Netzknoten
mit großer
Reichweite können
Pakete für
andere Netzknoten mit großer
oder mittlerer Reichweite weiterleiten, um selbstkonfigurierende,
verschachtelte Hauptleitungssysteme zu bilden.
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Das
selbstorganisierende Netzwerk umfasst des Weiteren eine Fraktalmodulation,
die, wie in den 2 und 3 dargestellt,
eine selbstanpassende Datenübertragungssteuerung
verwendet. Eine frühe Verwendung
von Fraktalen wird von Gregor W. Wornell in "Signal Processing with Fractals", Prentice Hall Signal
Processing Series, ISBN: 0-13-120999-X offenbart.
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Eine
Fraktalmodulation kann in einem selbstorganisierenden Netzwerk zur
Optimierung der Sendeleistung verwendet werden, wenn die Kanalbandbreite
(Qualität)
oder Dauer im Voraus nicht bekannt ist. Fraktalmodulation bietet
Mehrfachratendiversity und es wird ermöglicht, dass ein Netzwerk bei
fehlenden Kanalinformationen oder wo sich an eine Vielzahl von Kanälen angepasst
werden muss (an viele übertragen
werden soll), optimal funktioniert. Bei 2 sendet
der Knoten A eine Fraktaldarstellung eines Datenvektors pi direkt an den Knoten B. 3 erläutert einen
in Knoten A vorhandenen Fraktalmodulator, der den Datenvektor pi empfängt
und moduliert, und eine passende Frequenz fi an
einen Fraktaldemodulator in Knoten B überträgt. Digitale Nachrichten werden
gleichzeitig bei zahlreichen Raten (Symbole/Sekunde) als ein Fraktal übertragen,
so dass die Datensequenz oder das Datenpaket n mal bei immer höher werdenen
Modulationsraten dargestellt wird (siehe in 2 dargestelltes
Diagramm). Der Empfangsknoten B demoduliert dieses Fraktal und akzeptiert
den schnellsten Teil der Übertragung, die
eine gewünschte
Empfangssignalqualität
erreicht. Bei Verwendung von IP/TCP-Protokollen sendet dann beispielsweise
der Empfangsknoten B eine "Paket
zufriedenstellend empfangen"-Nachricht
zurück
an den Ursprungsknoten A. Der Ursprungsknoten A beendet dann sofort
jegliche weitere Übertragung
dieser Fraktaldatensequenz und bereitet die Übertragung nachfolgender Sequenzen
in gleicher Weise vor. Als Ergebnis passt sich die Übertragungsrate
ohne jegliche vorherige Kenntniss des Kanals an die höchste passende
Modulationsrate an. Dieselbe Fraktaltechnik wird sowohl für die anfängliche "Überschwemmungsnachricht" als auch für die Datennachrichten
des selbstorganisierenden Netzwerks verwendet. Wenn dies erwünscht ist,
kann die "Überschwemmungsnachricht" vollständig übertragen
werden, so dass alle geeigneten Knoten in dem Netzwerk entdeckt
werden.
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Bei 4,
auf die nachfolgend Bezug genommen wird, ist ein zentralisiertes
selbstorganisierendes Netzwerk 20 diagrammatisch erläutert. Das Netzwerk 20 umfasst
einen zentralisierten Hub-Netzknoten 21 und
eine Vielzahl von gleichartigen Knoten 22. Für den Empfang
von allen gleichartigen Knoten 22 leitet der Netzknoten 21 typischerweise
ein Datenpaket auf den Retransmissions-Frequenzen der gleichartigen Knoten
weiter. Der Netzknoten 21 kann ein modifizierter gleichartigen
Knoten oder ein spezieller Knoten sein, der gezielt für den Zweck,
ein Netzknoten zu sein, bereitgestellt ist.
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Bei 5,
auf die nachfolgend Bezug genommen wird, ist ein dezentralisiertes
selbstorganisierendes Netzwerk 30 diagrammatisch erläutert. Eine
Vielzahl von Hub-Netzknoten 31 ist bereitgestellt und jeder
Hub-Netzknoten 31 weist eine Vielzahl von gleichartigen
Knoten 32 auf, die ihm zugehörig sind. Jeder Hub-Netzknoten 31 und
seine zugehörigen
gleichartigen Knoten 32 arbeiten ähnlich wie das zentralisierte
Netzwerk 20 von 4. Die Hub-Netzknoten 31 haben
jedoch einen zusätzlichen separaten
Satz von Hauptleitungsfrequenzen und/oder Modulationsschemen zur
Kommunikation über
größere Reichweiten
mit anderen Hub-Netzknoten 31. Im Allgemeinen können die
gleichartigen Knoten 32 nicht auf den zusätzlichen
Satz von Hauptleitungsfrequenzen und/oder Modulationsschemen zugreifen.
Wenn ein Hub-Netzknoten 31 ein Datenpaket weiterleitet,
leitet er dieses typischerweise sowohl auf den Retransmissions-Frequenzen
der gleichartigen Knoten als auch auf den Retransmissions-Frequenzen
des Hub-Netzknotens weiter.
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Im
dezentralisierten Netzwerk 30 wird bei allen Knoten 31 und 32 vorausgesetzt,
dass sie den Regeln gehorchen, die notwendig sind, um Teil des Netzwerks 30 zu
sein. In der tatsächlichen
Praxis können
Netzwerke ihre Reichweite ausdehnen, indem sie vorhandene Informationssysteme über Gateways
verwenden. Beispielsweise können
die Leitungen bei den Hub-Netzknoten 31 im dezentralisierten
Netzwerk 30 herkömmliche
drahtlose oder drahtgebundene Leitungen sein. So lange eine "Seite" der Hub-Netzknoten 31 Pakete
mit den gleichartigen Knoten austauschen kann, können die herkömmlichen
Datentransporteinrichtungen verwendet werden, um die Hub-Netzknoten 31 miteinander
zu verbinden. Wenn es sich bei den Hub-Netzknoten 31 um
Gateway-Knoten handelt, dann können
gleichermaßen
herkömmliche
Satelliten- oder Funkübertragungseinrichtungen
verwendet werden, um die Hub-Netzknoten 31 miteinander
zu verbinden.
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Bei 6,
auf die nachfolgend gezielt Bezug genommen wird, ist ein verteiltes
selbstorganisierendes Netzwerk 40 erläutert. Das Netzwerk 40 umfasst eine
Vielzahl gleichartiger Knoten 41, wobei jeder gleichartige
Knoten 41 im Allgemeinen mit den benachbarten gleichartigen
Knoten 41 kommuniziert. Im Allgemeinen sind gleichartige
Knoten 41 "gleichgestellt" (Peers) in dem Sinn,
dass sie alle auf identischen Protokollen aufbauen, um Datenpakete
für ihre
Gleichgestellten (Peers) zu übertragen,
empfangen und weiterzugeben (erneut zu übertragen). Jeder gleichartige
Knoten 41 hat außerdem
die Fähigkeit,
seine Sendeleistung (innerhalb physikalischer Grenzen, die ihm durch
seine Hardware auferlegt sind) aufwärts und abwärts anzupassen, bis sein Entscheidungsmodul
(siehe 1) entscheidet, dass er von mindestens zwei anderen
gleichartigen Knoten 41 gehört werden kann. Das Entscheidungsmodul bestimmt
diesen Bereich durch Beobachtung des schon weitergegebenen Paketverkehrs,
oder durch Testpakete, die sie von Zeit zu Zeit während Zeiträumen mit
wenig Verkehr übertragen
kann. Hier werden Fachleute in der Technik verstehen, dass jedes
Datenpaket Informationen (z.B. Priorität, Sicherheit, Anzahl der Hops,
usw.) und Paketverarbeitungsbefehle beinhaltet. Die Informationen
und Befehle werden von dem Entscheidungsmodul zum Durchführen der zahlreichen
Abläufe
verwendet.
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Es
ist eine der Beschränkungen
in diesem selbstorganisierenden Netzwerk, dass die gleichartigen
Knoten den physikalischen Standort anderer gleichartiger Knoten
möglicherweise
nicht kennen und auch nicht kennen müssen. Unter Verwendung der
Paketüberschwemmungstechnik
gemäß dem Stand
der Technik kann ein Ursprungsknoten einen Zielknoten über ein Überschwemmungspaket
finden, das von anderen Knoten weitergeleitet wird, bis der Zielknoten
das Paket empfängt,
oder bis eine in dem Überschwemmungspaket
enthaltene maximale Überschwemmungs-Hop-Zählwert überschritten wird.
Jedes Mal, wenn ein beliebiges Paket weiter geleitet wird, wird ein
das Paket begleitender Hop-Zähler
erhöht.
Auf diese Weise erzeugt jeder Knoten, der das Paket weiterleitet,
eine Routing-Tabelle, die einen Hop-Zählwert bis zurück zum Ursprungsknoten enthält.
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Wenn
jeder gleichartige Knoten oder Hub-Netzknoten (wenn einer vorhanden
ist) ein oder mehrere an sich selbst gerichtete Überschwemmungspakete empfängt, wird
der Hop-Zählwert
in dem Überschwemmungspaket
verwendet, um einen maximalen Hop-Zählwert, nmax, für eine Rückbestätigungsnachricht
zu bestimmen. An den Ursprungsknoten adressierte Bestätigungspakete
werden dann von jedem beliebigen Knoten weitergeleitet, dessen Routing-Tabelle
einen Pfad zurück
zu dem Ursprungsknoten mit (nmax-k) oder weniger Hops darstellt,
wobei k der Wert ist, der von dem Hop-Zähler in dem Bestätigungspaket
entnommen wurde. Auf diese Weise kann jeder beliebige Knoten aus
der Sammlung von empfangenen Bestätigungspaketen außerdem seinen
eigenen nmax-Wert zur Übertragung
von Datenpaketen an den Zielknoten einstellen. An diesem Punkt kann
die Übertragung
von Datenpaketen zwischen dem Ursprungsknoten und dem Zielknoten
beginnen.
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Es
ist die Funktion des Entscheidungsmoduls, einen wert von nmax und
eine begleitende Leistungseinstellung für den Sender in jedem der Knoten (z.B.
die oben beschriebenen Quellen- und Zielknoten) zu bestimmen. Eine
hohe Leistungseinstellung für
den Sender in jedem der Ursprungs- und Zielknoten sowie ein hoher
Wert von nmax helfen dabei sicherzustellen, dass die Datenpakete
ankommen, aber es gibt eine erhebliche Duplikation (Pakete mit doppelten
Sequenznummer werden verworfen) und eine unnötige Bandbreitennutzung. Eine
zu kleine Einstellung für
nmax und/oder eine zu niedrige Leistungseinstellung für den Sender
hat zur Folge, dass Pakete nicht ankommen oder nicht bestätigt werden, und
letztendlich muss der Ursprungsknoten erneut eine "Überschwemmung" einleiten, um den
Zielknoten zu finden, was zu einer unterbrochenen Kommunikation
und vergeudeten Bandbreite in der erneuten "Überschwemmung" führt. Um
einen Mittelweg zu finden, verwendet das Entscheidungsmodul in jedem Knoten
ihre Beobach tungen des Netzwerkverhaltens und der Kriterien guter
Konnektivität
basierend auf vorher gesammelten Statistiken, um einen optimalen Wert
für nmax
und die Sendeleistung jedes Knotens einzustellen.
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Bei 7,
auf die nachfolgend Bezug genommen wird, ist ein selbstorganisierendes
Netzwerk erläutert,
das zwei oder mehr verteilte Netzwerke 51 und eine Anzahl
von Hub-Netzknoten 52 mit außerordentlich hoher Leistung
und/oder vorteilhaften geografischen Standorten umfasst. Die Hub-Netzknoten 52 können auf
mobilen Fahrzeugen befestigt sein, sie können mit Turmantennen verbunden
sein, sie können
erdumkreisende Satelliten oder dergleichen sein. Die Hub-Netzknoten 52 haben
im Allgemeinen einen zusätzlichen,
separaten Satz an Hauptleitungsfrequenzen und Modulationschemen, die
für eine
größere Reichweite
gedacht sind, auf die die gleichartigen Knoten in den verteilten
Netzwerken 51 nicht zugreifen können, und die die gleichartigen Knoten
nicht beeinträchtigen.
Wenn ein Hub-Netzknoten 52 ein Paket weiterleitet, leitet
er es im Allgemeinen sowohl auf den Sendefrequenzen des Hub-Netzknotens
als auch auf den Sendefrequenzen des gleichartigen Knotens weiter.
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Durch
das Hinzufügen
der Hub-Netzknoten 52 in dem Netzwerk 50 wurden
die verteilten Netzwerke 51 ähnlich wie das Netzwerk 30 von 5 zu einem
dezentralisierten Netzwerk mit verbesserter Reichweite und Leistung.
Somit können
zwei nicht zusammenhängende
selbstorganisierende Netzwerke durch die Verwendung von Satelliten,
hohen Antennentürmen,
usw. zu einem virtuellen selbstorganisierenden Netzwerk zusammengefasst
werden. Es ist eine wichtige Eigenschaft von verteilten Netzwerken 51,
dass die absolute geografische Platzierung der Knoten nicht kritisch
ist und sich in Echtzeit verändern
kann. Die Gesamtleistung des Netzwerkes 50 kann verbessert
werden, indem weitere Hub-Netzknoten 52 hinzugefügt werden,
ohne dass irgendwelche Veränderungen
in zentralen Datenbanken, Switches oder anderen Artifakten herkömmlicher,
statischer Architektur notwendig sind.
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Bei 8,
auf die nachfolgend Bezug genommen wird, sind einige typische Knoten
mit einer kurzen bis mittleren Reichweite in einem selbstorganisierenden
Netzwerk 60 erläutert.
Ein typisches Beispiel eines gleichartigen Knotens ist ein Pager
oder eine andere Kommunikationsvorrichtung 61, die in der
Hand gehalten werden kann, ein Laptop 62 oder ein Mobiltelefon 63.
Beispiele von gleichartigen Knoten oder Netzknoten umfassen Fahrzeuge,
beispielsweise einen Militärpanzer 64,
einen Krankenwagen 65 oder einen Polizeiwagen 66.
Man wird verstehen, dass jede beliebige oder alle dieser Art von
Vorrichtung in jeder beliebigen der oben beschriebenen selbstorganisierenden
Netzwerke verwendet werden könnte.
Das vorliegende selbstorganisierende Netzwerk erfüllt viele
Zwecke, ist aber insbesondere in mobilen, drahtlosen Umgebungen
nützlich,
in denen sich die Verbindungsleitungen zwischen den Knoten willkürlich und
unvorhersehbar verändern
und in denen die Netzwerke nicht praktischerweise im Voraus geplant
werden können.
Manche Beispiele sind Katastropheneinsätze für Naturkatastrophen und Militärgefechte.